青岛智慧地铁的研究与思考

吕平

摘 要：目前，国内许多城市正在利用云计算、物联网、大数据、人工智能与 5G 技术等实现地铁智慧化。首先从国家政策、行业现状等角度论述智慧地铁发展的必要性，提出智慧地铁的建设理念及目标;然后从智慧建设、智慧运营、智慧维保 3 个方面阐述智慧地铁在青岛轨道交通中的应用，并提出几点设想和建议，以供有关部门和同行参考。

关键词：地铁;城轨云;智慧化;智慧应用;研究

中图分类号：U321.7

目前国内许多城市正在利用云计算、大数据、人工智能与5G等技术实现地铁智慧化，服务于地铁安全和高效运行，提高乘客满意度，降低地铁运营和维护成本。青岛地铁在转型发展中积极推动智慧地铁建设，主动适应地铁工程建设规模化、融资方式多样化、线网布局网络化、运输制式多元化、运营方式智能化、支撑技术信息化等发展新态势，实现资源整合、模式创新、效能优化，以进一步提升服务水平，助力青岛地铁快速发展。

1 背景

1.1 国家政策

2006年2月中华人民共和国国务院（以下简称“国务院”）在《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006 — 2020年》中首次提出“智能交通”作为全国性战略目标。2017年2月国务院下发《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》，其中明确指出“促进交通产业智能化变革，实现基础设施和載运工具数字化、网络化，运营运行智能化”。2019年9月中国共产党中央委员会、国务院发布《交通强国建设纲要》，其中明确提出大力发展智慧交通。2019年9月，习近平总书记在大兴机场开通时提出“要继续大力发展轨道交通，构建综合、绿色、安全、智能的立体化现代化城市交通系统，始终保持国际最先进水平。”

1.2 行业现状

目前，全国众多城市已开展智慧地铁的研究和实践，其中以上海、广州、深圳为代表，走在行业前列。杭州、西安、武汉、成都、合肥、呼和浩特等城市为适应地铁的发展，也在积极开展智慧地铁的研究与应用。行业普遍认为，开展全面智慧地铁实践的城市普遍具有以下特征：①项目概算相对满足;②有一定的人才和技术储备，信息化、自动化水平较高;③人力成本较高，需求较为强烈;④已开通运营多条线路，形成线网规模。这些特征也是智慧地铁建设的条件。

2 建设理念及目标

目前业界对于智慧地铁的定义尚无统一标准，比较普遍的认识是：智慧地铁是使用数据驱动和软件定义等方法，将新一代信息通信技术和地铁运行技术深度融合，贯穿建设、运维、资源开发等地铁运行管理活动的各个环节，具有自主感知、分析诊断、自主决策、精准执行和自我学习等能力，可进一步提升地铁安全、效率、效益和服务水平的新型生产方式。

智慧地铁作为一个渐进的过程，是一个从对象数字化到执行智能化，最终实现决策智慧化的过程。智慧地铁并不是一个新建的系统，而是技术融合、创新发展，其目的是通过研发、引入其他领域的新技术，结合地铁的业务特点与业务场景，对既有地铁业务进行智慧化赋能的一个过程，最终实现各类业务服务质量与执行能力的提升。

2.1 不忘初心——智慧地铁建设的核心目标

青岛智慧地铁的建设要始终围绕“安全、服务、效率、效益”4个目标推进，对各项智慧应用的建设需求、各种新技术的采用、推进的实施路线等都要围绕这4个目标进行客观、科学的评估，不被其他因素所左右。

2.2 全面覆盖——实现全生命周期智慧化

由于地铁业务从建设到运维、服务具有延续性，各专业之间又相互紧密关联，因此，一个好的智慧地铁方案一定是从全生命周期、全业务领域进行设计，任何一个环节的缺失都将影响整个系统。青岛智慧地铁的建设，必须实现全生命周期和全业务领域覆盖，具体包括智慧建设、智慧运行、智慧维保等业务领域。

2.3 数据驱动——实现 5 大智慧能力

智慧地铁相关智慧领域的应用应该具备智能特征，智能特征是应用系统智慧能力的体现，也是评估应用系统智能程度的标准。智能特征包括状态感知、分析诊断、智能决策、精准执行和自主学习5大类，通过这5大类智慧能力的集成，可构建青岛地铁“数据-信息-知识-决策”的业务闭环，从而实现各类业务的智慧联动和资源的智慧配置。

2.4 云边结合——构建智慧地铁整体模型

智慧地铁模型建立在统一的标准规范和安全策略之上。目前，青岛地铁根据初步确定的模型“核心智慧+边缘智能”进行模块设计，以适应线网大数据中心的后期建设需求，如图1所示。应用层作为智慧地铁的外在体现，面向不同系统层级和业务领域构建地铁行业知识沉淀能力;数据处理层作为智慧核心，面向智慧建设、智慧运行和智慧维保3个领域，构建核心业务分析及处理能力;基础层作为智慧地铁的承载平台，包括云管平台及各类计算、存储和网络资源，承载基础层分析所需的核心数据;边缘智能层作为智慧地铁的神经末梢，一方面感知末端设施、设备、人员、乘客等不同对象的信息，构建多源异构数据采集能力;另一方面针对已具备智慧特征的自动化、信息化系统，构建边缘智慧能力。

2.5 任务目标

综上所述，智慧地铁的建设任务目标可以总结为：建设一个云平台，创建智慧建设、智慧运行、智慧维保3类智慧应用，具备状态感知、分析诊断、智能决策、精准执行和自主学习5大智慧能力。以青岛地铁6号线为示范打造智慧地铁，建成后青岛智慧地铁处于全国领先水平，在信息化与自动化融合的基础上，构建智能感知、智能联动的能力，用数据驱动安全、效率、效益和服务的提升，打造智慧地铁第一代1.0。

3 青岛地铁 6 号线项目研究与设想

地铁6号线作为青岛智慧地铁示范线，适应行业发展，提出“智慧地铁、城轨云”建设理念，包含智慧建设、智慧运行和智慧维保3类智慧应用，如图2所示。6号线初步设计方案以建筑信息模型技术（BIM）为基础，打造智慧工地安全管理平台，范围从土建施工到机电设备安装，对项目施工过程进行全方位、可控化、数据化、可视化的实时监管，并结合青岛企业资产管理系统（EAM系统），推广BIM正向设计，实现数字化验交和支持后续运营维护。以云平台为基础，以智慧运行平台、智慧维保平台为核心，通过智能视频分析、客流分析、设备状态监测、环境监测等智能感知技术，细化与相关系统及设备的逻辑关系及联动功能，实现车站相关运营场景的智能化运行、面向乘客的智慧化服务、面向运营维保智慧化维修。

3.1 智慧建设

面向建设全过程，6号线实现基于多元数据的地铁线路前期规划和设计、融合智慧视觉与远程监控的风险管控，以及基于BIM的全生命周期建设管理等。

3.1.1 智慧工地

6号线综合运用互联网、物联网、大数据、智能化、云计算等信息技术与项目管理过程、流程与标准深度融合，并集成既有各类项目管理系统与BIM管理平台，建立项目管理“全过程、全覆盖、全要素、全流程”的“智慧工地”信息化集成管理系统。固化项目管理计划、变更、验收等各类标准与流程，利用人脸识别、视频监控、自动化监测等技术，实时采集现场信息，通过对项目建设各方的人、机、料、法、环以及关键部位等信息进行直观、动态、综合、统一的智能分析和数据交互、共享、提示、预报警。系统主要包括项目概览，工程前期管理，勘察设计管理，进度管理，招标、合同与分包管理，人员管理，安全管理，质量管理，应急管理，现场管理，机电设备及材料管理，调试管理等模块，有助于工程建设各方在安全、质量、计划、进度等方面进行信息化、标准化、数字化、可追溯化管控，为各层级管理决策提供全面、可靠性依据，解决项目管理信息掌握不全、不真实，传统人工统计量大，子系统间信息孤岛等问题，规范各方管理行为，强化参建各方监管，提高各层级工作效率。

3.1.2 BIM应用方案

6號线通过补充完善青岛地铁集团有限公司及青岛市西海岸轨道交通有限公司既有标准体系，同时利用BIM技术实现基于信息化管理平台的全生命期应用。在工程建设阶段，完成模型创建、管线优化、工程量统计等，同时为智慧工地提供标准模型与完整数据信息。在工程移交阶段，完成竣工模型调整和工程资料整理，同时上传项目管理信息化平台，实现电子归档。在工程运维阶段，实现BIM编码与EAM编码的结合，同时为智慧维保提供数据信息。BIM信息化管理平台应用贯穿“设计、施工、运维”全过程，主要提供优质的数字化服务，发挥BIM技术在协同设计、设计优化、施工指导、项目管理、资产移交等关键性工作中的作用。

3.2 云平台方案

云平台整体架构方案按照安全生产网、内部管理网、外部服务网的原则进行构建，承载智慧运行、智慧维保等相关业务系统。按照业务性质分别部署于不同的网络，云平台为承载的各个业务系统提供计算、存储、网络资源，同时建设大数据共享平台，通过数据接口、数据格式的标准化，收集、整理、存储各业务系统数据，为数据共享和大数据分析提供基础条件。本次云平台规模暂按6号线一期工程设置，预留二期工程接入及后期升级为线网级云平台的条件，为保证6号线一期工程顺利实施，本次建设云平台主用中心（设置于黄岛区域控制中心）和云平台灾备中心（设置于6号线抓马山车辆段），并在各站、段设置站段云节点。

3.3 智慧运行

面向运营一体化，6号线实现自适应的行车调度、智能化的乘务排班、智慧车站运转，以及与智慧城市其他领域间的联动等;并围绕乘客服务，引入智能问询终端、交互屏、人脸识别、语音购票、图像识别、体感等智能设备和技术实现乘客的自主服务。

3.3.1 智慧行车

智慧行车包含列车自主运行和全自动运行2个方面。6号线采用的列车自主运行系统（TACS）为国家发展和改革委员会批复的示范应用项目，TACS以列车为主体和控制核心，实现列车自主进路、自主防护、自动驾驶、自主调整功能，最终实现列车的自主运行。TACS按照列车自动驾驶等级（GoA）3级有人值守的全自动运行（DTO）模式组织运营，车辆段将采用与正线相同的设备配置，如图3所示。

3.3.2 智慧车站

6号线工程为了提高运营效率和方便乘客出行，对车站内部客流、环境等进行全方位感知，并增设自助票务处理终端设备、语音购票功能、人脸识别过闸功能、车厢拥挤度显示功能、智慧安检功能、智能照明功能、智能空调电子导引功能和一键开关站功能等，如图4所示。

3.4 智慧维保

6号线智慧维保紧紧围绕青岛地铁“安全第一、服务至上、效率优先、效益提升”4个核心，以智慧维保平台为基础，以云平台为载体，以车辆、通信、TACS、自动售检票系统（AFC）、机电、供电、轨道等专业的智慧维保为支撑，如图5所示。通过智慧化在线监测手段，实现设备状态实时监测的功能，各项数据由各专业专家诊断系统进行分析，分析结果汇总至智慧维保系统平台，由平台对接收的数据进行集中管控，通过信息推送系统与智能工单系统将故障信息与工单发送给相关责任人，统筹安排各系统专业的设备、生产以及资产管理等通用运维管理内容;结合各专业系统设备健康状况，通过智能化手段生成巡检计划，推送并提醒相关人员，由系统进行检查维护，人员管理系统对运维人员进行个人能效分析;同时，由智能调度系统实现与行、电、环调的数据交互，并具备在紧急情况下相关应急预案、方案、指引类文件的调阅及执行能力。最终建立一种以流程为导向，以业务为中心，注重服务意识的地铁运维管理模式，旨在提高系统维护效率、降低运维成本、完善资料档案管理、提高系统监测检测维护的水平，这可为运维人员提供具有针对性、科学性的故障解决方案，为决策者提供可依据的、最优的决策方案，整体提高6号线的运维效率。

4 智慧地铁相关建议

结合行业调研情况和青岛地铁应用探索情况，充分总结、深度剖析存在的问题，现提出以下几点相关建议。

4.1 统筹推进方面

建议集团统一牵头成立线网级智慧地铁领导组，高位协调、统筹实施、专业推进、保障高效，从业务需求出发，开展技术方案整体研究，形成统一的建设标准和验收对接标准，用于后续建设工作。

4.2 实施策略方面

建议智慧地铁建设内容采用成熟先上、实验验证的方法：①针对行业及自身试验成熟，在安全、生产、服务、经济等方面已取得应用效果的项目，可直接纳入建设需求，推广使用;②针对技术相对成熟、应用效果目前行业内正在验证或总结的项目，可进行小规模试点建设，依效果确定是否推广;③针对行业新技术、新设备，暂未开展验证但具有应用前景的项目，可以以科研的方式，与厂家合作在运营线路或在建线路进行安装试验，依效果确定是否扩大验证或纳入建设需求;④引入行业有经验的咨询公司，配合设计单位，共同把握智慧地铁的建设方向和技术路线，规避可能的技术风险。

4.3 资金来源方面

建议分阶段、多渠道争取资金支持，把新建线路的智能运维建设资金纳入工程建设概算;同时由科研牵头部门对接国家、省市科研主管单位积极申请政府课题立项，争取智能运维科研课题经费支持;针对运营线路，低成本、小规模的改造可通过科研方式开展，高成本、大规模的改造结合技改、大修等申请专项补贴经费。

5 结束语

智慧地铁可以提高运营管理人员的业务执行效率与质量，有效地控制成本，为乘客提供最优出行规划、便捷的出行体验。同时，智慧地铁是一项系统工程，需要顶层设计、统筹规划、平台先行;智慧地铁带来的是全系统、全专业的理念，将促进内外部生态的不断优化;智慧地铁是一个共同梦想，需要需求驱动、用户主导、厂家落地、共建生态。

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收稿日期 2019-12-26

责任编辑 党选丽

Research and thinking on Qingdao smart subway

Lv Ping

Abstract： At present， many cities in China are making use of cloud computing， Internet of Things， big data， artificial intelligence AI and 5G technology to realize metro intelligence. First of all， this paper discusses the necessity of smart metro development from the perspective of national policy and industry status， and puts forward the construction concept and goal of smart metro， then it expounds the application of smart metro in Qingdao rail transit from the three aspects of smart construction， smart operation and smart maintenance， and puts forward some ideas and suggestions for the reference of relevant departments and metro operators.

Keywords： subway， urban rail cloud， intelligent， intelligent application， research