區塊鏈技術在城市軌道交通中的應用分析

朱 凱，李垣君

（江蘇理工學院汽車與交通工程學院，江蘇 常州 213001）

1 城市軌道交通現存問題

隨著我國城鎮化進程的加快，人們對快速、舒適公共交通的需求也日益增長。近年來，我國城市軌道交通規模不斷擴大，客流也不斷提升。電子支付的普及使得乘客能快速完成購票與檢票過程，顯著提高了地鐵車站設施服務效率。但在高峰期，供需矛盾依然突出，乘客在車站滯留時間過長，增大了車站的運營、維護難度，同時也帶來了較大的安全隱患[1-2]。因此，城市軌道交通需要逐步向高質量發展方向轉變，即通過優化列車行車調度以及與公共汽車等其他交通方式的接駁方案，進一步提升乘客的出行效率。

1.1 列車行車調度存在的問題

行車調度是由列車運行調度員負責組織指揮各部門、各工種進行協調，保證列車嚴格按照設定的運行圖工作。行車調度主要分為正常情況下作業流程和非正常情況下的作業流程（ATC 設備故障時行車、電話閉塞法行車、特殊情況下車運行以及檢修施工時列車運行）。

當列車在非正常情況下運行時，列車調度指令的有效傳輸以及響應執行的效率較低。鑒于此，有學者研究了城市軌道交通的列車行車調度的優化方法。何紅、曾險峰[3]對列車停站時間的影響因素進行研究；吳開信、吳子航[4]以乘客出行時間最短為目標，以相關參數（列車運行時間、停站時間、發車時刻）為約束構建了非線性規劃數學模型；邸鑫鵬、錢楓[5]對軌道交通全自動運行系統進行研究，并在技術與運營層面上對全自動運行線路與常規線路的差異進行分析。上述方法在一定程度上提升了城市軌道交通的運行效率，但系統可靠性保障、突發事件應急處理、多目標優化和智能運行等問題還有待解決。

1.2 與其他公共交通方式的接駁方案存在的問題

由于地鐵站點與公共交通車站之間有一定的距離、公交車的按時到達的比例較低等方面的因素，城市軌道交通與其他公共交通的接駁方案的效率較低。

為優化城市軌道交通與其他公共交通方式接駁方案的設計，張志芳[6]基于乘客交通出行時間最短，構建優化模型并利用遺傳算法求解；郝倩倩等[7]基于不同類型的地鐵車站，設計了相應的交通接駁方式，并在此基礎上對交通接駁設施規模進行測算；魏攀一等[8]對軌道交通可達性進行了研究，并建立其計算模型。但上述研究方法在模型中建立過程中，對于各指標的取值相對困難，準確性較低。

2 區塊鏈技術

2.1 區塊鏈技術概述

區塊鏈[9]是一種計算機技術在價值互聯網時代的創新應用模式，是數據庫、密碼學、網絡技術等多種技術整合集成的結果。區塊鏈具有去中心化、去信任化、可追溯性、集體維護性、安全性、不可篡改性、開放性以及匿名性等特點。

2.2 區塊鏈技術在交通領域的應用

目前在交通領域中已有區塊鏈技術的相關應用。李春燕等[10]將區塊鏈技術應用于車載自組織網絡中來建立路況預警方案；楊逸群[11]則在自動駕駛系統中引入了區塊鏈技術，讓點對點分配服務成為現實，并提高了數據共享的便捷程度；蔣騰飛[12]提出了基于區塊鏈的高速鐵路運營環境監測數據安全方案，對傳感器感知節點身份認證、監測數據的上傳、存儲及共享等內容進行研究。上述成果根據區塊鏈技術所具備的去中心化、去信任化、安全性等特點，對系統、模型及方案等進行優化改進，并取得一定的成效。區塊鏈技術在交通領域有良好的應用前景。

3 區塊鏈技術應用思路

區塊鏈能否在本領域應用的決策流程如圖1 所示。

圖1 區塊鏈應用決策流程圖

根據城市軌道交通列車行車調度以及軌道交通與其他公共交通方式接駁方案設計的特點，列車行車調度主要涉及城市軌道交通的各線路控制中心以及有關部門，與其他公共交通方式接駁方案的設計及運行涉及了城市軌道交通以及其他公共交通方式的各個部門和有關行政部門，因而能夠應用區塊鏈中的聯盟鏈。

3.1 列車行車調度

將區塊鏈技術應用到列車行車調度中，可以基于其特點來優化列車行車調度系統。由行車調度所涉及的各部門人員及時地上傳、更新相關數據，形成數據庫；同時引入行車調度智能系統，使其能夠根據現有數據對是否進行行車調度進行判斷。這樣就能方便列車駕駛員在所行駛的線路中準確掌握列車設備運行狀態數據、線路及其周邊環境有關的參數數據，通過行車調度智能系統的運算判斷，得到調度判斷結果；系統將調度判斷結果以及需要完成的操作傳遞給相應的執行者，執行者執行操作，由此提高列車行車調度的效率。應用示意圖如圖2 所示。

圖2 列車運行調度區塊鏈應用示意圖

3.2 與其他公共交通方式的接駁方案

將區塊鏈技術應用到城市軌道交通與其他公共交通方式的接駁方案中，優化接駁方案設計及實施。應用示意圖如圖3 所示。

圖3 城軌交通與其他公共交通方式的接駁方案區塊鏈應用示意圖

由地鐵車站及公交換乘車站（或其他公共交通換乘站點）相關人員及設備、經過該站點的相關列車和公交車的駕駛員等工作人員及時地上傳、更新相關數據，形成數據庫；同時引入能夠根據數據庫內的現有數據進行信息的判斷以及給予乘客相應指引的“接駁方案智能調整系統”。系統結合現有數據進行判斷，根據判斷結果（方案可正常進行、方案出現較大誤差）的不同，將對應的信息以及提示發送至換乘車站、地鐵車站，使乘客能夠通過顯示屏或語音廣播得到指引信息，并及時地調整自己的行程。

4 小結

隨著計算機網絡技術的快速發展，區塊鏈技術將越來越完善，其實時性、安全性、信息可追溯性等特性能夠得到更完善的發揮。在城市軌道交通領域中，區塊鏈技術能夠作為平臺的支撐，優化改善列車運行調度、城市軌道交通與其他公共交通方式的接駁方案，具有廣闊的應用前景。本文中對于行車調度智能系統和接駁方案智能調整系統的研究需進行進一步的研究，以便能夠更好地利用區塊鏈技術提升交通效率。