劉純潔

（上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，201103，上?！慰偣こ處煟?/p>

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，人類迎來了第五次工業(yè)革命，同時(shí)也為智慧地鐵的發(fā)展插上了騰飛的翅膀。近年來，我國的城市軌道交通智慧化應(yīng)用正處于不斷探索、創(chuàng)新的過程中，掃碼過閘、生物識(shí)別、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用在為乘客帶來了全新乘車體驗(yàn)的同時(shí)，也提升了運(yùn)營管理、維護(hù)管理的質(zhì)量與效率。

上海地鐵在轉(zhuǎn)型發(fā)展中積極推動(dòng)“智慧地鐵”的建設(shè)，主動(dòng)適應(yīng)城市軌道交通工程建設(shè)規(guī)?；⑷谫Y方式多樣化、線網(wǎng)布局網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)輸制式多元化、運(yùn)營方式智能化、支撐技術(shù)信息化等發(fā)展新態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)資源整合、模式創(chuàng)新、效能優(yōu)化，以進(jìn)一步提升服務(wù)水平，助力上海城市軌道交通快速發(fā)展。

1 研究背景

1.1 科技創(chuàng)新強(qiáng)國

創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐。國家要求要瞄準(zhǔn)世界科技前沿，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果的重大突破。因此，加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究，拓展實(shí)施國家重大科技項(xiàng)目，突出關(guān)鍵共性技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)、顛覆性技術(shù)的創(chuàng)新，可為建設(shè)科技強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、航天強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、數(shù)字強(qiáng)國、智慧社會(huì)提供有力支撐。

由此可見，實(shí)施科技創(chuàng)新是我國下一階段發(fā)展的重大戰(zhàn)略。軌道交通作為大城市交通的核心力量，為配合在國家層面大力推進(jìn)并支持科技創(chuàng)新，可以通過智能化、智慧化的創(chuàng)新應(yīng)用帶來新的發(fā)展。

1.2 智慧城市與智慧交通

智慧城市是“互聯(lián)網(wǎng)+”下的城市發(fā)展新趨勢(shì)。智慧交通是智慧城市的重要構(gòu)成，在極大提高交通運(yùn)輸效率、保障交通安全和改善交通環(huán)境的同時(shí)，更能提高資源的利用效率。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要對(duì)交通運(yùn)輸智能化提出了以下要求：“以提供順暢、便捷的人性化交通運(yùn)輸服務(wù)為核心，加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，發(fā)展交通系統(tǒng)信息化和智能化技術(shù)、安全高速的交通運(yùn)輸技術(shù)，提高運(yùn)網(wǎng)能力和運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)交通信息共享和各種交通方式的有效銜接，提升交通運(yùn)營管理的技術(shù)水平，發(fā)展綜合交通運(yùn)輸?！?/p>

地鐵在城市交通中扮演著越來越重要的角色，地鐵的智慧化程度與服務(wù)水平將直接影響智慧交通的能力，為此，應(yīng)從支撐智慧城市、智慧交通的層面，大力推動(dòng)智慧地鐵的建設(shè)與創(chuàng)新。

1.3 上海城市軌道交通現(xiàn)狀

上海有著我國規(guī)模最大的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示，截至2018年底，上海城市軌道交通全網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營線路總長達(dá)到705 km（含磁浮線29 km），車站數(shù)增至415座，換乘車站增至57座。2017年，上海城市軌道交通的線路運(yùn)營長度已位居世界第一，全年客流量20.38億人次，位居世界第三。

隨著城市軌道交通線網(wǎng)的不斷擴(kuò)展和延伸，客流的壓力也逐漸激增。上海城市軌道交通的公共交通出行占比從2000年的5%不斷增長到2018年底的63.4%（不計(jì)出租車的出行量）。目前，上海城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)日均客流量已超過了1 000萬人次。2019年3月8日，單日最高客流量達(dá)到了1 329.4萬人次。軌道交通已經(jīng)成為了上海市民、游客出行首選的公共交通工具。

近年來，全自動(dòng)運(yùn)行、掃碼過閘、基于建筑信息模型（BIM）的建設(shè)管理平臺(tái)，以及上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營調(diào)度指揮大樓、上海軌道交通行業(yè)數(shù)據(jù)中心等項(xiàng)目的陸續(xù)建設(shè)與投用，為上海軌道交通超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理提供了新的途徑［1］。上海城市軌道交通需要抓緊智慧城市的發(fā)展機(jī)遇，在智慧城市、智慧交通的大框架下，發(fā)展好智慧地鐵，通過質(zhì)量引領(lǐng)來保持行業(yè)先行優(yōu)勢(shì)。

圖1 上海城市軌道交通運(yùn)營里程、日均客流量及公共交通占比發(fā)展情況

2 智慧地鐵的定義

智慧地鐵已受到軌道交通業(yè)界的高度關(guān)注。業(yè)內(nèi)在對(duì)智慧地鐵的不斷探索實(shí)踐中，逐步完善了對(duì)智慧地鐵的全面認(rèn)知。智慧地鐵是以保障地鐵全局安全、提高運(yùn)輸效率、改善經(jīng)營效益和提升服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo)，采用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，提升全息感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策和精準(zhǔn)執(zhí)行的能力，打造業(yè)務(wù)智能聯(lián)動(dòng)、配置智慧資源的地鐵運(yùn)輸及服務(wù)系統(tǒng)。

上海地鐵經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，總結(jié)提煉出用“SMART”來注釋智慧地鐵的基本特征。

（1）S——狀態(tài)感知（State perception）：通過應(yīng)用智能傳感、視頻分析等智能感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通全生命周期內(nèi)的各類設(shè)施設(shè)備、環(huán)境、客流、工作人員等對(duì)象的群體智能主動(dòng)感知與發(fā)現(xiàn)。

（2）M——數(shù)據(jù)管控（Data management）：匯聚軌道交通內(nèi)各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)執(zhí)行數(shù)據(jù)等，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗、加載等處理，實(shí)現(xiàn)智慧地鐵的業(yè)務(wù)全數(shù)字化。

（3）A——自動(dòng)診斷（Automatic analysis）：應(yīng)用大數(shù)據(jù)智能分析與決策技術(shù)、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、設(shè)備健康診斷等手段，對(duì)地鐵運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析挖掘，為地鐵建設(shè)、運(yùn)營、維保等提供科學(xué)決策依據(jù)。

（4）R——業(yè)務(wù)閉環(huán)（Route loop）：通過大數(shù)據(jù)智能分析診斷的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)軌道交通各類事務(wù)性作業(yè)及管理的協(xié)同自動(dòng)化、流程可視化、業(yè)務(wù)規(guī)范化。

（5）T——持續(xù)進(jìn)化（Tenacious evolution）：先期利用專家系統(tǒng)等軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷、智慧工單等功能；隨著數(shù)據(jù)、案例等的積累，通過人工智能技術(shù)開展自學(xué)習(xí)、自進(jìn)化，持續(xù)提高智慧地鐵的智能化水平。

如圖2所示，智慧地鐵是一個(gè)漸進(jìn)的過程，是一個(gè)從對(duì)象數(shù)字化到執(zhí)行智能化、到最終實(shí)現(xiàn)決策與聯(lián)動(dòng)智慧化的發(fā)展過程。智慧地鐵并不是一個(gè)新建的系統(tǒng)，而是通過研發(fā)、引入其他領(lǐng)域的新技術(shù)，結(jié)合地鐵的業(yè)務(wù)特點(diǎn)與業(yè)務(wù)場景，對(duì)既有地鐵業(yè)務(wù)進(jìn)行智慧化賦能的過程，最終實(shí)現(xiàn)地鐵各類業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量與執(zhí)行能力的提升。

圖2 上海智慧地鐵發(fā)展過程及其特征

3 智慧地鐵建設(shè)目標(biāo)

為適應(yīng)新時(shí)代的高質(zhì)量發(fā)展要求，貼合上海建成全球卓越城市的發(fā)展需要，適應(yīng)城市軌道交通超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)運(yùn)營要求，上海地鐵從超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營下的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)與需求出發(fā)，以“安全、服務(wù)、效率、效益”4個(gè)維度作為智慧地鐵的建設(shè)目標(biāo)。在我國科技創(chuàng)新的浪潮下，各類新技術(shù)與突破不斷地涌現(xiàn)，但智慧地鐵建設(shè)不應(yīng)為了“智慧”而智慧，必須以“安全、服務(wù)、效率、效益”這4個(gè)維度指導(dǎo)各類智慧化應(yīng)用試點(diǎn)及建設(shè)，并客觀地評(píng)估各類應(yīng)用的建設(shè)需求。在此基礎(chǔ)上，融合信息化和自動(dòng)化技術(shù)，構(gòu)建智能感知、智能聯(lián)動(dòng)的能力，用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)地鐵業(yè)務(wù)的執(zhí)行力提升，支撐上海地鐵網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展。

3.1 提高安全可靠度

地鐵運(yùn)營的首要目標(biāo)就是安全。地鐵運(yùn)營應(yīng)在確保列車準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行的前提下，保障乘客乘車、列車及設(shè)施設(shè)備運(yùn)行的安全。基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、視頻監(jiān)控、移動(dòng)應(yīng)用、遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的安全預(yù)警、文明施工、異常行為監(jiān)控、安全檢查等；通過各類設(shè)備的狀態(tài)感知，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，提高列車、車站等關(guān)鍵運(yùn)營設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行安全可靠度，實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備從故障修向狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變；對(duì)軌道交通運(yùn)行環(huán)境實(shí)施監(jiān)控，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控各類機(jī)房的實(shí)時(shí)環(huán)境，避免災(zāi)害發(fā)生；針對(duì)高架車站實(shí)現(xiàn)局部災(zāi)害天氣的實(shí)時(shí)預(yù)警與趨勢(shì)研判；對(duì)地鐵空間內(nèi)的人員安全進(jìn)行全局監(jiān)視，對(duì)列車駕駛員等關(guān)鍵崗位人員工作狀態(tài)進(jìn)行判別；通過視頻模型與人臉識(shí)別庫的搭建，對(duì)乘客異常行為進(jìn)行全局監(jiān)控與告警；實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件的快速定位與處置、大客流的提前感知，保障廣大乘客的出行安全與地鐵運(yùn)行安全。

3.2 提高服務(wù)水平

乘客是地鐵服務(wù)的主體。地鐵擁有龐大的地下空間，已不僅僅是乘客搭乘交通工具的場所，更是人們生活、娛樂等的場所。通過智慧地鐵的建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)并提高基于出行鏈的不同人群的差異化、全方位出行體驗(yàn)。通過智能探測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)乘客的被動(dòng)式無感安檢；通過智慧視覺的應(yīng)用，以及乘客誠信票務(wù)體系的建立，乘客可快速進(jìn)出費(fèi)區(qū)；在乘客乘車前后，綜合人工智能、語音識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析等的應(yīng)用，乘客從被動(dòng)式的信息接收轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)式的智能問詢；利用車站W(wǎng)i-Fi與無線互聯(lián)網(wǎng)的承載，基于乘客個(gè)人的用戶畫像，拓展出行全過程的導(dǎo)乘、導(dǎo)游、導(dǎo)吃、導(dǎo)讀、導(dǎo)購等體驗(yàn)；通過客流、溫度、PM2.5等數(shù)據(jù)的全息感知與環(huán)控系統(tǒng)的自適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)車站、車廂環(huán)境的智能調(diào)節(jié)，提高乘客的舒適度體驗(yàn)，切實(shí)提高服務(wù)水平。

3.3 提高生產(chǎn)效率

地鐵車站數(shù)量眾多，設(shè)施設(shè)備種類多樣，往往需要大量的人力、物力去支撐地鐵業(yè)務(wù)的開展?；贐IM技術(shù)的施工信息化管理，利用BIM的特點(diǎn)，結(jié)合工程籌劃、驗(yàn)工計(jì)價(jià)等業(yè)務(wù)，可縮短施工周期，提高項(xiàng)目建設(shè)管理的效率；通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)的結(jié)合，在車站、機(jī)房、基地等地實(shí)現(xiàn)各類智能化的巡檢、巡更工作；通過各類現(xiàn)場設(shè)備與客流的實(shí)時(shí)狀態(tài)感知，實(shí)現(xiàn)車站運(yùn)作狀態(tài)可視化、運(yùn)行自動(dòng)化，提升地鐵業(yè)務(wù)的執(zhí)行效率和效能；語音識(shí)別模塊與傳統(tǒng)自動(dòng)購票機(jī)、智能問詢機(jī)器人的結(jié)合應(yīng)用，可減少車站客服人員的配置；傳統(tǒng)車站工作區(qū)域的巡檢業(yè)務(wù)往往需要投入一定的人力與工作時(shí)間，通過移動(dòng)應(yīng)用的開發(fā)與智能終端的使用，可實(shí)現(xiàn)車站巡檢業(yè)務(wù)的全過程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集；利用機(jī)器人技術(shù)，通過視頻分析、人工智能、機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合，更可采用專用巡檢機(jī)器人的方式徹底取代工作人員，以提高生產(chǎn)作業(yè)效率。

3.4 提高經(jīng)濟(jì)效益

城市軌道交通在大規(guī)模建設(shè)階段面臨巨額的投資壓力，在建成的城市軌道交通線路運(yùn)營與維護(hù)階段，同樣面臨巨額的資金壓力。在設(shè)施設(shè)備管理方面，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備的智能倉儲(chǔ)，減少人力成本的支出；利用互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新興技術(shù)，提高設(shè)施設(shè)備全生命周期的可用性，減少設(shè)施設(shè)備的故障率，優(yōu)化備品備件的使用周期；在運(yùn)營效率方面，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析與人工智能，優(yōu)化司機(jī)排班與列車自動(dòng)進(jìn)出庫等作業(yè)；在車站、列車的運(yùn)行過程中，環(huán)境控制系統(tǒng)采用智能變頻的方式來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)境，可起到節(jié)能降耗的作用；利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立完整的軌道交通建設(shè)、運(yùn)營、維保等業(yè)務(wù)板塊的指標(biāo)體系，通過數(shù)據(jù)分析有效控制成本與投資。

此外，在提升生產(chǎn)效率和乘客服務(wù)的同時(shí)，應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)效益，盡量保證“效率”、“服務(wù)”與“效益”之間的平衡。要客觀地評(píng)估哪些智慧化的應(yīng)用可以提高經(jīng)濟(jì)效益，哪些應(yīng)用是需要去評(píng)估和衡量經(jīng)濟(jì)效益的，否則將導(dǎo)致效益的負(fù)增長。

4 上海智慧地鐵架構(gòu)

4.1 總體架構(gòu)

智慧地鐵建設(shè)，應(yīng)通過技術(shù)層面的智能技術(shù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)層面的聯(lián)動(dòng)融合，共同推動(dòng)上海地鐵整體管理能力的提升。智能技術(shù)應(yīng)用，指人臉識(shí)別、圖像識(shí)別、語音識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、機(jī)器人等各種智能技術(shù)在城市軌道交通各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用，以提升業(yè)務(wù)執(zhí)行的安全和質(zhì)量。業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)融合，指實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)，一個(gè)業(yè)務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)或執(zhí)行結(jié)果直接觸發(fā)其他業(yè)務(wù)的執(zhí)行或執(zhí)行方式，從而提升業(yè)務(wù)執(zhí)行的效率和效益，典型場景如用于業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)的一鍵操作等。

上海地鐵以“管理規(guī)范、推進(jìn)有序、成本可控、資源共享”的IT治理理念為指導(dǎo)，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全策略為保障，構(gòu)建“1個(gè)地鐵中樞集成平臺(tái)、1個(gè)地鐵云、3個(gè)智慧領(lǐng)域、4層架構(gòu)、X類智慧設(shè)備”為架構(gòu)的“1 軸”、“1 云”、“3 域”、“5 層”、“X 類”智慧地鐵框架，如圖3所示。

（1）“1軸”：建設(shè)1個(gè)地鐵中樞系統(tǒng)，提升地鐵行業(yè)知識(shí)沉淀能力，全方位、多維度地綜合展示智慧地鐵的全貌。

（2）“1云”：建設(shè)1朵地鐵云，包括海量存儲(chǔ)和計(jì)算平臺(tái)、數(shù)據(jù)資源平臺(tái)、IT服務(wù)平臺(tái)等。

（3）“3域”：在應(yīng)用層建設(shè)3個(gè)智慧領(lǐng)域，從智慧建設(shè)、智慧運(yùn)營、智慧維保3個(gè)方面提升業(yè)務(wù)執(zhí)行能力。

（4）“5層”：建設(shè)5層智慧地鐵技術(shù)架構(gòu)體系，包括采集層、存儲(chǔ)層、分析層、應(yīng)用層、中樞層。

（5）“X類”：X類智能設(shè)備，如巡檢設(shè)備、值班設(shè)備、售票設(shè)備、客服機(jī)器人等。

4.2 建設(shè)思路與方法

智慧地鐵的建設(shè)應(yīng)以智慧化目標(biāo)為需求導(dǎo)向。智慧化的應(yīng)用從地鐵傳統(tǒng)的“業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)”，通過海量數(shù)據(jù)的綜合分析、研判從而轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”。因此，智慧地鐵的建設(shè)思路應(yīng)以“數(shù)據(jù)”為核心，通過兩化融合、云邊協(xié)同的方式，構(gòu)建智慧地鐵技術(shù)架構(gòu)的5層信息化體系，分別為采集層、存儲(chǔ)層、分析層、應(yīng)用層、中樞層。

（1）采集層：通過構(gòu)建數(shù)字化、自動(dòng)化技術(shù)體系，完善業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提升對(duì)設(shè)備、人、環(huán)境、系統(tǒng)等的感知能力，更準(zhǔn)確、及時(shí)地認(rèn)知業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)采集層應(yīng)充分考慮邊緣基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、響應(yīng)性與網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

（2）存儲(chǔ)層：通過大數(shù)據(jù)綜合分析與人工智能算法，建立具備海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理能力的智慧地鐵云。在建設(shè)過程中，應(yīng)在前期設(shè)計(jì)時(shí)考慮構(gòu)建一個(gè)安全、高效的信息化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)［2］、軟硬件基礎(chǔ)架構(gòu)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行環(huán)境，以提高隨業(yè)務(wù)迭代更新而隨之變化的橫向擴(kuò)展能力。

（3）分析層：基于智慧地鐵海量數(shù)據(jù)，建立科學(xué)的大數(shù)據(jù)體系，搭建智慧地鐵大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。同時(shí)引入先進(jìn)的人工智能、機(jī)器自學(xué)習(xí)的通用服務(wù)模塊，通過業(yè)務(wù)的自我進(jìn)化，實(shí)現(xiàn)管理提升。數(shù)據(jù)分析層的建立應(yīng)模塊化、模型化和軟件化，構(gòu)成數(shù)據(jù)-信息-知識(shí)-決策的閉環(huán)，完善數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)能力，形成綜合研判、多業(yè)務(wù)智慧聯(lián)動(dòng)。

（4）應(yīng)用層：立足于城市軌道交通現(xiàn)有業(yè)務(wù)架構(gòu)和應(yīng)用架構(gòu)，通過各業(yè)務(wù)應(yīng)用體系的功能完善和智慧賦能，建立一系列新的智慧化應(yīng)用，提升業(yè)務(wù)執(zhí)行和服務(wù)的能力。智慧化應(yīng)用的建設(shè)，仍然要以智慧地鐵的目標(biāo)出發(fā)，充分研究業(yè)務(wù)能力的提升與可達(dá)到的智慧化水平，并應(yīng)在相應(yīng)的試點(diǎn)后進(jìn)行分析與后評(píng)估。

（5）中樞層：服務(wù)于智慧地鐵的監(jiān)管與決策，可提供各業(yè)務(wù)板塊直觀的狀態(tài)監(jiān)視、信息綜合展示、運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估、分析結(jié)果與科學(xué)的輔助決策信息，最終達(dá)到業(yè)務(wù)狀態(tài)數(shù)字化、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突?。中樞層?yīng)具備完整且完善的業(yè)務(wù)狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，并可提供相應(yīng)的決策信息，形成完整的智慧地鐵業(yè)務(wù)閉環(huán)。

圖3 上海智慧地鐵技術(shù)架構(gòu)

5 上海智慧地鐵應(yīng)用實(shí)踐

上海地鐵在最近幾年中，先后采用了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，在地鐵的建設(shè)、運(yùn)營、維保等業(yè)務(wù)中，探索了一系列的創(chuàng)新試點(diǎn)應(yīng)用，因而對(duì)智慧地鐵有了更深層次的理解，并形成了一套適合上海城市軌道交通的智慧地鐵體系。上海智慧地鐵由智慧建設(shè)、智慧運(yùn)營與智慧維保3大應(yīng)用板塊構(gòu)成。

5.1 智慧建設(shè)

（1）基于BIM的全生命周期建設(shè)管理平臺(tái)：以城市軌道交通BIM為核心，結(jié)合建設(shè)管理的業(yè)務(wù)需求，利用BIM的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從方案設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)協(xié)同、工程校驗(yàn)、工程籌劃優(yōu)化、現(xiàn)場實(shí)時(shí)信息管理、動(dòng)態(tài)投資控制、設(shè)備信息查詢、維護(hù)保養(yǎng)等全生命周期的建設(shè)管理。

（2）融合智慧視覺與遠(yuǎn)程監(jiān)控的風(fēng)險(xiǎn)管控：建立全球眼系統(tǒng)，通過視覺智慧的圖像分析手段，實(shí)時(shí)掌握施工現(xiàn)場的情況，對(duì)施工人員進(jìn)行有效的管控，并針對(duì)人員的異常行為進(jìn)行安全預(yù)警；基于建設(shè)項(xiàng)目的遠(yuǎn)程監(jiān)控及狀態(tài)感知，研究建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量管控體系，對(duì)施工現(xiàn)場的安全防護(hù)、工程質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視與分析［3］；基于移動(dòng)應(yīng)用的文明施工平臺(tái)，對(duì)施工現(xiàn)場的設(shè)備、人員、材料等對(duì)象進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)的安全檢查、質(zhì)量管理、考評(píng)管理，以進(jìn)一步提高施工現(xiàn)場的安全管控能力、監(jiān)督管理力度和工程建設(shè)效率。

（3）基于多元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)規(guī)劃：利用手機(jī)信令數(shù)據(jù)、城市外部數(shù)據(jù)等，結(jié)合長三角一體化建設(shè)和上海城市總體規(guī)劃，在建設(shè)項(xiàng)目前期，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)綜合多元數(shù)據(jù)，對(duì)車站的設(shè)置類型、設(shè)計(jì)方案、換乘設(shè)計(jì)、客流量估算等進(jìn)行設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)，并指導(dǎo)工程的前期設(shè)計(jì)與規(guī)劃。

5.2 智慧運(yùn)營

（1）乘客自主服務(wù)：利用語音識(shí)別、圖像識(shí)別、體感等技術(shù)，引入客服機(jī)器人、交互屏等智能設(shè)備，為乘客提供如車站概況、站內(nèi)設(shè)施、便民服務(wù)、路線推薦、站內(nèi)導(dǎo)航等信息的問詢和查閱服務(wù)；增加乘客進(jìn)站、出站手段，推行手機(jī)掃碼過閘的全覆蓋，推廣長三角公共交通二維碼互聯(lián)互通；完善自動(dòng)售檢票系統(tǒng)，引入生物特征識(shí)別、語音購票等新型智能購票方式。

（2）智慧車站運(yùn)轉(zhuǎn)：基于車站人員管理、設(shè)施設(shè)備管理、客運(yùn)管理等三大業(yè)務(wù)板塊，利用Wi-Fi嗅探、大數(shù)據(jù)分析、語音識(shí)別、二維碼、視頻識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)站、車站無人巡檢、客流狀態(tài)自動(dòng)感知、預(yù)案自動(dòng)觸發(fā)與執(zhí)行、運(yùn)營信息主動(dòng)推送等一系列智慧化應(yīng)用，以進(jìn)一步提升上海地鐵運(yùn)營管理的安全等級(jí)和反應(yīng)能力。智慧車站將形成上海地鐵的車站運(yùn)行模式的新標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)一步推廣至全網(wǎng)絡(luò)所有車站。

（3）自適應(yīng)行車調(diào)度：根據(jù)客流高峰與低谷的預(yù)測(cè)，結(jié)合車輛運(yùn)輸、運(yùn)載能力，及時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)整運(yùn)力，提高運(yùn)營管理效率；推進(jìn)客運(yùn)和行車的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營組織的高效協(xié)作；推廣地鐵全自動(dòng)運(yùn)行模式，提升行車安全性。

（4）乘務(wù)軟件排班：優(yōu)化乘務(wù)組織與列車司機(jī)狀態(tài)評(píng)價(jià)；基于行車實(shí)時(shí)調(diào)整的值乘任務(wù)與調(diào)度優(yōu)化方法，優(yōu)化乘務(wù)任務(wù)匹配方案；優(yōu)化乘務(wù)輪轉(zhuǎn)，智能化編制乘務(wù)計(jì)劃；通過智慧視覺分析的方式，實(shí)時(shí)判斷司機(jī)、客服人員的工作狀態(tài)，保障運(yùn)營安全與服務(wù)水平。

（5）智慧城市聯(lián)動(dòng)：建立與上?！爸腔鄢鞘小钡臄?shù)據(jù)共享和實(shí)時(shí)互通，形成與公安、消防、水務(wù)、供電、通信等部門的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)公共資源的合理配置，保證重大突發(fā)情況下可作出快速和妥善的響應(yīng)。

5.3 智慧維保

（1）車輛在線管控：利用視頻分析技術(shù)，對(duì)出入庫車輛的狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別與監(jiān)視；通過先進(jìn)的通信技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)視車輛運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)提供報(bào)警信息以及遠(yuǎn)程處置支持；對(duì)車輛歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤和挖掘，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)修提供支持；配合移動(dòng)巡檢系統(tǒng)及鷹眼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人工檢查環(huán)節(jié)的電子化。

（2）供電網(wǎng)絡(luò)遙控：通過物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)電力運(yùn)行狀況的實(shí)施監(jiān)視與遙控；利用視頻分析技術(shù)，對(duì)電力設(shè)施、電力用房等關(guān)鍵部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與預(yù)警，保障全網(wǎng)行車安全。

（3）工務(wù)車載巡檢：通過在軌檢車、探傷車等專用車輛上增加車載傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，采用視頻分析、大數(shù)據(jù)分析等手段，實(shí)現(xiàn)軌道、隧道狀態(tài)的持續(xù)跟蹤與預(yù)測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行快速定位與處置。

（4）通號(hào)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)控：開展通信系統(tǒng)指令和業(yè)務(wù)傳輸狀態(tài)、各場景下通信業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并精準(zhǔn)故障定位；對(duì)信息系統(tǒng)，在深度整合傳統(tǒng)維護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和基于通信的列車控制（CBTC）維護(hù)支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，全面實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)采集、獲取和存儲(chǔ)，構(gòu)建信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)信息中心，為故障智能診斷、預(yù)警分析、維修維護(hù)策略提供準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)支撐。

（5）基地智能運(yùn)轉(zhuǎn)：面向基地的“維修、安全、物流、環(huán)境、生活”等主要業(yè)務(wù)體系，以自動(dòng)化、信息化專業(yè)為切入點(diǎn)，通過物聯(lián)網(wǎng)、通信、信息化平臺(tái)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)車輛基地的全局監(jiān)控、智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 結(jié)語

智慧地鐵可以為乘客提供最優(yōu)出行規(guī)劃、智能票務(wù)服務(wù)、交互式信息查詢以及商業(yè)生活接口等全新、便捷的出行體驗(yàn)，同時(shí)可為地鐵運(yùn)營實(shí)現(xiàn)客流預(yù)警、行車調(diào)度、故障維修、安全保障等綜合運(yùn)維管理提供智時(shí)代技術(shù)支撐。通過建設(shè)智慧地鐵，運(yùn)營管理者可以大大提高軌道交通業(yè)務(wù)執(zhí)行效率與質(zhì)量，同時(shí)可有效地控制成本，為乘客出行提供個(gè)性化的便利與服務(wù)。今后，融合多種新興技術(shù)、發(fā)揮多方優(yōu)勢(shì)的城市軌道交通的智能化發(fā)展，將能更好地提升城市軌道交通的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，支撐智慧城市建設(shè)。