北京“智慧地鐵”創新發展的探索與實踐

吳 昊

（北京市基礎設施投資有限公司，北京 100101）

1 “智慧地鐵”的發展背景

黨的十九大對建設網絡強國、數字中國、智慧社會作出重大戰略部署，提出推動大數據、物聯網、人工智能和實體經濟深度融合，在創新引領、綠色低碳、共享經濟等領域培育新增長點、形成新動能，明確提出建設“智慧社會”。根據北京市委、市政府工作部署，當前和今后一段時間，北京市主要工作任務包括：著力抓好組織實施新總規、疏解非首都功能推動京津冀協同發展、全力籌辦好冬奧會“三件大事”，建設“四個中心”、“國際一流的和諧宜居之都”。

軌道交通的智慧化，是促進軌道交通與城市發展有機結合的有力抓手，對于實現城市的可持續發展具有非常重要的意義。北京“智慧地鐵”致力于打造面向乘客、面向服務的智慧地鐵，有助于加強軌道交通技術創新引領，進一步提升北京軌道交通行業服務管理水平，實現北京軌道交通高質量發展，推進智慧軌道交通產業布局。

2 北京軌道交通智慧化的現狀及問題分析

經過50 年的發展，截止2018 年底，北京軌道交通已建成線路22 條，運營里程636.8 km。工作日日均客運量超過一千萬人次，客流量全國排名第一，高峰在線車組720 列，走行公里176 萬km，承擔每日公共交通50%以上的乘客出行任務，成為市民出行首選的公共交通方式。目前北京軌道交通進入快速建設期，北京軌道交通在建及規劃建設線路里程位列全國第一，已經進入信息化、多制式軌道交通的運營階段，網絡化集中管理需求顯著。北京軌道交通的建設進程中，伴隨著既有線路設備老化等問題，新建線路和既有線改造線路工程同時開展、同步進行。隨著城市經濟水平的快速發展，市民對城市交通的出行需求也體現出差異化，供需矛盾日益突出，“公交慢、地鐵擠、開車堵”等問題日益突出。北京軌道交通目前存在著整體發展不均衡、不充分的突出問題，在乘客服務、調度指揮、運營組織、管理模式等方面存在一系列問題亟待解決。

一是目前雖已在前端運營上實現了網絡化運營，但尚未全面建立起“以人為本”的服務管理理念，服務設施智慧化程度不高，與軌道交通的快速發展和乘客日益增長的需求不相匹配，各個運營、建設主體“各自為戰”，未形成統一的乘客服務體系，缺乏合力。

二是目前雖已建立路網級調度指揮中心，但尚未建立起“以乘客為中心”的調度指揮及運營管理理念，缺乏主動識別風險隱患的手段，行車與客流匹配的數據分析支撐不足，行車組織靈活調整能力需進一步提升。

三是尚未建立起“全網一體化管控”的設備系統管理理念，缺乏設備狀態感知和故障預警的技術手段，對關鍵設備設施全生命周期的監測管理能力不足，未形成設備管理、運維的綜合管理體系。不同線路業務系統未形成統一的技術標準，功能需求互不相同，導致建設成本居高不下。

四是在建設初期采用一線一批，一批一建的方式，信息系統隨用隨建，缺少統籌規劃，存在信息孤島嚴重、基礎設施分散、網絡資源浪費等問題；業務應用缺乏統一部署、數據缺乏集中管理。

五是北京軌道交通存在多家建設、運營主體，產業環境與國內其他城市存在差異，缺乏科研開發、裝備制造、建設實施、運營管理的統籌考慮，亟待建立產業全鏈條整合機制，提升協同創新能力。

3 北京“智慧地鐵”發展的原則和目標

基于智能軌道交通系統實現對軌道交通運輸體系中各種要素— 如人、車輛及設備設施、環境等— 進行全面感知、泛在互聯、協同運行，利用物聯網、大數據、云計算、移動終端、社交網絡等新一代信息技術，結合人工智能、知識工程技術等，建設具有一定自組織能力、判斷能力、創新能力、持續進化的先進軌道交通，打造— 倚“臉”出行、依“人”運營、以“云”支撐、一“腦”決策的首都“智慧化名片”，使北京軌道交通成為國際一流、國內領先的智慧軌道交通。

3.1 發展原則

3.1.1 堅持導向、創新引領

堅持“以人為本”的“價值導向”， 基于“問題導向”與“目標導向” 結合，以“滿足人民群眾美好出行需求，實現北京城市軌道交通高質量發展”為目標，找準痛點、斷點、梗阻點，明確途徑和方法，全面推動智慧地鐵建設。充分考慮“大、云、物、移、智”等先進信息技術，規劃可擴展的智慧化體系架構，靈活支撐業務和管理發展，兼顧近期建設線路的可實施性；大力支持自主創新，著力提升創新成果轉化率。

3.1.2 統籌謀劃、協同推進

立足“京津冀”國家戰略，著眼首都發展大局和軌道交通行業發展全局，開展頂層設計，實現全行業高質量發展，為進一步實現區域協同的先進軌道交通打下基礎。根據主要目標和重點任務，制定和完善相關配套政策措施，統籌協調推進智慧地鐵行動，確保“智慧地鐵”順利實施。

3.1.3 統一標準、分期實施

統一智慧化標準體系框架，包括應用、互聯互通、信息安全、管理運行等標準，完善北京軌道交通行業智慧化相關標準及規范，保障建設和管理合理有序。考慮北京市軌道交通建設整體布局和投資規劃，結合新建線、既有線改造進程，按照急用先行、由點逐面的原則確定實施路線。

3.2 發展目標

打造基于多系統融合的全出行鏈智慧乘客服務、基于多維感知的智能車輛/設備運行、基于物聯網技術的多專業綜合精準智能車輛/設備維護、以項目管理為核心的智慧建設、涵蓋列控系統、車輛裝備的智慧制造的5 類智慧地鐵應用體系。建設覆蓋指揮中心、新建線、在建線、既有線改造的4 類智慧地鐵示范工程。構建軌道交通行業數據中心、行業云平臺、基礎承載網3 類智慧地鐵基礎平臺。最終形成涵蓋應用、基礎支撐、信息安全等方面的一套智慧地鐵標準體系。

4 北京“智慧地鐵”的總體構想

打造一張北京智慧軌道交通藍圖，通過運行狀態監測、視頻圖像監測、故障預警監測等信息采集的全覆蓋，從“人、機、環”3 個方面實現感知，依托有線承載網、無線接入網為各智慧應用提供數據傳輸通道，建設基于云架構的軌道交通數據中心，實現軌道交通各種大數據的分析和挖掘，打造智慧乘客服務，智能車輛/設備運行，智能車輛/設備維護，智慧建設，智慧制造5 類應用，建設涵蓋規劃建設、運營調度、資產維修維護、安全保障全鏈條的集態勢感知、輔助決策、調度指揮為一體的智慧軌道交通大腦，如圖1 所示。

圖1 北京智慧軌道交通藍圖Fig.1 Blueprint of Beijing smart subway

4.1 智慧地鐵功能應用示范

4.1.1 智慧乘客服務

通過整合軌道交通行業內各個信息服務渠道，搭建路網統一、多維度的乘客服務平臺，為乘客提供全出行鏈的便捷服務及增值服務，為調度指揮管理提供有力的數據支撐，對行業實施有效的監督及評價，形成政府及行業協同的服務鏈條，打造便捷的智慧乘客服務，實現基于多系統融合的全出行鏈智慧乘客服務應用體系。

4.1.2 智能車輛/設備運行

通過對乘客的狀態感知，實現客流預測及監視，并對乘客進行誘導信息發布；升級路網調度指揮中心，接入客流數據，通過多維度顯示行車、客流等信息實現路網全貌監視；通過預測客流定制行車組織方案，實現列車編組靈活調整以及基于互聯互通的跨線運營，提升客流與運能的匹配能力；建立路網級設備管控中心，對關鍵設備集中監視、全程管控；研究單專業多線路管控（MSCADA、MFAS、MBAS）模式，形成高效應急處置統一調度，實現提質增效，打造基于多維感知的智能車輛/設備運行應用體系。

4.1.3 智能車輛/設備維修

建設企業級維護平臺，整合運維信息，通過大數據分析，不斷優化運維資源配置，提升維修維護過程中的管控能力，支撐從“計劃修”、“故障修”向“狀態修”、“預測修”轉變，實現維修維護過程可管可控；建立列車智能維護系統，對列車關鍵設備狀態實時監測診斷及預警；將設備狀態信息與資產信息的實時關聯，確保賬實相符，打造基于物聯網技術的多專業綜合精準智能車輛/設備維護應用體系。

4.1.4 智慧建設

以工序分解、進度控制為主線，投資管控為基礎，施工管理為根本，調試移交管理為目標，質量安全管理為導向，實現對建設期合同、資產、安全、項目計劃、進度、投資、質量等與項目管理相關的信息化管理體系，打造以項目管理為核心的智慧建設應用體系。

4.1.5 智慧制造

建設基于5G 技術車車通信的列控系統，提高列車運行效率，提升系統可靠性，減少設備配置；新建軌道環境主動感知系統，對軌道運行區域入侵障礙物進行識別，實現主動預警和及時應對處置；新建車內環境智能控制系統，對車廂內廣播音量、溫濕度、照度等智能調節，提升乘客的乘坐舒適度，打造涵蓋列控系統、車輛裝備的智慧制造應用體系。

4.2 智慧地鐵基礎平臺

4.2.1 軌道交通數據中心

統籌軌道交通數據，建設軌道交通行業數據中心，實現軌道交通各種大數據的全面采集和有機整合，在一個平臺上同時為政府部門提供交通行政監管與科學決策服務、為軌道交通相關企業提供數據共享并提供相關數據應用服務、為乘客提供軌道交通信息和多元個性化服務、為其他交通業務應用提供一體化數據支撐。

4.2.2 軌道交通云平臺

統一建設軌道交通云平臺，最大限度優化利用資源，發揮信息化基礎設施效能。云平臺向各業務應用提供計算資源、存儲資源、網絡資源、完善的安全防護及上述資源相關的運行維護等服務。云平臺系統安全架構采用安全生產網、內部管理網、外部服務網3 網體系結構，實現“網間隔離、網內防護”的統一防護。

4.2.3 基礎承載網

優化軌道交通有線承載網及無線承載網，為各智慧應用提供數據傳輸通道，綜合承載涉安及非涉安業務，保證列車控制信息、乘客服務信息、車載視頻圖像的下發和上傳，并研究5G 技術在軌道交通中的業務應用。

4.3 智慧地鐵工程示范應用

依托新建線路工程，實現對智慧乘客服務、智能車輛/設備運行、智能車輛/設備維護等方面全方位智慧化工程示范應用；依托改造線路工程，實現智能車輛/設備維護等方面的部分智慧化升級工程示范應用；依托指揮中心升級工程完成智慧地鐵路網級示范，對乘客、車輛運行、設備運轉、車站設施、網絡安全等狀態全面感知，建設數據中心、云平臺、基礎承載網絡3 類智慧地鐵基礎平臺，構建多模式、全覆蓋的智慧地鐵統一管理體系。

4.4 智慧地鐵標準體系

統一應用標準、基礎平臺標準、信息安全標準等標準體系，形成一套智慧軌道交通標準體系，支撐智慧地鐵相關業務有序發展。

5 預期效果及效益分析

通過對乘客溝通、乘客感知及指引、乘客宣傳、智能安檢及售檢票等方面的能力提升，為乘客提供多系統融合的全出行鏈智慧乘客服務系統，提升軌道交通服務能力，增強乘客獲得感。通過多線路行車調度共用大屏、成網設備調度集中、各線機房集中設置，實現未來線路的調度指揮整合，調度管理集約化，提質增效。通過整合和運用分析運維信息，不斷優化運維資源配置，支撐維修從“計劃修”、“故障修”向“狀態修”、“預測修”的轉變。通過車車通信、列車靈活編組等新技術手段的應用，提高列車運行效率、提升系統可靠性。通過搭建軌道交通行業云平臺，提高資源利用率，提高設備穩定性和可靠性。通過建設軌道交通行業數據中心，整合軌道交通行業數據，實現統一數據服務，為多元化乘客服務提供數據支撐。

同時，通過對“智慧地鐵”的創新發展探索及實踐，集中軌道交通行業投資規劃、建設、運營管理企業、設計院、科研院所、高等院校、裝備制造企業的核心技術資源，構建優勢互補、資源共享的協同創新機制，協調產、學、研、用等資源，統籌推進北京軌道交通的技術創新發展，提高裝備制造產業自主創新能力，推動創新應用成果轉化及落地，促進行業裝備制造產業升級，提升行業核心競爭力。

6 結束語

本文基于對軌道交通全生命周期各項業務需求的研究分析，以北京“智慧地鐵”為例，提出智慧乘客服務、智能車輛/設備運行、智能車輛/設備維修、智慧建設、智慧制造5 類智慧地鐵應用體系，建設覆蓋指揮中心、新建線、在建線、既有線改造的4 類智慧地鐵示范工程。構建軌道交通行業數據中心、行業云平臺、基礎承載網3 類智慧地鐵基礎平臺。最終形成涵蓋應用、基礎支撐、信息安全等方面的一套智慧地鐵標準體系的“5431”的北京智慧軌道交通藍圖，滿足軌道交通各類業務應用及創新發展的要求，體現了先進技術水平，對軌道交通智慧化建設具有較好的參考和借鑒價值，對于智慧軌道交通規劃、建設、實施具有比較大的現實指導意義。