我国智慧地铁发展现状与展望

朱建峰

（佛山市铁路投资建设集团有限公司，广东佛山528000）

1 我国城市轨道交通概况

城市轨道交通具有安全、快捷、准时、大运能、绿色环保等突出特点，对推进城市现代化进程、改善交通运输环境、引导优化城市空间布局、带动城市经济创新发展发挥了巨大推动作用，被各级政府和市民所接受。自北京地铁一号线1969年10月1号建成通车，至今已近50年。截止2018年底，我国内地累计35个城市开通了城市轨道交通系统，运营线路185条，总里程5 761.4 km；国内有53个城市在建线路258条（段），总计6 374 km，可研批复投资额累计42 688.5亿元；2018年运送客运量达到210.7亿人次［1］。到2020年末全国城市轨道交通运营线路预计7 000多km，2025年末将超过1万km，2030年末接近1.5万km。目前我国运营线路规模、在建线路规模和客流规模均居全球第一，我国已成为名副其实的“城轨大国”。在我国城市轨道交通系统大规模、高速度发展的形式下，如何实现从“城轨大国”到“城轨强国”转化，推动现代信息技术、物联网、人工智能、大数据等技术在城市轨道交通行业的应用起着关键作用，作为“智慧城市”重要组成部分，“智慧地铁”的建设，必将推动轨道交通行业的生产方式创新、组织形态创新、管理理念创新和商业模式创新。

2 智慧地铁发展意义

智慧地铁是依托新一代工业互联网、物联网技术，将智能感知、云计算、大数据、人工智能、移动互联、自主协同控制等技术与轨道建设、装备制造、运营服务、设备维护、资源开发等业务深度融合，推进城市轨道交通系统向网络化、协同化、智能化方向发展，实现城市轨道交通的服务、建设、制造、调度、运营、维修、救援等智能化，使得乘客服务更加人本化、企业管理更加精细化、运维管理更加智能化、资产经营模式更加多元化，提升企业公共服务水平和治理能力。智慧地铁是城市轨道交通企业可持续创新发展的新模式，是推动行业创新发展和提升企业竞争力的关键着力点。

2.1 智慧地铁提升乘客的出行体验

智慧地铁能够为乘客提供更安全、便捷和人性化的“个性化定制”智能服务。一是提升乘客出行良好体验。如通过微信、支付宝、二维码、银联卡、手机PAY、云购票、生物识别等多种购票、支付方式使乘客乘车更便捷；通过视频图像智能分析识别系统对客流拥挤程度、乘客异常行为、服务设施（电梯、扶梯等）健康运行状况等情况进行预判，实现报警并及时处理，保障乘客安全。二是让乘客出行更智能化。通过智能联运实现交通一体化，促进多种交通方式高效衔接和便捷换乘；通过移动互联技术可以使乘客智能查询车站客流信息、列车实时运行时刻、周边交通信息；通过大数据技术为乘客提供精准化、个性化的最优路线设计和出行规划服务；通过语音系统实现盲人导航功能。三是打造智慧生态圈。通过整合地铁周边资源，线上线下联动，为乘客提供全方位信息查询、智能搜索、资讯互动等增值服务。

2.2 智慧地铁提升企业治理水平

智慧地铁可以使轨道交通企业有效提高管理水平，工程建设实现数字化管控，运营组织更加灵活、安全、高效，提升运维生产效率，促进资源整合高效利用，降低运营成本。

一是实现资产数字化管理。通过在地铁规划、设计、施工、设备制造及安装等阶段采用GIS、BIM技术，使地铁建造全过程实现数字化管控，最后形成数字资产移交至运维阶段；在运维阶段，使用移动终端扫描RFID标签获取实物ID，以实物ID为信息索引，实现运检工作中各类设备的技术参数、维修信息的精准定位、提取与推送，将现场检修与后方技术支持平台互动，提高现场检修工作效率与质量。在项目全生命周期实现以数字化、信息化、智能化为特征的管理，为项目方案优化和管理决策提供支持。二是创新运营管理体系，提升运营组织效率和安全。列车全自动运行系统，优化了运营组织架构，减少了人为操作出现故障的概率，提高了列车运行系统的安全与效率。通过客流大数据分析，将运能供给与乘客需求精准对接，采用互联互通、快慢线、跨线运营、自动编组等更加灵活的运营组织形式，提升运营效率。三是实现设备维保智能化。基于先进感知技术、大数据、人工智能等技术的智能在途监测系统、智能维修工具可以自动获取设备状态，综合设备历史运行数据、家族缺陷等反映设备健康状态的特征参数，评价设备当前健康状况，预测未来设备可能变化的趋势，促使设备运维模式从计划修向状态修转变，大幅提升设备的运维可靠度和可用性。采用智能自助型无人值守仓库，可以实现物资自助领用，促进物流作业的标准化和规模化，提升库存周转率。通过一体化信息平台，将客服系统与运维系统数据实时互联互通，实现全过程、全方位的可视化、实时化、透明化和可溯化的一体化监管控。四是整合资源，提升资产使用效率。通过云技术对信息系统进行合理优化，推进各业务系统集中整合，提升业务应用、数据资产、信息基础设施等资源高效利用，通过大数据辅助分析提高决策能力，提升企业相关业务经营能力，挖掘增值服务项目，实现企业可持续发展。

3 智慧地铁几项关键技术

3.1 全自动运行技术

全自动运行系统（Fully Automatic Operation，FAO）是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术实现列车运行全过程自动化的新一代城市轨道交通系统。通过定位、雷达、视觉等感知技术与列控系统融合，实现列车自动唤醒和休眠，自动出入库、自动洗车、自动调度、自动诊断等功能，可以减少人为操作，提高系统可靠性、安全性、可用性、可维护性及运营系统应急处置水平、系统自动化水平，降低劳动强度，进一步提升城市轨道交通运行系统的安全与效率［2］。我国至今已有4条运营线路采用了全自动运行系统，即香港南港岛线、上海地铁10号线和北京地铁机场线、燕房线。2017年12月，燕房线采用我国完全自主知识产权的全自动运行系统开通运营。燕房线示范工程构建了适应我国城轨需求的FAO技术体系，攻克了列车全自动运行、综合自动化调度管控、全系统全生命周期RAMS保障等关键技术，研制装备并完成示范应用，形成了具有自主知识产权的标准体系。全自动运行系统较传统系统更加安全、高效、可靠、灵活、节能，运营成本更低，服务提升有着较大的优势。据统计，上海地铁10号线采用无人驾驶，运营效率提高8.9%，列车出入库时间减少50%、配员减少28.8%、列车配置数量减少10%、旅行速度提高7.8%、平均无故障时间提高348%。目前国内城市轨道交通新一轮建设中，武汉、深圳、成都、太原、南宁、广州、南京、杭州、郑州等已开展相关研究，应用全自动运行技术逐渐成为行业共识。

3.2 云技术的应用

城市轨道交通系统涉及车辆、机电、土建、供电、信号、通信、运输、环控、售检票、清分等专业系统，各专业相对独立又密切关联。目前各系统独立建设，存在硬件相互独立、信息采集存储共享率低、信息综合分析应用程度不高、信息系统功能的前瞻性和拓展性不够等问题，城市轨道交通信息系统正在由孤立、单一转向文字、语音、数据、图像、视频等多种综合信息融合后的综合服务。未来轨道交通信息化建设必须着眼于企业运营发展需求和乘客服务需求，以信息交互、资源共享为主要手段，对全量数据的相关关系分析和预测预判，建立基于节约化经营、精细化组织和人性化服务的集成化、自动化、智能化和移动化的综合信息化平台，这些都需要有强大的计算、储存和网络管理能力。

通过借助云计算的虚拟化技术，将多个单系统计算资源融合而成一台具有强大计算能力的计算机系统，其计算能力和存储能力可动态伸缩并无限扩展。通过建设统一的云网络、云存储、云计算平台等完善的软硬件基础设备，可以构建多级资源池，实现底层设施环境统一管理，充分发挥云计算技术所具备的弹性伸缩、自动编排、按需获取、自助的特性，将计算、存储、网络、软件及运行环境资源快速交互，满足工程建设规模化、融资方式多元化、制式多样化、运营网络化、智能化的需求，有利于基础设施、数据、资源共享，减少基础设施建设，简化网络管理，降低维护成本，助力城市轨道交通快速发展。

3.3 人工智能技术

人工智能技术日益成熟，应用领域不断壮大，在轨道交通行业已有初步尝试，如人脸识别、客流统计、客服机器人、轨道检测机器人、焊接机器人、智能仓储等，但还远远不够。人工智能超级计算分析能力与轨道交通大数据深度融合技术，可应用到轨道交通行业的各个层面，将对行业发展产生深远影响。

3.4 物联网技术

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化三个重要特征。利用物联网技术，实现信息全面、实时、精准的采集和融合，将使地铁各系统的互联和信息共享达到更高的程度，为智能化运行控制、服务管理提供数据支撑，结合大数据、云计算技术，促进地铁智能化进一步发展。

3.5 大数据技术

城市轨道交通在规划、建造、运营、维保过程中产生大量数据，通过对数据的采集、存储、分析、交互、共享、管理和应用，形成辅助行业建设、运营、维护、安全和服务的智能化工具，对企业创新业务发展模式起到很大作用。大规模数据资源也蕴涵着巨大的社会价值和商业价值，通过对全量数据的分析和预判，可有效地管理和挖掘数据的深度价值，服务于企业、个人和商业用户，实现增值服务。

3.6 BIM技术的应用

BIM（Building Information Modeling）具有数字化、可视化、信息集成、网络化协同等特点，建设过程创建了机器可识别的数字化实体、并搭建了可用于存储后续工程信息的载体，为项目搭建了全生命周期信息交换和协同共享的数字管理平台［3］。在城市轨道交通行业，BIM技术目前主要集中在规划、设计、建造阶段，运维阶段应用较少。越来越多的轨道交通企业认识到BIM技术在全生命期应用的价值，逐步开展相关研究和实践。

4 建议与展望

智慧地铁建设面临着诸多挑战：一是技术层面多专业技术的融合，需要平台兼容、数据标准统一、系统数据获取简洁、数据交换便捷、系统安全等；二是轨道交通产业链长、参与方众多、投资周期长、开发成本高，不确定性和风险程度高，管理层面需要协同。建议从以下几个方面开展工作。

4.1 加强顶层设计，建立协同联动机制

城市轨道交通行业涉及线路、建筑、结构轨道、通信、信号、牵引供电、AFC、综合监控、PIS、安全门、通风空调、消防、供电等几十个专业的接口协调，涉及众多投资方、建设方、运营方、设备制造商、软件开发商、系统集成商等众多利益主体，还有国家法律法规、安全层面的问题需要解决，单靠某个企业和专业推动，标准统一难、技术协调难、利益平衡难、开发风险高，很难推动智慧地铁高标准建设，需要国家、行业层面做好顶层设计并建立顺畅高效的协同联动机制。

4.2 健全标准规范，做到互联互通

协调多方主体利益关系，理顺各专业的技术标准。行业标准不统一是制约智慧地铁建设发展的关键因素，应加快建立国家层面的数据标准、模型标准、协同平台标准以及模型交付标准等标准体系。

4.3 建设示范性项目，加快技术突破

智慧地铁多项关键技术在商业领域取得了技术突破和长足发展，受轨道交通行业安全性、稳定性、可靠性的高标准限制和相对市场规模小等因素的影响，在轨道交通行业的应用研究和实践投入远远不足。列车全自动运行系统通过北京地铁燕房线示范工程，形成了系列标准及建设指南，其他关键技术缺乏统一规划协调，多个企业在不同层面进行研究实践，目标不一致、标准不统一，不利于在行业推广应用。建议从国家层面支持鼓励企业积极开展关键技术应用示范项目研究，形成系统性标准规范，使其可推广可复制。

4.4 坚持“统一规划，分步实施”的原则

新技术应用目的是要提高企业效益和效率，新技术自身也在不断完善更新迭代，一蹴而就建设智慧地铁不切合实际，只能适度超前。各个城市应根据自身发展阶段和城市特点，提早进行统一规划，分步建设体现城市特色和企业特点的智慧地铁。尽管目前智慧地铁受限于框架体系不够完整，技术水平不够完善，行业数据积累深度不足，没有形成系统化的成熟应用，但随着云技术、大数据、物联网、人工智能等技术与轨道交通行业的不断深入融合，国家战略层面的重视，可以展望未来伴随技术的不断成熟完善及部分功能的探索和尝试，智慧地铁必将在全行业蓬勃发展。