“新基建”背景下的多源融合的智慧城市軌道交通體系構(gòu)建研究*

白 洋

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通工程學(xué)院）

一、“新基建”背景下的城市軌道交通發(fā)展背景

“新基建”一詞，其含義是融入科技的新一代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在當(dāng)今的智能經(jīng)濟(jì)時代，為落實國家全新的發(fā)展理念，吸收新一輪科技革命的標(biāo)志性產(chǎn)出，為可持續(xù)性發(fā)展和遠(yuǎn)景目標(biāo)構(gòu)建出國家生態(tài)、數(shù)字、智能、高速轉(zhuǎn)型的主體架構(gòu)，實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)并行的基本形態(tài)，從而需要架設(shè)符合現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的基礎(chǔ)性國家建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。智慧交通作為一個重要的起點，是“交通強(qiáng)國”行業(yè)計劃發(fā)展的先行者和拓基者。

城市軌道交通作為城市交通的重要組成部分，在新一代智能化發(fā)展方面，更要體現(xiàn)出“智慧化”特點，積極融合一系列先進(jìn)技術(shù)，比如儲能，實時供電，充電的模式，還有地鐵輪軌的新材料應(yīng)用，都有很多的技術(shù)創(chuàng)新之處，除此之外，列車自動運行和控制系統(tǒng)也有很多新技術(shù)的應(yīng)用。這為城市軌道交通智能化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，現(xiàn)在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G 技術(shù)的快速發(fā)展，讓城市軌道交通更加智能。

智慧城軌的主要目標(biāo)是“三創(chuàng)建”，一是創(chuàng)建具有中國特色的融合集約的智能型軌道交通體系，以城市軌道交通全行業(yè)為基準(zhǔn)布置實施。以智慧客運、智能設(shè)備、智慧行車、智慧安檢、自動駕駛、智慧客服、智慧應(yīng)急，以及智慧城軌新平臺應(yīng)用為載體，發(fā)揮新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對智慧城軌發(fā)展策略的引領(lǐng)作用。二是創(chuàng)建城市軌道交通行業(yè)新局面，發(fā)揚(yáng)軌道交通行業(yè)涉及面廣，專業(yè)統(tǒng)籌性強(qiáng)，體制機(jī)制完善的優(yōu)勢，大力發(fā)展包括5G、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、智慧物流和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)。三是創(chuàng)建軌道交通行業(yè)內(nèi)涵發(fā)展新策略，倡導(dǎo)城軌行業(yè)科技先導(dǎo)，鼓勵原始、自發(fā)性專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，在行業(yè)內(nèi)打造一支基礎(chǔ)好、能量祖的科研隊伍。

作為后疫情時代的經(jīng)濟(jì)發(fā)展國之戰(zhàn)略，城軌行業(yè)在“新基建”政策引領(lǐng)下，既要快速發(fā)展，又要質(zhì)量、效益為先。作為一個系統(tǒng)性復(fù)雜體系，通過借助我國互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的優(yōu)勢力量，集中關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行突破。面對原有的技術(shù)層面條件，要敢破敢立，能力發(fā)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的不足與落后之處，通過信息化手段加以優(yōu)化和完善，從體制和機(jī)制上深化應(yīng)用。同時關(guān)注城軌乘客的使用感受，吸收他們的意見建議，不要為了智慧城軌而進(jìn)行智慧城軌。作為未來發(fā)展趨勢的智慧城市建設(shè)的極其重要的數(shù)據(jù)來源，智慧交通也是智慧城市管理與其他智慧產(chǎn)業(yè)進(jìn)行信息互換、資源共享和聯(lián)合協(xié)同的主體，更是推動交通運輸管理革新的重要路徑和手段，是提升交通服務(wù)水平的有效方法，推動交通轉(zhuǎn)型升級的重要支撐。交通信息管理的最終目的是達(dá)到客流的安全、快捷、高效、綠色出行的目的，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要構(gòu)建多源信息融合的智慧交通平臺建設(shè)路徑，同時也是促進(jìn)交通運輸轉(zhuǎn)型發(fā)展必須遵循的規(guī)律和必須經(jīng)歷的過程?！靶禄ā毕碌闹腔劢煌ǖ陌l(fā)展方向如圖1所示。

圖1 “新基建”下的智慧交通發(fā)展方向

二、建立一平臺：城市軌道交通安全隱患識別平臺

建立安全隱患識別平臺，通過視頻+AI，智能識別危險行為，代替部分人工巡檢，提升施工安全和管理效率。建立安全值守平臺，通過大數(shù)據(jù)+AI 實現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)趨勢預(yù)測和隱患識別，全面實時獲取盾構(gòu)狀態(tài)。建立軌行區(qū)安全調(diào)度平臺，通過人車定位和速度檢測，結(jié)合融合通信和視頻能力實現(xiàn)軌行區(qū)調(diào)度。建立應(yīng)急和“三防”輔助管理與智慧平臺，地鐵三防事件的響應(yīng)和處置，應(yīng)急值守、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急智慧、聯(lián)動協(xié)同。將數(shù)據(jù)能、應(yīng)用能、集成能和開發(fā)能多源融合，基于云平臺，統(tǒng)一技術(shù)路線，消除數(shù)據(jù)孤島，提升城市軌道交通領(lǐng)域的信息化建設(shè)水平。為凸顯新一代信息技術(shù)的優(yōu)勢，應(yīng)加大引進(jìn)力度，從各個方面提升新技術(shù)在城軌領(lǐng)域的應(yīng)用和深度融合。從現(xiàn)在到2035 年，軌道交通領(lǐng)域應(yīng)率先建立起完善的新一代信息技術(shù)的應(yīng)用體制和機(jī)制。將精細(xì)化作業(yè)，精細(xì)化客運，精細(xì)化客服，精細(xì)化行車管理等方面下大力氣重點打造，以時不我待的精神鋪開新技術(shù)應(yīng)用，以新一代技術(shù)革命為契機(jī)，努力切入信息產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的潮流中，在城市軌道交通行業(yè)領(lǐng)域深度覆蓋，創(chuàng)建城市軌道交通信息中心和云平臺，將城軌交通大數(shù)據(jù)多源融合，支撐信息科技躍進(jìn)，從而完成與其深度融合。

如組建多渠道事件接報，語音融合調(diào)度，視頻融合會商，監(jiān)測周邊發(fā)展態(tài)勢，追蹤事件發(fā)展軌跡，記錄應(yīng)急視頻監(jiān)控等的通信調(diào)度平臺，可以將傳感器、GPS、無人機(jī)、攝像頭、AR 眼鏡、電話、集群、短信、APP/視頻、Email 等綜合考慮。通過數(shù)據(jù)共享，打通業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)城軌交通建設(shè)施工與管理數(shù)據(jù)相融合，如統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)中的智能視頻分析、預(yù)警信息、考核排名、趨勢分析等，以及智慧工地數(shù)據(jù)如環(huán)境、勞務(wù)、視頻、設(shè)備、用電監(jiān)測、軌行區(qū)數(shù)據(jù)等，應(yīng)急資源數(shù)據(jù)如應(yīng)急物資、應(yīng)急專家、應(yīng)急隊伍、應(yīng)急機(jī)構(gòu)、環(huán)境與地理等，內(nèi)部平臺數(shù)據(jù)包括進(jìn)度、安全、質(zhì)量、投資、風(fēng)險、隱患、盾構(gòu)、線網(wǎng)、線路、工區(qū)和工點等。盾構(gòu)隧道安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用中對施工掘進(jìn)參數(shù)建議值進(jìn)行預(yù)測，為施工經(jīng)驗不足的單位和工程公司提供借鑒，為高風(fēng)險工程提供科學(xué)決策支撐，為盾構(gòu)化無人掘進(jìn)奠定基礎(chǔ)；對隧道地表沉降建立分析預(yù)測，根據(jù)施工參數(shù)及工況對盾構(gòu)施工近接穿越的地表沉降進(jìn)行智能預(yù)測預(yù)警，從而降低各類重大穿越風(fēng)險提升核心預(yù)警預(yù)測能力；對盾構(gòu)姿態(tài)智能糾偏，防范因軸線控制不當(dāng)導(dǎo)致的軌道調(diào)線等重大事故，同時提高成型隧道質(zhì)量，預(yù)防質(zhì)量事故。輔助盾構(gòu)機(jī)輔助選型，防范因設(shè)備選型不當(dāng)帶來的施工風(fēng)險，防范因開艙換刀時間不當(dāng)帶來的施工風(fēng)險，為換刀提供決策支撐，施工異常爭端預(yù)測，針對盾構(gòu)施工常見問題，進(jìn)行施工事故的提前防范。

應(yīng)急和“三防”輔助管理與指揮，打通業(yè)務(wù)流程及資源，實現(xiàn)多部門高效協(xié)同。全局總覽，信息匯聚，統(tǒng)一指揮將地鐵建設(shè)參建單位、交警、醫(yī)療救護(hù)和消防搶險等聯(lián)動協(xié)同，通信調(diào)度平臺可將多渠道事件接報，語音融合協(xié)調(diào)，視頻融合會商，周邊態(tài)勢，事件軌跡和視頻監(jiān)控，應(yīng)急業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接通暢：從事件上報，事件下發(fā)，任務(wù)指派到任務(wù)反饋；部門數(shù)據(jù)對接上：從氣象數(shù)據(jù)，人員信息，車輛信息，物資資源到場所信息等，多元融合。通過數(shù)據(jù)共享，打通業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)建設(shè)施工與管理數(shù)據(jù)融合。打造地鐵建設(shè)工程數(shù)據(jù)平臺，進(jìn)行統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，如只能視頻分析，預(yù)警信息，考核排名，趨勢分析等，智慧工地數(shù)據(jù)：如環(huán)境、勞務(wù)、視頻、設(shè)備、用電監(jiān)測、軌行區(qū)數(shù)據(jù)等；應(yīng)急資源數(shù)據(jù)：應(yīng)急物資、應(yīng)急專家、應(yīng)急隊伍、應(yīng)急機(jī)構(gòu)、環(huán)境與地理等，內(nèi)部平臺數(shù)據(jù)：如進(jìn)度、安全、質(zhì)量、投資、風(fēng)險、隱患、盾構(gòu)、線網(wǎng)、線路、工區(qū)和工點等緊密結(jié)合，通過軌行區(qū)數(shù)據(jù)、勞務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)備與用電監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、一體化工程項目管理平臺數(shù)據(jù)，安全管理平臺數(shù)據(jù)等。

三、建立一張網(wǎng)：城市軌道交通動態(tài)資源協(xié)同及智能調(diào)度網(wǎng)絡(luò)

基于5G 軌交專網(wǎng)打造軌交智慧化建設(shè)，圍繞站、車、線三個維度建設(shè)專享、尊享網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。以智慧場站服務(wù)、軌交車地通信、軌交信息化云服務(wù)三大核心規(guī)劃為依托，打造綜合軌交以場站為“樞紐節(jié)點”，軌交車地通信為“傳輸網(wǎng)絡(luò)”，生產(chǎn)管控信息化建設(shè)為“鏈接紐帶”的綜合軌道交通信息化升級體驗。打造“站、車、線”軌交新業(yè)務(wù)，節(jié)點：場站，建立以客、貨運場站為核心的信息化服務(wù)能力，連接：線路，建立圍繞以線路巡檢作業(yè)為核心的安全管控、作業(yè)協(xié)作、生產(chǎn)信息化能力，傳輸：列車，建立以軌交機(jī)車無線車地通信為核心的車載前后裝服務(wù)能力。建設(shè)5G 軌交行業(yè)專網(wǎng)生態(tài)體系，以軌交行業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)升級為契機(jī)，依托新基建和軌交2035 建設(shè)綱要，推進(jìn)軌交行業(yè)專網(wǎng)能力建設(shè)，構(gòu)建5G 軌交行業(yè)生態(tài)體系。

開啟5G 軌交專網(wǎng)的建設(shè)模式，5G 軌交專網(wǎng)采用中國移動BAF 多量綱商業(yè)模式，專網(wǎng)可靈活組合，延展多量綱，可快速規(guī)模化落地復(fù)制?！鞍磫吸c菜”按需建設(shè)，目前已在22 省301個項目得到驗證。5G 軌交線路及車站專網(wǎng)：B1+B2 模式，2.6G或700M 頻段與4G E 頻段混合組網(wǎng)。主推專享和尊享模式，通過QoS(5Q1)、切片、RB 資源預(yù)留等手段實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯隔離，滿足客戶對網(wǎng)絡(luò)速率、時延及可靠性的優(yōu)先保障需求，提供無線網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)覆蓋。5G 軌交車內(nèi)專網(wǎng)：采用B3 模式，4.9G 頻段（100M）與4G E 頻段混合組網(wǎng)。通過專項和尊享模式，為軌交構(gòu)建專用的無線網(wǎng)絡(luò)，提供高安全性、高隔離度的定制化建網(wǎng)服務(wù)。通過邊緣計算基數(shù)，實現(xiàn)本地業(yè)務(wù)處理，滿足數(shù)據(jù)本地化、超低時延等需求。其中的增值內(nèi)容還包括：業(yè)務(wù)加速、業(yè)務(wù)隔離、本地業(yè)務(wù)保障、數(shù)據(jù)不出場、邊緣節(jié)點、超級上行、用戶專用接入、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)運維服務(wù)和重保服務(wù)等。

北京市通州區(qū)與河北省三河、大廠、香河三縣市協(xié)同發(fā)展規(guī)劃中提到“深入推進(jìn)軌道上的城市建設(shè)，完善多層次的城市區(qū)域軌道快線（含市域鐵路）、軌道普線、局域線等多層次的軌道交通網(wǎng)絡(luò)?！边@是極具代表性的積極融入“新基建”領(lǐng)域的信號，作為首都的重要區(qū)塊，通州區(qū)與周邊臨近區(qū)域通過打造軌道干線相融合，加快站城一體化建設(shè)，為軌道交通進(jìn)行新一代“科技革命”，將各種制式的軌道交通囊括其中統(tǒng)籌考慮，如輕軌、有軌電車和單軌電車等，從而帶動一系列工程、技術(shù)進(jìn)行大范圍應(yīng)用和相應(yīng)創(chuàng)新，推動了產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會加速發(fā)展。

四、建立一朵云：智慧軌交高效云計算平臺

利用移動云平臺打造智慧軌交高效運行環(huán)境，建設(shè)云計算平臺、自動化運維系統(tǒng)、信息安全系統(tǒng)，為實現(xiàn)智慧軌交打下堅實保障基礎(chǔ)?；A(chǔ)設(shè)施層面：為軌交所有應(yīng)用系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境，云平臺資源層面：為地鐵大部分信息系統(tǒng)搭建共享的運行平臺，提供統(tǒng)一的計算資源、存儲資源以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和服務(wù)總線；云服務(wù)體系層面：包括自動化運維體系建設(shè)、信息安全體系建設(shè)；標(biāo)準(zhǔn)化層面：根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的總體框架，建設(shè)云平臺總體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。如構(gòu)建統(tǒng)一的客戶端，容災(zāi)系統(tǒng)，進(jìn)行容災(zāi)系統(tǒng)的分級管理，PC 端的自運維系統(tǒng)，將運維集成管理平臺，進(jìn)行運維管理，統(tǒng)一監(jiān)護(hù)平臺，進(jìn)行運維流程管理。業(yè)務(wù)平臺中的生產(chǎn)，旅服，物流，行政，交通等，云管理系統(tǒng)PaaS 層級包括服務(wù)管理引擎，應(yīng)用管理引擎，數(shù)據(jù)管理引擎，IaaS 層級包括物理資源管理、虛擬資源管理。安全管理體系包括應(yīng)用安全，數(shù)據(jù)安全和主機(jī)安全。

將軌交云網(wǎng)融合助理異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，專網(wǎng)安全升級，基于IT網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)方法，打造云計算與傳輸網(wǎng)、無線網(wǎng)從核心側(cè)到邊緣側(cè)的有機(jī)融合基于云網(wǎng)融合的邊緣云方案，使關(guān)鍵業(yè)務(wù)本地分流，核心數(shù)據(jù)不出局。網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)中的LTE 終端鑒權(quán)機(jī)制，MEC 服務(wù)區(qū)域限制，端口隔離機(jī)制，物理隔離機(jī)制和加密傳輸機(jī)制。應(yīng)用場景可以為5G 智慧軌交車站提供服務(wù)，只會車站整體解決方案提出在地鐵、火車站等站場內(nèi)的既有獨立子系統(tǒng)基礎(chǔ)上打造數(shù)據(jù)充分匯聚、高效管理的智慧化運營平臺，列車自動化全面可控，客流信息實時反饋，精確調(diào)整，可視化預(yù)測，定量化指令與推送的一體化系統(tǒng)的可視化展示與運營管理。目標(biāo)：保障地鐵、火車站等站場內(nèi)的既有獨立子系統(tǒng)基礎(chǔ)上打造數(shù)據(jù)充分匯聚、集中開放、安全有效。將一系列抽象、不具體的信息化指令轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w、形象的可感知圖像，從而令車站運營人員和乘客有一種親切感，而不是冷冰冰的與機(jī)器進(jìn)行無感交流，使乘客有歸屬感，有賓至如歸的感覺與體驗的可視化展示與運營管理。打造更安全的運營：如設(shè)備故障快速感知，快速準(zhǔn)確處置，大客流快速感知，快速準(zhǔn)確處置，突發(fā)事件快速感知，快速準(zhǔn)確處置；更高效的管理：車站運作狀態(tài)可視化、運行自動化，作業(yè)過程標(biāo)準(zhǔn)化、步驟化、結(jié)構(gòu)化，現(xiàn)場管理網(wǎng)格化——地盤式管理模式，人員技能復(fù)合化，業(yè)績評估量化、指標(biāo)化；更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，真實可感的地鐵車站通勤環(huán)境，包括車站的體感溫度、濕度和照明系統(tǒng)，乘客所需信息可輕松、省時地獲取，行車準(zhǔn)點率、兌圖率逐年提升，乘客滿意率在高位運行，打造更高級別的車站自主化服務(wù)，從而達(dá)到精簡一線工作人員，提升車站智能化運營比重，節(jié)約運維開支。車站畫像，乘客畫像，更精準(zhǔn)的服務(wù)，車站+的模式，打造車站生態(tài)圈。

五、結(jié)語

中國是全球唯一擁有完整產(chǎn)業(yè)門類的最大制造業(yè)國家，同時，也是全球最大的單一消費市場，中國有條件實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)獨立的內(nèi)循環(huán)，從而使得中國經(jīng)濟(jì)得以相對正常地運行。發(fā)展軌道交通是最好的選項。將智慧城軌的一平臺、一張網(wǎng)、一朵云多源融合，從而實現(xiàn)智慧城軌的五個基本功能：自主感知、分析診斷、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、自我學(xué)習(xí)。目標(biāo)是在既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上打造車站智能化運行與運營管理系統(tǒng)，具備運行狀態(tài)全方位精準(zhǔn)感知、運行趨勢智能化分析預(yù)判、信息指令一體化主動推送、運行規(guī)則擬人化自動進(jìn)化功能，實現(xiàn)面向乘客的全方位體驗，面向設(shè)備的全自動運行，面向站長的輔助性決策和面向事件的共治式聯(lián)動。

中國已經(jīng)入新階段的發(fā)展時代，城市軌道交通的智慧城軌建設(shè)作為新基建的重要組成部分，交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的主要面向行業(yè)，中國智慧交通建設(shè)駛?cè)肟燔嚨?，加快推動大?shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級計算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合，對交通運輸傳統(tǒng)基建進(jìn)行數(shù)字化、智能化改造和升級，實現(xiàn)人、車、路信息互聯(lián)互通，促進(jìn)各種運輸方式融合發(fā)展，推動運輸服務(wù)模式創(chuàng)新，最終建成安全、便捷、高效、綠色的現(xiàn)代綜合運輸交通體系。