區(qū)塊鏈技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用分析

朱 凱，李垣君

（江蘇理工學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 常州 213001）

1 城市軌道交通現(xiàn)存問(wèn)題

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人們對(duì)快速、舒適公共交通的需求也日益增長(zhǎng)。近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通規(guī)模不斷擴(kuò)大，客流也不斷提升。電子支付的普及使得乘客能快速完成購(gòu)票與檢票過(guò)程，顯著提高了地鐵車站設(shè)施服務(wù)效率。但在高峰期，供需矛盾依然突出，乘客在車站滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增大了車站的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)難度，同時(shí)也帶來(lái)了較大的安全隱患[1-2]。因此，城市軌道交通需要逐步向高質(zhì)量發(fā)展方向轉(zhuǎn)變，即通過(guò)優(yōu)化列車行車調(diào)度以及與公共汽車等其他交通方式的接駁方案，進(jìn)一步提升乘客的出行效率。

1.1 列車行車調(diào)度存在的問(wèn)題

行車調(diào)度是由列車運(yùn)行調(diào)度員負(fù)責(zé)組織指揮各部門、各工種進(jìn)行協(xié)調(diào)，保證列車嚴(yán)格按照設(shè)定的運(yùn)行圖工作。行車調(diào)度主要分為正常情況下作業(yè)流程和非正常情況下的作業(yè)流程（ATC 設(shè)備故障時(shí)行車、電話閉塞法行車、特殊情況下車運(yùn)行以及檢修施工時(shí)列車運(yùn)行）。

當(dāng)列車在非正常情況下運(yùn)行時(shí)，列車調(diào)度指令的有效傳輸以及響應(yīng)執(zhí)行的效率較低。鑒于此，有學(xué)者研究了城市軌道交通的列車行車調(diào)度的優(yōu)化方法。何紅、曾險(xiǎn)峰[3]對(duì)列車停站時(shí)間的影響因素進(jìn)行研究；吳開(kāi)信、吳子航[4]以乘客出行時(shí)間最短為目標(biāo)，以相關(guān)參數(shù)（列車運(yùn)行時(shí)間、停站時(shí)間、發(fā)車時(shí)刻）為約束構(gòu)建了非線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型；邸鑫鵬、錢楓[5]對(duì)軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行研究，并在技術(shù)與運(yùn)營(yíng)層面上對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行線路與常規(guī)線路的差異進(jìn)行分析。上述方法在一定程度上提升了城市軌道交通的運(yùn)行效率，但系統(tǒng)可靠性保障、突發(fā)事件應(yīng)急處理、多目標(biāo)優(yōu)化和智能運(yùn)行等問(wèn)題還有待解決。

1.2 與其他公共交通方式的接駁方案存在的問(wèn)題

由于地鐵站點(diǎn)與公共交通車站之間有一定的距離、公交車的按時(shí)到達(dá)的比例較低等方面的因素，城市軌道交通與其他公共交通的接駁方案的效率較低。

為優(yōu)化城市軌道交通與其他公共交通方式接駁方案的設(shè)計(jì)，張志芳[6]基于乘客交通出行時(shí)間最短，構(gòu)建優(yōu)化模型并利用遺傳算法求解；郝倩倩等[7]基于不同類型的地鐵車站，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的交通接駁方式，并在此基礎(chǔ)上對(duì)交通接駁設(shè)施規(guī)模進(jìn)行測(cè)算；魏攀一等[8]對(duì)軌道交通可達(dá)性進(jìn)行了研究，并建立其計(jì)算模型。但上述研究方法在模型中建立過(guò)程中，對(duì)于各指標(biāo)的取值相對(duì)困難，準(zhǔn)確性較低。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

區(qū)塊鏈[9]是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)在價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的創(chuàng)新應(yīng)用模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)、密碼學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)整合集成的結(jié)果。區(qū)塊鏈具有去中心化、去信任化、可追溯性、集體維護(hù)性、安全性、不可篡改性、開(kāi)放性以及匿名性等特點(diǎn)。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用

目前在交通領(lǐng)域中已有區(qū)塊鏈技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。李春燕等[10]將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于車載自組織網(wǎng)絡(luò)中來(lái)建立路況預(yù)警方案；楊逸群[11]則在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中引入了區(qū)塊鏈技術(shù)，讓點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分配服務(wù)成為現(xiàn)實(shí)，并提高了數(shù)據(jù)共享的便捷程度；蔣騰飛[12]提出了基于區(qū)塊鏈的高速鐵路運(yùn)營(yíng)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)安全方案，對(duì)傳感器感知節(jié)點(diǎn)身份認(rèn)證、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上傳、存儲(chǔ)及共享等內(nèi)容進(jìn)行研究。上述成果根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)所具備的去中心化、去信任化、安全性等特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)、模型及方案等進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并取得一定的成效。區(qū)塊鏈技術(shù)在交通領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用思路

區(qū)塊鏈能否在本領(lǐng)域應(yīng)用的決策流程如圖1 所示。

圖1 區(qū)塊鏈應(yīng)用決策流程圖

根據(jù)城市軌道交通列車行車調(diào)度以及軌道交通與其他公共交通方式接駁方案設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，列車行車調(diào)度主要涉及城市軌道交通的各線路控制中心以及有關(guān)部門，與其他公共交通方式接駁方案的設(shè)計(jì)及運(yùn)行涉及了城市軌道交通以及其他公共交通方式的各個(gè)部門和有關(guān)行政部門，因而能夠應(yīng)用區(qū)塊鏈中的聯(lián)盟鏈。

3.1 列車行車調(diào)度

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到列車行車調(diào)度中，可以基于其特點(diǎn)來(lái)優(yōu)化列車行車調(diào)度系統(tǒng)。由行車調(diào)度所涉及的各部門人員及時(shí)地上傳、更新相關(guān)數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)；同時(shí)引入行車調(diào)度智能系統(tǒng)，使其能夠根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)對(duì)是否進(jìn)行行車調(diào)度進(jìn)行判斷。這樣就能方便列車駕駛員在所行駛的線路中準(zhǔn)確掌握列車設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、線路及其周邊環(huán)境有關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，通過(guò)行車調(diào)度智能系統(tǒng)的運(yùn)算判斷，得到調(diào)度判斷結(jié)果；系統(tǒng)將調(diào)度判斷結(jié)果以及需要完成的操作傳遞給相應(yīng)的執(zhí)行者，執(zhí)行者執(zhí)行操作，由此提高列車行車調(diào)度的效率。應(yīng)用示意圖如圖2 所示。

圖2 列車運(yùn)行調(diào)度區(qū)塊鏈應(yīng)用示意圖

3.2 與其他公共交通方式的接駁方案

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到城市軌道交通與其他公共交通方式的接駁方案中，優(yōu)化接駁方案設(shè)計(jì)及實(shí)施。應(yīng)用示意圖如圖3 所示。

圖3 城軌交通與其他公共交通方式的接駁方案區(qū)塊鏈應(yīng)用示意圖

由地鐵車站及公交換乘車站（或其他公共交通換乘站點(diǎn)）相關(guān)人員及設(shè)備、經(jīng)過(guò)該站點(diǎn)的相關(guān)列車和公交車的駕駛員等工作人員及時(shí)地上傳、更新相關(guān)數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)；同時(shí)引入能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行信息的判斷以及給予乘客相應(yīng)指引的“接駁方案智能調(diào)整系統(tǒng)”。系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果（方案可正常進(jìn)行、方案出現(xiàn)較大誤差）的不同，將對(duì)應(yīng)的信息以及提示發(fā)送至換乘車站、地鐵車站，使乘客能夠通過(guò)顯示屏或語(yǔ)音廣播得到指引信息，并及時(shí)地調(diào)整自己的行程。

4 小結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)將越來(lái)越完善，其實(shí)時(shí)性、安全性、信息可追溯性等特性能夠得到更完善的發(fā)揮。在城市軌道交通領(lǐng)域中，區(qū)塊鏈技術(shù)能夠作為平臺(tái)的支撐，優(yōu)化改善列車運(yùn)行調(diào)度、城市軌道交通與其他公共交通方式的接駁方案，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文中對(duì)于行車調(diào)度智能系統(tǒng)和接駁方案智能調(diào)整系統(tǒng)的研究需進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以便能夠更好地利用區(qū)塊鏈技術(shù)提升交通效率。