文｜趙迪 丁波濤

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，我國城市化率已從1990年的26.4%快速上升到2019年的60.6%，而且預(yù)計2035年還將攀升到70%以上。日益增長的城市人口帶來了巨大的城市交通壓力，而軌道交通又是城市交通的重中之重。據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的報告，我國城市軌交系統(tǒng)2019年全年累計完成客運量237.1 億人次，同比增長12.5%，總客運周轉(zhuǎn)量為2003.1 億人次，同比增長13.8%，城市軌交在運力、能耗、服務(wù)、安全等方面面臨的壓力不斷加劇。要應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，必須利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)構(gòu)造新型智能軌交體系，提升服務(wù)質(zhì)量、拓展交通運能、保障運行安全、促進(jìn)綠色環(huán)保。

圖1 智慧軌交的框架體系

國外智慧城市軌交發(fā)展?fàn)顩r

近年來，面對不斷增長的交通運能壓力以及日益嚴(yán)峻的社會安全威脅，世界各國都大力推進(jìn)新興數(shù)字技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用，并形成了各具特色的智慧軌交體系。

1.洛杉磯智慧城市軌交發(fā)展?fàn)顩r

洛杉磯軌道交通系統(tǒng)在4752 平方英里范圍內(nèi)，服務(wù)超過980 萬人，在整個城市的發(fā)展過程中起著重要作用。但隨著城市人口增多以及技術(shù)設(shè)備老化，洛杉磯城市軌交也面臨著諸多挑戰(zhàn)。為此，洛杉磯城市軌交公司于2018年提出“Metro Version 2028”計劃，旨在結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與數(shù)字化進(jìn)程，實現(xiàn)城市軌道交通智慧化，以全方位提高洛杉磯地區(qū)居民的生活質(zhì)量。該計劃由三個愿景組成，分別是：通過消除交通問題實現(xiàn)洛杉磯內(nèi)個體、群體的共同繁榮；在洛杉磯任何一處均實現(xiàn)24 小時的快速、便利交通與換乘；創(chuàng)造更多高質(zhì)量城市軌道交通選擇。為實現(xiàn)以上愿景，其在城市軌道交通的智慧化方面做出了以下三方面努力：

（1）高質(zhì)量的出行選擇。致力于提高運輸網(wǎng)絡(luò)和資產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量，并采取數(shù)字化方式實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)需求的智能管理。軌交公司發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)高質(zhì)量交通的可獲得性存在巨大差距，故采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)尋找公共交通缺口最大的區(qū)域與居民群體，優(yōu)先將服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施的投資分配至該地區(qū)。同時提高現(xiàn)存軌道交通網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性與整體性，讓乘客出行更加便捷。

（2）人性化的乘客服務(wù)。通過提高軌交系統(tǒng)安全性、便利度以及信息準(zhǔn)確性，洛杉磯軌道交通系統(tǒng)極大提高了乘客滿意度。在安全性方面，由技術(shù)、設(shè)備、人員共同構(gòu)成的多層集成安全系統(tǒng)發(fā)揮著巨大作用，安全系統(tǒng)中的智能視頻監(jiān)控部分對列車內(nèi)、車站中的場景進(jìn)行實時抓拍傳輸，通過人工智能算法對該內(nèi)容進(jìn)行實時處理，對可疑人員進(jìn)行重點觀察，實現(xiàn)犯罪預(yù)防；在便利度方面，軌交公司開發(fā)了新型數(shù)字系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析挖掘客戶隱形需求，在自然語言處理技術(shù)幫助下完成人機(jī)之間的二十四小時動態(tài)交互；在信息準(zhǔn)確性方面，洛杉磯軌交公司與政府以及其他交通公司達(dá)成協(xié)議，簡化信息共享流程，同時為列車配備新型數(shù)據(jù)系統(tǒng)，全面改善到達(dá)時間預(yù)測，為乘客提供及時準(zhǔn)確的交通信息。

（3）智慧化的系統(tǒng)管控。洛杉磯軌道交通公司制定了一套完善的數(shù)據(jù)管理制度，改進(jìn)現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，用以解決開放數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)保護(hù)問題。此外洛杉磯軌交公司還開發(fā)了數(shù)據(jù)開放門戶，公眾可以利用該門戶獲取軌交運行數(shù)據(jù)，對開放數(shù)據(jù)進(jìn)行二次利用以促進(jìn)發(fā)明創(chuàng)新。一般意義上軌交資產(chǎn)智慧管理對象包括列車、軌道以及車站相關(guān)設(shè)備等，但洛杉磯軌道交通公司把員工視為最重要資產(chǎn)之一。洛杉磯軌道交通公司采用新技術(shù)來改善設(shè)施維護(hù)人員和建筑工地工人的安全問題，包括全天候的施工、維修現(xiàn)場輔助視頻監(jiān)控系統(tǒng)，針對高危場景的智能化預(yù)防方案等，從而最大限度地保護(hù)員工的安全與權(quán)益。

2.歐盟智慧城市軌交發(fā)展?fàn)顩r

為了將先進(jìn)技術(shù)加速集成到創(chuàng)新的軌道交通產(chǎn)品解決方案中，以提高歐洲軌道交通行業(yè)競爭力，歐盟于2014年6月成立歐洲軌道交通研究聯(lián)盟機(jī)構(gòu)——shift2rail，以對歐洲軌道交通進(jìn)行技術(shù)革新與系統(tǒng)研發(fā)，實現(xiàn)整個歐盟內(nèi)軌道交通的信息化與智慧化，目標(biāo)是將歐洲軌道交通系統(tǒng)容量提高一倍，可靠性和服務(wù)質(zhì)量提高50%，生命周期內(nèi)成本降低一半。該機(jī)構(gòu)計劃從多個角度進(jìn)行信息化與智慧化的創(chuàng)新，此處著重介紹以下三個方面：

（1）智慧管理與決策支持系統(tǒng)。一是發(fā)展抗干擾能力更強(qiáng)的車車通信、車軌通信系統(tǒng)，為此shift2rail 研發(fā)了一種安裝于軌道旁的智能盒子，既能與設(shè)備控制中心以及路邊其他軌交設(shè)備進(jìn)行連接，同時可以與地區(qū)通信設(shè)備（無線電或者衛(wèi)星等）連接，亦可與軌交列車中的智能盒子車載部分進(jìn)行聯(lián)動，完成數(shù)字信息與通訊信號間的即時、準(zhǔn)確傳遞；二是運維智能化，軌交系統(tǒng)利用接口標(biāo)準(zhǔn)化以及可操作化的歷史軌道交通大數(shù)據(jù)集進(jìn)行場景分析與流量管理，構(gòu)建相關(guān)知識圖譜，結(jié)合列車實時狀態(tài)與性能數(shù)據(jù)，提供智能故障應(yīng)對方案、構(gòu)建自動化的智能調(diào)度系統(tǒng)、實現(xiàn)列車輔助駕駛功能；三是基建智慧化，建設(shè)前利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行智慧規(guī)劃，建設(shè)中與建成后利用BIM（建筑信息建模）技術(shù)，實現(xiàn)信息化平臺對建設(shè)的全生命周期掌控管理，從而保證軌道交通建設(shè)的完整性與連續(xù)性，實現(xiàn)軌道交通更新?lián)Q代時的低成本、高效率。

（2）智慧能源。歐盟將可持續(xù)發(fā)展觀念嵌入到基礎(chǔ)設(shè)施和車輛的設(shè)計、建造、運維中以減少能耗和碳排放，從而實現(xiàn)能源的綠色和智能使用。智慧化的列車承載量評估系統(tǒng)與線路側(cè)儲能充電技術(shù)（包括動態(tài)無線電能傳輸?shù)龋?，可以幫助軌交系統(tǒng)根據(jù)需要調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的能源分配。在智能電網(wǎng)方面，將新型的列車系統(tǒng)通過電網(wǎng)與智能能源供應(yīng)商連接，最大限度提高可再生能源利用率，實現(xiàn)對電力的高效使用。

（3）智慧數(shù)據(jù)應(yīng)用。利用物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地捕獲、存儲與管理，保持?jǐn)?shù)據(jù)從收集、分析以及解釋、預(yù)測的連貫性與一致性，為顧客與軌交公司提供實時數(shù)據(jù)，以支持快速、科學(xué)的決策，改善顧客出行體驗，提高公司業(yè)務(wù)收益。與此同時，構(gòu)建穩(wěn)健、彈性和安全的信息架構(gòu)與治理體系，在數(shù)據(jù)利用以及共享過程中充分保護(hù)乘客隱私和數(shù)據(jù)安全，也是智慧數(shù)據(jù)應(yīng)用的重中之重。

芬蘭首都赫爾辛基是落實歐盟智能軌交理念的典型代表，其在推進(jìn)城市交通智慧化建設(shè)過程中，基于以上三方面進(jìn)行了創(chuàng)新性的探索。芬蘭交通部提出以用戶為中心，以ICT 應(yīng)用為重要組成部分，集成運輸數(shù)據(jù)、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、物理運輸基礎(chǔ)建設(shè)，為用戶提供“無縫的端到端”服務(wù)的“Move as a Service——MaaS”（出行即服務(wù)）理念，如圖2所示。

為此，赫爾辛基成立了Maas Global 公司，并開發(fā)了名為Whim 的數(shù)字平臺。通過該平臺，用戶可實時獲取軌交列車的時刻表、路線、票務(wù)以及其他出行信息。結(jié)束一段軌道交通行程后，系統(tǒng)可以立刻與下一程公共交通或預(yù)付費出租車、自行車等進(jìn)行無縫連接，通過交通狀況最佳的路線將乘客送至目的地。在支付方面，用戶也無需分別進(jìn)行查詢、預(yù)定、支付聯(lián)運的每種交通方式，而是直接選擇會員制按月套餐支付，或根據(jù)自己行程進(jìn)行整體的按需支付，該方式對不擅長使用智能設(shè)備的人群尤其方便。

啟示與思考

相比國外來說，我國軌交智慧化更加注重技術(shù)創(chuàng)新，同時具備后發(fā)優(yōu)勢，在網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制等方面走在世界前列，但在智慧軌交規(guī)劃的整體性和連續(xù)性以及人文社會層面的“智慧化”等方面，與國外先進(jìn)水平仍有一定差距。國外城市發(fā)展智慧軌交中的一些經(jīng)驗，值得我國借鑒。

1.注重整體規(guī)劃

軌道交通建設(shè)具有較長周期，利用數(shù)字化手段加強(qiáng)整體規(guī)劃，促進(jìn)各環(huán)節(jié)的銜接，對于控制建設(shè)成本、縮短建設(shè)周期和保障建設(shè)質(zhì)量都具有重要意義。歐盟在軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段明確提出整體性規(guī)劃的概念，通過BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)、3D 掃描、3D打印技術(shù)的深度結(jié)合，實現(xiàn)建設(shè)、檢修、維護(hù)的完整生命周期解決方案。我國在城市軌道交通的智慧化過程中，要積極利用數(shù)字技術(shù)建立軌交的全生命周期管理體系，打通建設(shè)、運行、維護(hù)以及改造升級等環(huán)節(jié)，減少不必要的資金、人力、材料及能源損耗，促進(jìn)軌交資產(chǎn)利用最大化。

圖2:“出行即服務(wù)”理念圖

2.注重以人為本

城市軌交的服務(wù)對象是乘客，乘客體驗是軌交智慧化創(chuàng)新中的重要內(nèi)容。借鑒芬蘭在城市交通智慧化過程中提出的“Maas（出行即服務(wù)）”理念以及洛杉磯的城市軌交智慧化經(jīng)驗，我國各城市的軌交公司要更加重注提升乘客體驗而不是僅提供軌交服務(wù)，應(yīng)建立以用戶為中心的新理念，在從起點到目的地的過程中，實現(xiàn)乘客與軌交設(shè)施、乘運服務(wù)之間的動態(tài)交互，為乘客出行提供從出發(fā)地到目的地的完整解決方案；同時軌交公司也應(yīng)當(dāng)關(guān)注公司員工的權(quán)益保護(hù)，積極運用數(shù)字技術(shù)改善員工工作環(huán)境、加強(qiáng)一線工人的安全防護(hù)，才能激發(fā)其積極性與創(chuàng)造性。

3.注重綠色發(fā)展

無論是美國還是歐盟，都將清潔能源利用、溫室氣體減排當(dāng)作軌道交通智慧化的一個重要組成部分。歐盟軌道交通智慧能源系統(tǒng)雖然暫時提高了列車運營成本，但在提升清潔能源的利用率以及溫室氣體的減排方面都卓有成效。在我國，雖然也有提到通過推廣電能質(zhì)量優(yōu)化控制技術(shù)，研發(fā)可再生能源等方式來提高軌道交通能源利用率，但總的來說重視程度仍然不夠。除了從技術(shù)上實現(xiàn)綠色環(huán)保以外，更要從頂層思想上明確綠色環(huán)保的重要地位，平衡經(jīng)濟(jì)效益與綠色環(huán)保二者之間關(guān)系，為能源智慧化應(yīng)用提供更強(qiáng)勁的動力。

4.注重人文關(guān)懷

洛杉磯的城市軌交建設(shè)體現(xiàn)著人文關(guān)懷以及對社會責(zé)任的承擔(dān)，其并不以經(jīng)濟(jì)效益為第一目標(biāo)，而是大力發(fā)展欠發(fā)達(dá)區(qū)域的軌交建設(shè)，以促進(jìn)洛杉磯地區(qū)的整體協(xié)調(diào)發(fā)展。未來我國城市軌道交通智慧化過程中也應(yīng)注重人文關(guān)懷與社會責(zé)任，在作為公共運輸手段的同時，軌交系統(tǒng)也要扮演區(qū)域交通樞紐、區(qū)域商業(yè)娛樂中心、區(qū)域文化中心的角色，為各類人群提供豐富多彩的服務(wù)。