國外智慧城市軌道交通發展狀況及對我國的啟示

文｜趙迪 丁波濤

隨著我國城市化進程不斷加快，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。據中國城市軌道交通協會發布的報告，我國城市軌交系統2019年全年累計完成客運量237.1 億人次，同比增長12.5%，總客運周轉量為2003.1 億人次，同比增長13.8%，城市軌交在運力、能耗、服務、安全等方面面臨的壓力不斷加劇。要應對這一挑戰，必須利用大數據、物聯網、人工智能等技術構造新型智能軌交體系，提升服務質量、拓展交通運能、保障運行安全、促進綠色環保。

圖1 智慧軌交的框架體系

國外智慧城市軌交發展狀況

近年來，面對不斷增長的交通運能壓力以及日益嚴峻的社會安全威脅，世界各國都大力推進新興數字技術在軌道交通中的應用，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展狀況

洛杉磯軌道交通系統在4752 平方英里范圍內，服務超過980 萬人，在整個城市的發展過程中起著重要作用。但隨著城市人口增多以及技術設備老化，洛杉磯城市軌交也面臨著諸多挑戰。為此，洛杉磯城市軌交公司于2018年提出“Metro Version 2028”計劃，旨在結合互聯網發展與數字化進程，實現城市軌道交通智慧化，以全方位提高洛杉磯地區居民的生活質量。該計劃由三個愿景組成，分別是：通過消除交通問題實現洛杉磯內個體、群體的共同繁榮；在洛杉磯任何一處均實現24 小時的快速、便利交通與換乘；創造更多高質量城市軌道交通選擇。為實現以上愿景，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）高質量的出行選擇。致力于提高運輸網絡和資產設備的質量，并采取數字化方式實現對整個網絡需求的智能管理。軌交公司發現不同區域內高質量交通的可獲得性存在巨大差距，故采用數據挖掘技術尋找公共交通缺口最大的區域與居民群體，優先將服務和基礎設施的投資分配至該地區。同時提高現存軌道交通網絡的連續性與整體性，讓乘客出行更加便捷。

（2）人性化的乘客服務。通過提高軌交系統安全性、便利度以及信息準確性，洛杉磯軌道交通系統極大提高了乘客滿意度。在安全性方面，由技術、設備、人員共同構成的多層集成安全系統發揮著巨大作用，安全系統中的智能視頻監控部分對列車內、車站中的場景進行實時抓拍傳輸，通過人工智能算法對該內容進行實時處理，對可疑人員進行重點觀察，實現犯罪預防；在便利度方面，軌交公司開發了新型數字系統，通過數據分析挖掘客戶隱形需求，在自然語言處理技術幫助下完成人機之間的二十四小時動態交互；在信息準確性方面，洛杉磯軌交公司與政府以及其他交通公司達成協議，簡化信息共享流程，同時為列車配備新型數據系統，全面改善到達時間預測，為乘客提供及時準確的交通信息。

（3）智慧化的系統管控。洛杉磯軌道交通公司制定了一套完善的數據管理制度，改進現有數據管理系統，用以解決開放數據、數據存儲以及數據保護問題。此外洛杉磯軌交公司還開發了數據開放門戶，公眾可以利用該門戶獲取軌交運行數據，對開放數據進行二次利用以促進發明創新。一般意義上軌交資產智慧管理對象包括列車、軌道以及車站相關設備等，但洛杉磯軌道交通公司把員工視為最重要資產之一。洛杉磯軌道交通公司采用新技術來改善設施維護人員和建筑工地工人的安全問題，包括全天候的施工、維修現場輔助視頻監控系統，針對高危場景的智能化預防方案等，從而最大限度地保護員工的安全與權益。

2.歐盟智慧城市軌交發展狀況

為了將先進技術加速集成到創新的軌道交通產品解決方案中，以提高歐洲軌道交通行業競爭力，歐盟于2014年6月成立歐洲軌道交通研究聯盟機構——shift2rail，以對歐洲軌道交通進行技術革新與系統研發，實現整個歐盟內軌道交通的信息化與智慧化，目標是將歐洲軌道交通系統容量提高一倍，可靠性和服務質量提高50%，生命周期內成本降低一半。該機構計劃從多個角度進行信息化與智慧化的創新，此處著重介紹以下三個方面：

（1）智慧管理與決策支持系統。一是發展抗干擾能力更強的車車通信、車軌通信系統，為此shift2rail 研發了一種安裝于軌道旁的智能盒子，既能與設備控制中心以及路邊其他軌交設備進行連接，同時可以與地區通信設備（無線電或者衛星等）連接，亦可與軌交列車中的智能盒子車載部分進行聯動，完成數字信息與通訊信號間的即時、準確傳遞；二是運維智能化，軌交系統利用接口標準化以及可操作化的歷史軌道交通大數據集進行場景分析與流量管理，構建相關知識圖譜，結合列車實時狀態與性能數據，提供智能故障應對方案、構建自動化的智能調度系統、實現列車輔助駕駛功能；三是基建智慧化，建設前利用大數據分析進行智慧規劃，建設中與建成后利用BIM（建筑信息建模）技術，實現信息化平臺對建設的全生命周期掌控管理，從而保證軌道交通建設的完整性與連續性，實現軌道交通更新換代時的低成本、高效率。

（2）智慧能源。歐盟將可持續發展觀念嵌入到基礎設施和車輛的設計、建造、運維中以減少能耗和碳排放，從而實現能源的綠色和智能使用。智慧化的列車承載量評估系統與線路側儲能充電技術（包括動態無線電能傳輸等），可以幫助軌交系統根據需要調節整個系統的能源分配。在智能電網方面，將新型的列車系統通過電網與智能能源供應商連接，最大限度提高可再生能源利用率，實現對電力的高效使用。

（3）智慧數據應用。利用物聯網和人工智能技術對數據進行有效地捕獲、存儲與管理，保持數據從收集、分析以及解釋、預測的連貫性與一致性，為顧客與軌交公司提供實時數據，以支持快速、科學的決策，改善顧客出行體驗，提高公司業務收益。與此同時，構建穩健、彈性和安全的信息架構與治理體系，在數據利用以及共享過程中充分保護乘客隱私和數據安全，也是智慧數據應用的重中之重。

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

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

啟示與思考

相比國外來說，我國軌交智慧化更加注重技術創新，同時具備后發優勢，在網絡通信、自動控制等方面走在世界前列，但在智慧軌交規劃的整體性和連續性以及人文社會層面的“智慧化”等方面，與國外先進水平仍有一定差距。國外城市發展智慧軌交中的一些經驗，值得我國借鑒。

1.注重整體規劃

軌道交通建設具有較長周期，利用數字化手段加強整體規劃，促進各環節的銜接，對于控制建設成本、縮短建設周期和保障建設質量都具有重要意義。歐盟在軌道交通基礎設施建設階段明確提出整體性規劃的概念，通過BIM技術與物聯網、地理信息系統、3D 掃描、3D打印技術的深度結合，實現建設、檢修、維護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，要積極利用數字技術建立軌交的全生命周期管理體系，打通建設、運行、維護以及改造升級等環節，減少不必要的資金、人力、材料及能源損耗，促進軌交資產利用最大化。

圖2:“出行即服務”理念圖

2.注重以人為本

城市軌交的服務對象是乘客，乘客體驗是軌交智慧化創新中的重要內容。借鑒芬蘭在城市交通智慧化過程中提出的“Maas（出行即服務）”理念以及洛杉磯的城市軌交智慧化經驗，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，應建立以用戶為中心的新理念，在從起點到目的地的過程中，實現乘客與軌交設施、乘運服務之間的動態交互，為乘客出行提供從出發地到目的地的完整解決方案；同時軌交公司也應當關注公司員工的權益保護，積極運用數字技術改善員工工作環境、加強一線工人的安全防護，才能激發其積極性與創造性。

3.注重綠色發展

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量優化控制技術，研發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。除了從技術上實現綠色環保以外，更要從頂層思想上明確綠色環保的重要地位，平衡經濟效益與綠色環保二者之間關系，為能源智慧化應用提供更強勁的動力。

4.注重人文關懷

洛杉磯的城市軌交建設體現著人文關懷以及對社會責任的承擔，其并不以經濟效益為第一目標，而是大力發展欠發達區域的軌交建設，以促進洛杉磯地區的整體協調發展。未來我國城市軌道交通智慧化過程中也應注重人文關懷與社會責任，在作為公共運輸手段的同時，軌交系統也要扮演區域交通樞紐、區域商業娛樂中心、區域文化中心的角色，為各類人群提供豐富多彩的服務。