清華同方：用智慧交通為城市新經濟賦能

李權云

58.8%，平常的數字，卻因其所代表的含義令人矚目。日前，國家統計局發布了2017年經濟數據。其中，第三產業增加值對國內生產總值增長的貢獻率達58.8%，最終消費支出對GDP增長的貢獻率同樣達到58.8%。兩個數字讓我們看到，中國產業結構已從主要靠工業拉動轉為工業、服務業共同拉動；從需求結構看，已從主要依靠投資拉動轉為投資和消費共同拉動。

經濟結構的雙重優化既是供給側結構性改革不斷深入的結果，也說明國家建設城市新經濟的步伐正在加快。當前，大數據、云計算、人工智能等新經濟代表產業正以核心底層技術的角色融入各個行業。智慧型城市建設從最初的概念化階段，逐漸顯露出極具潛力的發展態勢，也向城市交通基礎設施的轉型升級提出了新的要求。

國務院專門印發的《“十三五 ” 現代綜合交通運輸體系發展規劃》明確指出，“促進交通產業智能化變革，推動云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、智能控制等技術與交通運輸深度融合，實現基礎設施和載運工具數字化、網絡化，運營運行智能化”。隨著黨的十九大明確提出建設“交通強國”的戰略目標，以智慧化技術手段推動交通運輸發展質量變革、效率變革和動力變革成為城市新經濟發展的重要板塊。

城市交通進入“智慧時代”

據公安部交通管理局公布，截至2017年底，全國機動車保有量達3.10億輛；根據交通運行指數和車輛平均速度統計，全國11%的城市處于擁堵狀態。

“交通擁堵已經成為了一個大城市病，而軌道交通因其定時定點且運力大，已成為人們青睞的交通工具。”清華同方智慧交通公司總經理段文凱表示。

根據中國城市軌道交通協會最新披露信息，截至2017年底，中國內地累計有34個城市建成投運城軌線路5021.7公里；“十三五”期間，國內軌道交通運營總里程將達6000公里，總投資增加近2萬億元。

“智慧交通的本質就是把智能制造的基因融入城市交通建設，實現從單純的信息化、自動化向智能化轉型。”段文凱指出。目前，清華同方正以云計算、大數據和人工智能應用為主線，從交通基礎設施網絡化布局出發，在解決交通行業運營管理難題的同時，也在緩解老百姓日常出行中的痛點。

“隨著城市軌道交通的網絡化布局發展，以前單條線路獨立運行的控制系統想要達到全網的智能化運營管理比較難，這就需要構建網絡化的信息集成系統，實現軌道交通運營管理向網絡化、智能化和智慧化轉型。”段文凱對記者說。

據悉，清華同方剛剛中標青島地鐵線網運營管理與指揮系統的建設項目，這是其在全國范圍內實施的第六個同類項目，技術成熟，已形成規模化發展態勢。

清華同方在綜合監控方面的技術積累得益于與清華大學建筑技術科學、自動化、計算機等學科共同推進的產學研實踐。早在1996年，清華同方前身——清華人工環境公司就成功獲得了伊朗德黑蘭地鐵設備監控系統的承建合同，開始介入地鐵信息化系統建設行業。

“在伊朗地鐵項目里，所用到的控制系統，從軟件到硬件，包括控制器和傳感器，已全部實現自主研發生產，這也是當時中國高科技‘走出去的典范。”段文凱回憶道。

作為國內首個線網運營指揮中心系統的承建單位，清華同方曾成功實施了北京市軌道交通路網管理服務中心工程指揮中心系統的建設，并在此后陸續承建了廣州、深圳、西安、青島等多個一線城市的同類項目。“其中，廣州地鐵線網指揮平臺尤其具有代表性。”段文凱補充道。

根據廣州市政府統計，目前廣州軌道交通運營總里程達390.60公里，位居全國前三，日均客流量達760萬人次。不斷加快建設步伐的城市軌道交通，為市民帶來高效與便捷的同時，也給軌道交通運營者帶來了巨大的挑戰。龐大的客流壓力、運力的統一調配以及應急事件的及時處置，都是運營管理者需要面對的問題。

廣州市區地鐵線路多達13條，各條線路都是單獨運營管理的。每條線路中的行車控制、送電停電、照明開關、空調開關、售票檢票等功能大多是按時間表進行控制的，對于日常實際運營中遇到的突發情況應變不及時，精細化管理、多線路聯動等也不到位。而且，各條線路冗雜的運營數據沉積在各線路信息化平臺里如一個個“信息孤島”，沒有得到進一步利用。

2016年，清華同方承建的廣州地鐵線網指揮平臺落成。基于云計算和大數據分析技術，系統在保持各線路控制功能的前提下，綜合各線路數據形成線網綜合監控系統與線網綜合業務系統，實現了實時信息和統計信息的同界面展示。“在廣州地鐵線網指揮中心，你可以通過一個大屏看到廣州市內任何一條線路、任何一個車站的信息。”段文凱說。

線網指揮平臺針對各線路“信息孤島”的問題，集中采集數據形成數據中心，再通過大數據分析平臺，針對城市軌道交通運營管理者的需求進行進一步數據開發利用，為管理決策提供數據支持，實現了行車調度指揮、電力調度、客流監察、應急事件處理等子系統在線網指揮平臺上的統一管控，從而提高管理效率，實現低成本、精細化、智能化運營。預計到2020年，該平臺將接入19條軌道交通線，為廣州地鐵提供更加系統的服務。

“統一平臺對交通大數據的采集利用，還可以為公眾提供更加細致的交通生活訊息服務，比如提供軌道交通服務手機APP，人們就可以隨時隨地了解地鐵的實時動態信息。” 段文凱指出，該系統不僅可以提高軌道交通的通行效率，更可以直接為居民出行帶來舒適便捷。

“城市軌道交通越發達，能耗問題越嚴重。以北京為例，北京地鐵耗電量初步估算將超過一個中等城市的日常生活耗電量，而在地鐵耗能里，除了牽引列車的能耗，通風空調系統耗能占比也是非常大的。”段文凱分析道。據測算，2015年北京市軌道交通的用電量達到14億度，約相當于73萬戶三口之家一年的用電量。隨著新線路開通運營，此數據仍在一路上漲。

2016年，北京地鐵8、9號線采用的同方通風空調節能控制系統完成改造并投入使用。根據詳細地實測對比分析，年節電量超過1000萬度，節能效果超過了業內人士的預期。

除了城市軌道交通信息管理平臺和地鐵節能控制系統，清華同方以云計算、大數據平臺為核心，關聯上層智慧應用，集成了線網運營指揮中心系統（NCC）、綜合監控系統（ISCS）、環境與設備監控系統（BAS）、站臺門系統（PSD）等十余種系統解決方案，形成M+城市級軌道交通解決方案，為全國二十余個城市的50余條地鐵線路提供了結構簡潔、靈活擴展、安全高效的智能化平臺，服務線路里程達1300余公里，實現了這些城市軌道交通體系的智慧型綜合管控。

給交管部門安一雙“慧眼”

建設交通強國，實現交通運輸由大到強的歷史性轉變，必須建設具有國際競爭力的交通基礎設施。其中，至關重要的是智能化路網監測基礎設施體系建設。

據交通運輸部統計，截至2017年底，中國高速公路總里程已達到14.1萬公里。按照每兩公里設置一路攝像頭的管理標準，僅用于高速路面（不含收費站等）監控的攝像頭已將近十萬路。

然而，中國高速路網監測依然存在硬件設備標準不統一、智能化不足的問題，大量監測視頻影像只能靠人眼去觀察識別，對突發事故不能及時發現，且時常出現因人工疲勞導致的漏報。同時，交通信息無法互聯互通、缺乏智能共享，大量系統采集的實時交通數據被封存和閑置，很難形成交通網的有效管理，以及對應急事件的預測預警體系。

“現階段，隨著大數據、云計算和人工智能技術的成熟落地，我們已經可以通過機器深度學習的能力，形成交通問題分析模型，提高智慧交通的管理和服務能力。”清華同方大數據本部人工智能視頻技術中心總經理趙英博士表示。

作為人口流動大省，河南省在完善內聯外通高速公路網的同時，也在加快建設智慧交通、綠色交通。為解決高速擁堵、降低事故危害、控制尾氣排放等難題，河南省交通廳率先采用了清華同方人工智能“慧眼達”系統。

趙英指出，該系統基于機器深度學習和熵變理論體系，自主研發出系列基礎算法和應用算法，針對包括路面交通監控系統在內的視頻大數據，進行視頻設備狀態監測和交通運行參數采集，實現路況智能化預測預警。

“河南省交通廳意識到了公路監控視頻人為讀取識別存在的資源浪費、視覺疲勞問題，試圖尋找能實現機器識別的解決方案。但依附于監控硬件升級換代的技術需要更換現有的道路攝像頭，將是一筆不小的財政支出。我們的‘慧眼達系統基于人工智能技術，對很早的模擬攝像頭也可以進行兼容，滿足了用戶不更換攝像頭，充分利用現有公路資源實現智慧高速建設的初衷。”趙英回憶道。

針對視頻圖像速度和物理世界里真實速度之間的差異，系統通過采用容易測量的物理量，構建宏觀熵模型，大幅提升了車速的檢測精度，并通過群體宏觀狀態和個體速度之間的關聯性，實現對交通事件的精確檢測，解決傳統視頻設備交通事件檢測準確率低、圖像捕獲價值不高的問題。同時，系統可以通過路網運行狀態分析實現對視頻盲區的預測，通過較少特征點對目標進行識別，使視頻在高度惡劣天氣中仍可實現目標跟蹤。

目前，清華同方人工智能“慧眼達”系統已對河南省境內23條主要高速干線、6400余公里高速公路上的57個監控分中心、3500余路視頻實現了實時檢測，解決了夜晚、隧道、惡劣天氣、視頻盲區等復雜場景下的視頻檢測難題。

“傳統機器學習是基于淺層神經網絡進行簡單的判定分類，而機器深度學習是建立在網絡結構更深、應用參數更多的基礎上的，網絡可從原來的十幾層到現在的上百層甚至更深。我們的系統就是建立在機器深度學習上的。”趙英表示，河南省已經把機器深度學習的成果運用進去，并且每年都會進行版本更新，現在已經更新到3.0版本。隨著技術進步和版本更新，全網運行下來的誤報率會越來越低。

“我們也在抓緊改進算法，到2017年國慶黃金周的時候，顯示出的效果特別好。”趙英說。據統計，2017年上半年已投入使用的人工智能“慧眼達”系統準確觸發擁堵報警近400起、停車1000余起、撞車逆行幾十起，在各大節假日中為近千萬公眾提供了實時路況信息，節省因擁堵造成的直接經濟損失上百萬元。

繼河南之后，清華同方人工智能“慧眼達”系統已在山東、內蒙古、湖南、青海等10省區的道路交通網中投入試用。“中國是攝像頭最多的國家。”趙英笑稱，“而有攝像頭的地方，人工智能‘慧眼達就可以發揮效能。除了智慧高速領域，我們已經在城市道路、城市管理、城市公安、地下管廊，甚至公共安全、反恐維穩等智慧化領域，都做了相應的技術產品儲備，這個市場未來將是爆炸式的。”

推進智慧交通需要一座橋梁把尖端技術與社會需求連在一起。“清華同方在做一件‘頂天立地的事兒。我們與清華大學在共建產學研平臺，把云計算、大數據、人工智能等高科技切實服務于城市發展，這是‘立地；我們又以市場應用為導向反哺科研創新，助力創新型國家建設，這是‘頂天。現在我們已開始聯合清華大學和相關政府部門，未來我們會利用‘慧眼達采集的大數據庫，開發更多便民、利民的智慧服務。”趙英表示。

交通強國不是一蹴而就。發揮科技創新的引領作用，推動當下已有交通基礎設施的聯網優化，實現交通運輸業提質增效，讓交通智能成果全民共享，加速消解各地區經濟社會發展的不平衡，這也是發展城市新經濟的初衷。

“清華同方作為智慧城市建設的國家隊，做的事業關系國家信息安全、公共安全、城市生態的建設，在這方面我們責無旁貸。”清華同方智慧交通公司總經理段文凱說。