軌道交通的數(shù)字化轉(zhuǎn)型：行業(yè)中的改革

文/曾淑儀，國際公共交通聯(lián)會 （UITP）亞太區(qū)執(zhí)行總監(jiān)

Jaspal Singh，國際公共交通聯(lián)會 （UITP）信息技術與發(fā)展高級專家

公共交通在過去十年中經(jīng)歷了許多變革，城市交通則發(fā)生了巨變。數(shù)字化創(chuàng)新為我們的生活和出行方式帶來了許多令人興奮的改變。數(shù)字化發(fā)展迅速，信息技術的每一項進展、每一次進步、每一段旅程，都使我們的工作方法更加以人為本，這也是信息技術行業(yè)需要保持的方向。

數(shù)字化是全球商業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪胁粩喟l(fā)展的重要趨勢，是指組織、行業(yè)或國家采用或更多地應用數(shù)字和計算機技術。換言之，數(shù)字化代表運用數(shù)字技術來提高處理效率，降低總成本，提高生產(chǎn)率（如運營和維護），建立新的商業(yè)模式，以及帶來新的收入和增值機會。數(shù)字化是一個逐步進入數(shù)字商業(yè)模式的過程。

改變科技格局

技術不斷加速進步，顯而易見，公共交通已經(jīng)從新的數(shù)字發(fā)展中獲益匪淺。新興技術也開始影響公共交通行業(yè)。國際公共交通聯(lián)會(UITP)認為公共交通是由人創(chuàng)造的，這些變化是由人主導的。因此，為確保充分發(fā)揮數(shù)字化的潛力，更好地滿足乘客需求，我們必須引領潮流。

智能手機加快了人們對技術的采納應用，5G網(wǎng)絡也將為此過程帶來飛速發(fā)展。乘客期望的是無縫的旅行體驗和實時信息。運用互聯(lián)傳感器和診斷工具、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、機器學習和人工智能(AI)等先進技術，公共交通行業(yè)可以智快速地從數(shù)據(jù)中解讀出有用的信息。這將使在業(yè)務活動（規(guī)劃、運營和維護）中提高資產(chǎn)可用性和成本效益的方式發(fā)生根本轉(zhuǎn)變。

數(shù)字軌道

軌道交通行業(yè)的技術應用非常迅速。過去二十年中，全球的運輸公司應用新技術為乘客帶來更舒適的出行體驗。地鐵和其他主要公共交通系統(tǒng)已從簡單的公共交通服務，發(fā)展成為綜合性的公共交通提供商。這些公共交通系統(tǒng)不僅能將乘客送往目的地，還將繼續(xù)擁抱數(shù)字化發(fā)展，提供保安、客戶服務、運營支持等服務。

乘客對真實信息的需求不斷增長，出行數(shù)據(jù)也變得更加個性化、可識別和可預測，從而帶動出現(xiàn)了一批以自動化、人工智能解決方案為支撐的新技術，進而推動以下領域的發(fā)展：智能車站、智能出行、智能運營、智能維護。

本文討論軌道交通行業(yè)數(shù)字化的5大趨勢：軌道運營數(shù)字化、資產(chǎn)維護數(shù)字化、基礎設施維護數(shù)字化、控制與信號系統(tǒng)數(shù)字化、客戶體驗數(shù)字化，具體內(nèi)容如下：

1.軌道運營數(shù)字化

軌道運營數(shù)字化不僅能夠提高車站工作人員、司機、中層管理人員和運營人員的效率和生產(chǎn)力，還可以為運營人員提供屏幕滾動警告、中央化交通管制、軌道圖等實時信息。

馬德里地鐵已經(jīng)開始對公司運營進行數(shù)字化。該公司開展了一個范圍廣泛的大型跨部門項目。項目由線路運營管理部門負責協(xié)調(diào)，同時還考慮了客戶意見和內(nèi)部員工的愿景。2018年至今，項目一直保持全面運轉(zhuǎn)，經(jīng)歷了幾個不同的階段，涵蓋以下領域：供車站人員使用的平板電腦、檢查車站設施的數(shù)字化流程、供運輸人員使用的平板電腦、前端信息數(shù)字化顯示器、操作人員數(shù)字化時間記錄、數(shù)字化運行文檔資源庫。

馬德里地鐵運營數(shù)字化的大型項目已經(jīng)使內(nèi)外部客戶直接獲益。

·外部客戶：減少紙張消耗，降低環(huán)境影響；改進設施內(nèi)事故定位和監(jiān)控等管理流程；提供實時路線信息，包括故障、事件、旅游點以及地鐵沿線其他交通形式的換乘信息；改進客戶溝通。

·內(nèi)部客戶：改進內(nèi)部程序和咨詢工作的響應性和可靠性；更好地整合不同系統(tǒng)的信息，更有效地執(zhí)行任務；提供各種內(nèi)部通信渠道；使最新信息和文件易于獲取；降低工作場所的社會心理風險；減少手動數(shù)據(jù)處理相關錯誤。

2.資產(chǎn)維護數(shù)字化

除了系統(tǒng)的設計、獲取、運行和停運外，有效的維護也是整體資產(chǎn)管理策略和指導方針的關鍵部分。數(shù)字化顛覆了軌道交通行業(yè)中所有的傳統(tǒng)資產(chǎn)維護活動，旨在維護資產(chǎn)的全面數(shù)字化部署，最終將為構建安全可靠的系統(tǒng)鋪平道路。

通過采用適當?shù)臄?shù)字化轉(zhuǎn)型策略，公共交通運營商可以在減少部分成本，提高服務質(zhì)量和可靠性，并最大化利用實物資產(chǎn)。

通過能夠?qū)W習、診斷現(xiàn)有問題，并基于歷史數(shù)據(jù)分析預測未來可能故障的維護系統(tǒng)，軌道運輸行業(yè)可望實現(xiàn)更智能的資產(chǎn)管理。這類維護系統(tǒng)還應能夠制定相應的維護補救措施。

視情維護策略和問題預測指導方針是優(yōu)化：有效的資產(chǎn)管理決策，及時識別未來的可能故障，提高資產(chǎn)可用性，以及提高可維護性的關鍵和必要工具。為實現(xiàn)上述目標，應達到以下4個主要要求，即準確識別維護故障、精確校準傳感器、準確評估故障原因和趨勢、制定有效的減損措施和預防策略。

西門子與ST Engineering Electronics公司合作開發(fā)并應用軌道交通企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng) (REAMS)，是一套數(shù)字化資產(chǎn)管理解決方案，具備充分的數(shù)據(jù)分析能力和專業(yè)知識。新加坡市區(qū)線（共92輛列車，34站）已經(jīng)引進了REAMS系統(tǒng)，新加坡其他地鐵線路也考慮未來加入這一項目。

軌道車輛狀態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)。智能監(jiān)測和監(jiān)控系統(tǒng)正在改變公共交通運營商管理各類風險、入侵、軌道交叉口和駕駛員行為的方式。得益于安全、性能和可靠性方面的不斷改進，公共交通行業(yè)已經(jīng)規(guī)劃、安裝越來越多的監(jiān)測和監(jiān)控系統(tǒng)。許多地鐵運營商或是將收集的數(shù)字數(shù)據(jù)存儲在本地服務器上，或是將其集成到主要公司的信息技術(IT)系統(tǒng)中。為滿足自身的特殊要求，許多地鐵公司都有定制的軌道車輛狀態(tài)監(jiān)測軟件。

UITP軌道車輛分委會進行的一項研究表明，大多數(shù)地鐵運營商并不使用原始設備制造商 (OEM)/供應商，而是自行維護設備。盡管認為監(jiān)測系統(tǒng)相當可靠，在系統(tǒng)無法正常工作時，地鐵運營商仍然傾向于進行手動檢查。要使地鐵運營商完全采用監(jiān)測系統(tǒng)，還需要提高地鐵運營商對這項技術及其可靠性的信心。

軌道車輛狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點如下：

?維護：優(yōu)化、自動化、勞動力減少、危機預測。

?服務可用性：最大限度地減少服務故障，減少事故和停運時間。

?質(zhì)量信息：進一步了解軌道車輛的狀況，提供調(diào)查數(shù)據(jù)、問題指標預測。

不利因素及初步減損建議：

?供應商：地鐵運營商通常面臨缺乏原始設備制造商的支持、復雜的驗證，以及維護培訓等問題。在最終決定安裝自動監(jiān)測系統(tǒng)之前，最好與所有利益相關方共同商討，使其充分了解要求和可能的限制條件。同時，監(jiān)測系統(tǒng)的供應商只能是具有可靠成績的企業(yè)。

?設備：有些監(jiān)測系統(tǒng)很難集成到主要IT系統(tǒng)中，還有可能有操作條件方面的限制，需要由技術高超的人員來維修和維護。系統(tǒng)硬軟件最好能支持個性化設置。采購合同應明確指出系統(tǒng)可用性、測量精度、使用條件和維護責任方面的系統(tǒng)要求。

?服務質(zhì)量：有些系統(tǒng)并不可靠，會出現(xiàn)檢測錯誤等問題。公共交通企業(yè)還需要一些時間才能對監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性更有信心。集成監(jiān)測系統(tǒng)與主要IT系統(tǒng)可能有助于公共交通企業(yè)找到最佳的檢測和數(shù)據(jù)訪問位置。數(shù)據(jù)規(guī)模、使用方法、數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)訪問等數(shù)據(jù)管理問題以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的特殊技能也是重要的考慮因素。

3.基礎設施維護數(shù)字化

在軌道基礎設施維護方面，物聯(lián)網(wǎng)、傳感器和設備的應用為問題/損壞檢測、預防性維護和協(xié)調(diào)其他系統(tǒng)、政府機構、物流供應商和運輸模式引入了新方式。最近，公共交通運營商和系統(tǒng)供應商共同發(fā)起了許多數(shù)字化應用，以期提高系統(tǒng)安全性，降低維護成本，優(yōu)化資產(chǎn)可用性、問題檢測和減損策略。

①日本鐵道技術研究所引入人工智能技術檢測隧道裂

②為盡可能減少人工檢查工作，倫敦交通局 (TfL) 嘗試通過人工智能視頻分析檢查軌道緊固件

一些國家的地鐵運營商已經(jīng)開始利用客運列車收集軌道沿線的設備信息，并在維護中心進一步評估收集得來的設備信息。這一舉措不僅提高了設備檢查的頻率和效率，還降低了夜間的維護和維修成本。

新加坡大眾捷運系統(tǒng) (SMRT) 運營商過去曾依靠耗時費力且數(shù)據(jù)密集的框架來規(guī)劃和完成故障檢修工作，以達到可接受的軌道條件。目前，這家公司正與Bentley軟件公司合作開發(fā)一套高度自動化的預見性決策支持系統(tǒng) (PDSS)，用于提高規(guī)劃線路大修等維護活動的效率。該系統(tǒng)為維護團隊提供了支持最佳決策的先進數(shù)據(jù)處理和可視化能力，其中包括：

·識別需頻繁采取故障檢修措施的區(qū)域。

·確定維護任務的優(yōu)先次序。

?量化評估資產(chǎn)健康。

?分析資產(chǎn)健康數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)未來問題的前兆。

PDSS系統(tǒng)還可實現(xiàn)主動維護。計劃任務（如數(shù)據(jù)收集、現(xiàn)場測量和任務優(yōu)先級排序）過去每天需要花費數(shù)小時，現(xiàn)在已完全實現(xiàn)自動化，大大降低人為錯誤的風險。如此一來，SMRT 現(xiàn)在得以重點關注嚴重的軌道缺陷和潛在的老化軌道問題。PDSS 系統(tǒng)同時提供了數(shù)據(jù)的完全、無限制訪問權限，還支持視情鋼軌更換計劃，預計將減少每年需更換的鋼軌總長度。

智能識別技術應用在地鐵站中日漸普遍，這不僅體現(xiàn)在票務系統(tǒng)方面，也體現(xiàn)在提高安全性和改進維護工作方面。在車站列車維護方面，亞洲一些地鐵公司已經(jīng)在維修中心安裝了固定圖像探測器，并讓機器人在進行手動維修之前快速掃描列車部件。

4.控制與信號系統(tǒng)數(shù)字化

數(shù)字化控制與信號系統(tǒng)可以大幅提高鐵路運營的可靠性和性能。從基礎設施資產(chǎn)管理的角度來看，數(shù)字化控制與信號系統(tǒng)還將淘汰過時的鐵路信號箱和笨重的銅線。以下是有關控制與信號系統(tǒng)數(shù)字化的幾個例子：

德國鐵路路網(wǎng)股份公司是德國聯(lián)邦鐵路公司旗下一家主要子公司，德國鐵路系統(tǒng)的大部分均歸該公司所有，由該公司運營。通過“數(shù)字控制命令與信號技術”研究項目，德國鐵路路網(wǎng)股份公司對其列車控制系統(tǒng)進行了數(shù)字化，為未來做準備。

5.客戶體驗數(shù)字化

客戶體驗日益成為軌道交通運營商的關鍵話題。乘客要求獲得更好的服務和實時信息。乘客期望變化得越來越快，新的出行方式提供商進入行業(yè)，使競爭愈加激烈。為與時俱進，軌道交通企業(yè)必須采用新技術，提供數(shù)字體驗。軌道交通企業(yè)應將乘客作為體驗的中心，可以借助技術來改善乘客體驗和提高乘客忠誠度。

在新冠肺炎疫情期間采用客流系統(tǒng)管理火車站的擁擠程度就是最近的例子，下圖展示的是如何利用不同技術，基于物聯(lián)網(wǎng)傳感器和人工智能進行車輛、車站客流分析。

利用人工智能應用與乘客進行數(shù)字通信。人工智能對從先進技術生成的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并將規(guī)律聯(lián)系起來起到至關重要的作用。人工智能在火車站客戶支持中心的普及率已經(jīng)顯著提高。軌道交通中最常見的人工智能應用包括：客戶分析、實時運營管理、智能票務系統(tǒng)、預見性維護、調(diào)度與時間安排、多式聯(lián)運計劃工具。

歐洲經(jīng)驗：過去七八年間，歐洲鐵路在實現(xiàn)與車站和站點乘客的透明化通信方面取得了矚目的進展。相關服務包括：信息量更大且更容易使用的網(wǎng)站、運行車輛相關實時信息、購票服務、車載信息娛樂服務、動態(tài)乘客及時刻表信息。許多鐵路運營商已經(jīng)在車上為乘客提供互聯(lián)網(wǎng)多媒體門戶網(wǎng)站。奧地利聯(lián)邦鐵路公司(?BB)通過朗朗上口的口號吸引乘客選擇其鐵路服務。在德國，鐵路乘客可以在超過135個車站的德國聯(lián)邦鐵路公司(DB)休息室以及城際快車(ICE)上網(wǎng)。

機器人越來越多地在世界各地提供客戶服務，有助于解決包括員工要求、語言問題和實時客戶分析在內(nèi)的諸多挑戰(zhàn)。

日本經(jīng)驗：東日本鐵路公司利用自然語言處理(NLP) 和模式識別技術在東京開發(fā)并部署了交流機器人。這臺多語種人形機器人能夠回答有關公共交通系統(tǒng)、附近設施和觀光活動的問題。機器人的輸入數(shù)據(jù)含超過200個常見問題及其答案，數(shù)據(jù)通過采訪旅行和商業(yè)“客戶服務”人員得到。這臺交流機器人可以減少車站“客戶服務”人員被咨詢的次數(shù)。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型過渡期間的挑戰(zhàn)

數(shù)字化帶來的挑戰(zhàn)包括：

?技術挑戰(zhàn)：傳輸和通信帶寬、數(shù)據(jù)準確性、網(wǎng)絡安全、標準不一致、標準過時。

?商業(yè)挑戰(zhàn)：供應鏈碎片化、數(shù)據(jù)治理與管理、保修服務、專有軟件。

?經(jīng)濟/商業(yè)案例：初始投資和維護成本高。

?組織和人力資源：對管理和企業(yè)文化的影響，對 IT 維護技能的要求。

?法律法規(guī)：受到安全部門/公共交通運營商/保險公司的抵制以及復雜招標要求對技術開發(fā)的阻礙。

結論

互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字技術的興起正在重塑行業(yè)觀念，引領創(chuàng)新趨勢，深刻影響城市軌道交通的方方面面。

數(shù)字發(fā)展為軌道運營帶來了獨特機遇，有望成為向更環(huán)保、更可持續(xù)的公共交通模式轉(zhuǎn)型不可或缺的一部分。軌道交通行業(yè)的數(shù)字化能提高鐵路系統(tǒng)的性能、競爭力、安全和安保，數(shù)字化解決方案還可以提高軌道交通運營的效率和成本效益。大多數(shù)軌道交通運營商都清楚如何借助數(shù)字技術的力量來節(jié)約成本，改進服務，發(fā)展更智能的基礎設施，提供更好的乘客體驗。重要的是，運營商應認真考慮有關隱私、監(jiān)管安全、數(shù)據(jù)和專有系統(tǒng)所有權、公眾可接受性、就業(yè)影響以及擱淺資產(chǎn)投資的問題。