城市軌道交通智慧化發展方向及實現途徑

汪鳴 程世東

摘 要：在信息技術快速發展的今天，智慧化是城市軌道交通高質量發展的必然趨勢，也是提高其運營安全性和效率、提升其運輸服務水平的必然要求。文章首先闡述智慧化是城市軌道交通高質量發展的必然趨勢，分析城市軌道交通智慧化高質量發展的內涵，然后以此為依據指出城市軌道交通智慧化發展的方向及實現途徑，以期為各城市的智慧化城市軌道交通建設提供借鑒和參考。

關鍵詞：城市軌道交通;高質量發展;智慧化;發展方向;實現途徑

中圖分類號：F572

隨著我國新型城鎮化的加速發展和城市群、都市圈建設的穩步推進，城市軌道交通已經成為城市交通發展政策的支持要點和城市交通建設的熱點。為使城市軌道交通成為交通強國建設的重要內容和城市交通改善的重要引領與支撐力量，在當前移動互聯網、大數據、云計算、物聯網和人工智能技術在交通運輸領域應用勢頭良好的大背景下，應充分發揮城市軌道交通良好的聚流、引流和產業生態培育作用，抓住智慧化引領城市軌道交通高質量發展的機遇，明確城市軌道交通智慧化發展的方向，尋求新的全生命周期發展路徑。

1 智慧化是城市軌道交通高質量發展的必然趨勢

目前，我國的城市軌道交通發展總體上滯后于城鎮化發展，遵循滿足需求式的發展模式，并未在現代信息技術和人工智能已廣泛應用的時代條件下充分顯示出鮮明的智慧化特征。在發展初期，由于城市的財政資金不能有效支持造價昂貴的城市軌道交通建設，導致其明顯滯后于城市的發展，等到城市（尤其是特大城市）產生較嚴重的交通擁堵后，才不得不“補課”。在這種“應急”發展場景下，城市主要考慮的是解決交通問題，即其精力集中在解決城市軌道交通的有無問題上，而無暇顧及現代信息技術和人工智能技術的應用。如今，雖然部分城市的部分軌道線路已在外圍引導城市發展，成為城市群、都市圈高效交通的重要方式，其發展范圍也得到了極大拓展，但從總體上看依然是滿足需求型，缺乏引導、增加和捕捉需求的能力。

隨著城市范圍的逐步擴大、中心城市的影響力不斷擴張和都市圈的逐步形成，我國城市軌道交通的大規模建設才剛剛開始。無論是從需求的必要性還是從當前發展的慣性來看，在未來相當長的一段時間內，城市軌道交通大規模建設和發展仍是大勢所趨，即使其可能受到資金的限制和影響。在城市群、都市圈和城市中心區經濟產業高質量發展的背景下，高質量的城市軌道交通也理應納入城市發展的范疇。發揮城市軌道交通的聚流、引流優勢（原因在于其站點人流高度集中，運行途中人流量大且換乘頻繁），以發展流量經濟、樞紐經濟、數字經濟的方式補償城市軌道交通在建設和運營初期投資、運營能力的欠缺，應成為未來一段時間城市軌道交通高質量快速發展的重要內容和任務。

現代信息技術和人工智能技術的快速發展和在交通運輸領域的廣泛應用，為城市軌道交通發展流量經濟、樞紐經濟、數字經濟提供了重要手段和業態場景。在城市軌道交通建設力度和規模仍將保持較高水平的形勢下，其網絡化、規模化發展的格局和趨勢愈加明顯。此時，應高度重視城市軌道交通的智慧化運營，為進入建設與運營并重階段奠定堅實的技術、模式、業態創新基礎;同時，還應從規模經濟和產業鏈、價值鏈延伸的角度出發，充分考慮城市軌道交通制造產業的發展，及其與城市和站點周邊產業的協同融合，實現交通與產業聯動發展的模式創新。

目前，現代信息技術和人工智能技術與人們的生活越來越密切，并改變著人們的生活方式，而城市軌道交通人流集中，因此城市軌道交通具有應用這些技術的需求基礎。在城市軌道交通建設和運營過程中，智慧化技術的應用與應用場景的建設已經成為技術進步和相關服務業態發展的必然趨勢，也是提高城市軌道交通自身運營效率、安全和服務水平的必然要求。

2 城市軌道交通智慧化高質量發展的內涵

在智慧化成為城市軌道交通發展重要趨勢的背景下，城市應該在財政可承受、可持續的前提下，通過政府采取前瞻性規劃、政策創新和環境營造等手段，推動城市軌道交通智慧化高質量發展，構建規模適度、標準適合、一體融合的全新城市軌道交通網絡，實現裝備設備的技術自主可控和配置必要適用，開展一流的運營管理，打造安全、高效、綠色的發展模式，提供便捷、舒適、多樣的運輸服務，在不斷提升人民出行幸福感的同時，有效支撐和引領城鎮化和都市圈發展等國家戰略。

城市軌道交通智慧化高質量發展具有以下內涵。

（1）在基礎設施網絡方面，要構建規模適度、標準適合、一體融合的全新城市軌道交通網絡。其中，規模適度是指各城市的軌道交通網絡規模與人口經濟體量、綜合交通需求相匹配;標準適合是指選擇合理的城市軌道交通制式和技術標準;一體融合是指實現軌道的“四網融合”，以及與地面公交和整個城市交通的緊密銜接，同時使之與城市、產業發展相融合。

（2）在裝備設備方面，要實現裝備設備的技術自主可控和配置必要適用。其中，技術自主可控是指保證整個產業鏈（尤其是核心技術、關鍵零部件）自主可控，并確保國有資產產業擁有較強的競爭力和較高的市場占有率;配置必要適用是指要實事求是，進行效益分析，不能盲目上設備，不能一味追求“高大上”。

（3）在維護運營方面，要實現設施養護、設備維護和運營管理的安全、高效、綠色。即在保障運營和乘客安全的同時，重視運營效率的提高，力求降低能耗和溫室氣體排放量，實現城市軌道交通的低碳綠色發展。

（4）在運輸服務方面，要為乘客提供便捷、舒適、多樣的運輸服務。其中，便捷是指安檢、售票、檢票、換乘（包括自身換乘及與其他公共交通方式換乘）等要便捷，盡量縮短乘客的等待時間;舒適是指車廂內的擁擠度、溫度等要適宜;多樣是指滿足不同層次的需求，提供多樣化的服務。

（5）在業態創新方面，智慧化技術在城市軌道交通產業中的應用有助于營造發展流量經濟、樞紐經濟和數字經濟的優質環境，從而促進依附于城市軌道交通生態環境的新產業的發展和業態創新。

3 城市軌道交通智慧化發展方向

利用現代信息技術和人工智能技術提高城市軌道交通運營管理、養護檢修、安全保障和服務的智慧化水平，可以使城市軌道交通的管理更高效、運營更安全、服務更優質、業態更創新。

3.1 運營調度智慧化

（1）實現信號調度系統的自主化生產、高穩定性和高可靠性。信號調度系統是城市軌道交通的智慧“芯”。雖然我國已有自主生產的信號調度系統，但其在算法、穩定性、可靠性等方面跟國外還有較大差距，亟待提高。例如，列車最短追蹤間隔是城市軌道交通運營調度水平的重要體現，而我國在這方面與日本（控制在1min以內）有一定的差距。當然，這不僅取決于調度系統本身，更受運營管理水平的影響。

（2）實現網絡化運營調度。隨著城市軌道交通逐步成網，需要對整個城市的各條線路進行網絡化運營，應建立路網級調度中心，實現線路間的相互聯動，并基于互聯互通線路進行跨線運營調度。這對運營調度系統是更大的挑戰，需要更先進的算法和智慧化技術的支持。

（3）實現“依人調度”。即在提升常規調度水平的基礎上，按客流量確定每站的停靠時間、列車的發車間隔和頻次等。例如，如果某時段客流量大，則自動縮短發車間隔、增加發車頻次;如果某個車站客流量大，則自動延長列車在該站的停靠時間。通過這種靈活的運營調度組織，可在最短的時間內完成乘客運送，也可縮短乘客的候車和出行時間。在實現“依人調度”，通過預測客流制定行車組織方案，提升客流與運能匹配能力的過程中，需要更全面、更精準的客流識別和檢測系統對全路網客流進行監視，需要全自動乘客計數系統對客流進行高精度的實時分析和統計，并將相關數據傳輸至調度系統，同時還需要應用客流預測、車車通信等技術。

3.2 養護檢修智慧化

養護檢修智慧化是指實現軌道設施的智能診斷和養護、列車設備的智能檢修，推動城市軌道交通設施設備的維修方式從“計劃修”“故障修”向“狀態修”“預測修”轉變。這就需要基于物聯網（IoT）、地理信息系統（GIS）、建筑信息模型（BIM）、云計算等技術，構建全方位的在線監測體系，包括建立完善的狀態感知系統對設施設備的狀態數據進行實時采集，再利用人工智能、專家診斷系統根據實時監測數據對軌道設施、列車設備狀態進行診斷，并在其出現缺陷和故障時給出維修預警提示。養護檢修的智慧化既可以使設施養護和設備檢修更高效，從而降低運營維護成本，又能確保城市軌道交通運營更安全。

3.3 安全保障智慧化

安全是城市軌道交通運營的首要目標，應更好地利用智慧化技術消除安全隱患、提高安全預警能力。例如，引入軌道環境主動感知系統、客流監控系統等，對設備故障、軌行區入侵物、障礙物等進行識別，對客流狀態、治安事件和突發事件等進行快速識別和判斷，并進行主動預警，以便做出及時的應對處置。

3.4 乘客服務智慧化

（1）努力推進“倚臉出行”。目前，有閘機條件下的售檢票電子化、無感化已經在逐步實現。但從長遠看，應基于人臉識別技術，大力推進智能安檢和無閘機售檢票。在安檢方面，可設立“白名單”，通過人臉自動識別出可疑人員。在售檢票方面，可通過人臉識別出乘客全程出行路徑，并在其出站時進行自動扣費或記賬。這都需要更加成熟的人臉識別技術。從對識錯率的容忍度方面看，智能安檢功能可能先實現，通過自動判斷乘客乘坐路徑進行收費的功能在短期內較難實現。

（2）加快提升乘客服務的智慧化水平。例如，引入車內環境智能控制系統，對車廂內的廣播音量、溫度、濕度、照度等進行智能調節，提高乘客的乘坐舒適度;進行更加智能、多樣化的乘客引導信息發布等。此外，在政府規劃、設施建設、行業監管、政策制定和評估等方面，都可以利用乘客服務相關的數據信息，建立相應的平臺軟件系統，進行更加智慧化的決策，例如，可以根據乘客平均候車時間、溫度、舒適度等指標對運營企業的服務質量進行考評，確定補貼、購買服務的資金，或者依據客流信息開展規劃和制定政策等。

4 城市軌道交通智慧化實現途徑

為實現城市軌道交通的智慧化，一方面，需要我國企業擁有自主可控的設備和軟件系統，并且把產業發展壯大;另一方面，需要把這些軟硬件應用在城市軌道交通的各領域中，使其產生智慧化的效果。

4.1 加強核心技術的研發與應用

在研發層面，以企業為主體，聯合科研院所，堅持自主創新與開放合作相結合。首選的方式是引進先進技術，在消化吸收的基礎上進行創新;不得已的條件下，從基礎開始獨立研發（可以在國內或國外進行）。

在應用層面，需要政府采取措施，加大自主產品的推廣應用。由于種種原因，許多國產設備系統（如信號調度系統）的應用很少，發現問題、進行改善的可能性也因此減少，從而形成惡性循環。當前，我國處于城市軌道交通大發展時期，也是國產設備系統發展和應用的戰略機遇期。政府應建立新技術、新產品的市場準入和容錯機制，綜合運用政府采購、科技保險、示范工程、首臺（套）重大技術裝備示范應用和盡職免責機制等措施，促進自主創新成果的規模化應用。在此基礎上，相關企業應加強品牌創建，力求擴大市場，在技術達到國際先進水平的條件下，利用我國市場規模的優勢，及時形成標準，引導國際市場接納和使用中國標準。

4.2 構建智慧化運營管理和服務體系

智慧化運營管理和服務的主體為政府和城市軌道交通運營企業。城市軌道交通運營企業應該通過各種方式和途徑提高運營管理和服務水平，其中重要的方式就是加強智慧化建設，例如，采用新技術進行安檢，推廣手機支付，將相關信息數據開放，以便第三方為公眾提供更好的智慧化信息引導服務等。政府的相關工作有：① 防止為智慧而智慧，要以功能為導向，注重實效;② 建立合適的機制，調動相關企業主體的積極性。具體內容為加強對政府購買服務的考核，將補貼與城市軌道交通運營企業的服務質量掛鉤，促進企業提升服務質量;加強對運營安全的監管，以及對運營企業效率和效益（如單位能耗等）的考核。

4.3 培育和發展城市軌道交通新業態

城市軌道交通換乘站點和運行途中的巨大客流量，以及由乘客信息服務需求帶來的流量經濟、樞紐經濟、數字經濟發展環境，是城市軌道交通建設和運營中必須考慮的重大發展機遇和價值增值領域。培育和發展城市軌道交通新業態需要做到：①發揮城市軌道交通客流量大的優勢，利用場景應用，積極發展流量經濟，充分發掘信息基礎設施的潛在價值功能;②利用換乘站點客流集中的優勢，以及站點上蓋建筑物的開發建設機遇，發揮導流系統的作用，培育城市軌道交通樞紐經濟;③利用發展流量經濟、樞紐經濟所形成的大數據積累，提高數據挖掘和抓取能力，發展大數據經濟，為其他領域發展大數據經濟提供“數據礦產資源”。

5 結語

目前，城市軌道交通智慧化發展已成為必然趨勢，現代化城市應借助現代信息技術和人工智能技術，尋求更加適合自身發展的智慧方法，構建智慧化、信息化的城市軌道交通體系，為乘客提供更加安全、便捷、舒適的智慧交通系統，推動城市軌道交通高質量發展。

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收稿日期 2020-06-22

責任編輯 蘇靖棋