城市轨道交通智慧化发展方向及实现途径

汪鸣 程世东

摘 要：在信息技术快速发展的今天，智慧化是城市轨道交通高质量发展的必然趋势，也是提高其运营安全性和效率、提升其运输服务水平的必然要求。文章首先阐述智慧化是城市轨道交通高质量发展的必然趋势，分析城市轨道交通智慧化高质量发展的内涵，然后以此为依据指出城市轨道交通智慧化发展的方向及实现途径，以期为各城市的智慧化城市轨道交通建设提供借鉴和参考。

关键词：城市轨道交通;高质量发展;智慧化;发展方向;实现途径

中图分类号：F572

随着我国新型城镇化的加速发展和城市群、都市圈建设的稳步推进，城市轨道交通已经成为城市交通发展政策的支持要点和城市交通建设的热点。为使城市轨道交通成为交通强国建设的重要内容和城市交通改善的重要引领与支撑力量，在当前移动互联网、大数据、云计算、物联网和人工智能技术在交通运输领域应用势头良好的大背景下，應充分发挥城市轨道交通良好的聚流、引流和产业生态培育作用，抓住智慧化引领城市轨道交通高质量发展的机遇，明确城市轨道交通智慧化发展的方向，寻求新的全生命周期发展路径。

1 智慧化是城市轨道交通高质量发展的必然趋势

目前，我国的城市轨道交通发展总体上滞后于城镇化发展，遵循满足需求式的发展模式，并未在现代信息技术和人工智能已广泛应用的时代条件下充分显示出鲜明的智慧化特征。在发展初期，由于城市的财政资金不能有效支持造价昂贵的城市轨道交通建设，导致其明显滞后于城市的发展，等到城市（尤其是特大城市）产生较严重的交通拥堵后，才不得不“补课”。在这种“应急”发展场景下，城市主要考虑的是解决交通问题，即其精力集中在解决城市轨道交通的有无问题上，而无暇顾及现代信息技术和人工智能技术的应用。如今，虽然部分城市的部分轨道线路已在外围引导城市发展，成为城市群、都市圈高效交通的重要方式，其发展范围也得到了极大拓展，但从总体上看依然是满足需求型，缺乏引导、增加和捕捉需求的能力。

随着城市范围的逐步扩大、中心城市的影响力不断扩张和都市圈的逐步形成，我国城市轨道交通的大规模建设才刚刚开始。无论是从需求的必要性还是从当前发展的惯性来看，在未来相当长的一段时间内，城市轨道交通大规模建设和发展仍是大势所趋，即使其可能受到资金的限制和影响。在城市群、都市圈和城市中心区经济产业高质量发展的背景下，高质量的城市轨道交通也理应纳入城市发展的范畴。发挥城市轨道交通的聚流、引流优势（原因在于其站点人流高度集中，运行途中人流量大且换乘频繁），以发展流量经济、枢纽经济、数字经济的方式补偿城市轨道交通在建设和运营初期投资、运营能力的欠缺，应成为未来一段时间城市轨道交通高质量快速发展的重要内容和任务。

现代信息技术和人工智能技术的快速发展和在交通运输领域的广泛应用，为城市轨道交通发展流量经济、枢纽经济、数字经济提供了重要手段和业态场景。在城市轨道交通建设力度和规模仍将保持较高水平的形势下，其网络化、规模化发展的格局和趋势愈加明显。此时，应高度重视城市轨道交通的智慧化运营，为进入建设与运营并重阶段奠定坚实的技术、模式、业态创新基础;同时，还应从规模经济和产业链、价值链延伸的角度出发，充分考虑城市轨道交通制造产业的发展，及其与城市和站点周边产业的协同融合，实现交通与产业联动发展的模式创新。

目前，现代信息技术和人工智能技术与人们的生活越来越密切，并改变着人们的生活方式，而城市轨道交通人流集中，因此城市轨道交通具有应用这些技术的需求基础。在城市轨道交通建设和运营过程中，智慧化技术的应用与应用场景的建设已经成为技术进步和相关服务业态发展的必然趋势，也是提高城市轨道交通自身运营效率、安全和服务水平的必然要求。

2 城市轨道交通智慧化高质量发展的内涵

在智慧化成为城市轨道交通发展重要趋势的背景下，城市应该在财政可承受、可持续的前提下，通过政府采取前瞻性规划、政策创新和环境营造等手段，推动城市轨道交通智慧化高质量发展，构建规模适度、标准适合、一体融合的全新城市轨道交通网络，实现装备设备的技术自主可控和配置必要适用，开展一流的运营管理，打造安全、高效、绿色的发展模式，提供便捷、舒适、多样的运输服务，在不断提升人民出行幸福感的同时，有效支撑和引领城镇化和都市圈发展等国家战略。

城市轨道交通智慧化高质量发展具有以下内涵。

（1）在基础设施网络方面，要构建规模适度、标准适合、一体融合的全新城市轨道交通网络。其中，规模适度是指各城市的轨道交通网络规模与人口经济体量、综合交通需求相匹配;标准适合是指选择合理的城市轨道交通制式和技术标准;一体融合是指实现轨道的“四网融合”，以及与地面公交和整个城市交通的紧密衔接，同时使之与城市、产业发展相融合。

（2）在装备设备方面，要实现装备设备的技术自主可控和配置必要适用。其中，技术自主可控是指保证整个产业链（尤其是核心技术、关键零部件）自主可控，并确保国有资产产业拥有较强的竞争力和较高的市场占有率;配置必要适用是指要实事求是，进行效益分析，不能盲目上设备，不能一味追求“高大上”。

（3）在维护运营方面，要实现设施养护、设备维护和运营管理的安全、高效、绿色。即在保障运营和乘客安全的同时，重视运营效率的提高，力求降低能耗和温室气体排放量，实现城市轨道交通的低碳绿色发展。

（4）在运输服务方面，要为乘客提供便捷、舒适、多样的运输服务。其中，便捷是指安检、售票、检票、换乘（包括自身换乘及与其他公共交通方式换乘）等要便捷，尽量缩短乘客的等待时间;舒适是指车厢内的拥挤度、温度等要适宜;多样是指满足不同层次的需求，提供多样化的服务。

（5）在业态创新方面，智慧化技术在城市轨道交通产业中的应用有助于营造发展流量经济、枢纽经济和数字经济的优质环境，从而促进依附于城市轨道交通生态环境的新产业的发展和业态创新。

3 城市轨道交通智慧化发展方向

利用现代信息技术和人工智能技术提高城市轨道交通运营管理、养护检修、安全保障和服务的智慧化水平，可以使城市轨道交通的管理更高效、运营更安全、服务更优质、业态更创新。

3.1 运营调度智慧化

（1）实现信号调度系统的自主化生产、高稳定性和高可靠性。信号调度系统是城市轨道交通的智慧“芯”。虽然我国已有自主生产的信号调度系统，但其在算法、稳定性、可靠性等方面跟国外还有较大差距，亟待提高。例如，列车最短追踪间隔是城市轨道交通运营调度水平的重要体现，而我国在这方面与日本（控制在1min以内）有一定的差距。当然，这不仅取决于调度系统本身，更受运营管理水平的影响。

（2）实现网络化运营调度。随着城市轨道交通逐步成网，需要对整个城市的各条线路进行网络化运营，应建立路网级调度中心，实现线路间的相互联动，并基于互联互通线路进行跨线运营调度。这对运营调度系统是更大的挑战，需要更先进的算法和智慧化技术的支持。

（3）实现“依人调度”。即在提升常规调度水平的基础上，按客流量确定每站的停靠时间、列车的发车间隔和频次等。例如，如果某时段客流量大，则自动缩短发车间隔、增加发车频次;如果某个车站客流量大，则自动延长列车在该站的停靠时间。通过这种灵活的运营调度组织，可在最短的时间内完成乘客运送，也可缩短乘客的候车和出行时间。在实现“依人调度”，通过预测客流制定行车组织方案，提升客流与运能匹配能力的过程中，需要更全面、更精准的客流识别和检测系统对全路网客流进行监视，需要全自动乘客计数系统对客流进行高精度的实时分析和统计，并将相关数据传输至调度系统，同时还需要应用客流预测、车车通信等技术。

3.2 养护检修智慧化

养护检修智慧化是指实现轨道设施的智能诊断和养护、列车设备的智能检修，推动城市轨道交通设施设备的维修方式从“计划修”“故障修”向“状态修”“预测修”转变。这就需要基于物联网（IoT）、地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）、云计算等技术，构建全方位的在线监测体系，包括建立完善的状态感知系统对设施设备的状态数据进行实时采集，再利用人工智能、专家诊断系统根据实时监测数据对轨道设施、列车设备状态进行诊断，并在其出现缺陷和故障时给出维修预警提示。养护检修的智慧化既可以使设施养护和设备检修更高效，从而降低运营维护成本，又能确保城市轨道交通运营更安全。

3.3 安全保障智慧化

安全是城市轨道交通运营的首要目标，应更好地利用智慧化技术消除安全隐患、提高安全预警能力。例如，引入轨道环境主动感知系统、客流监控系统等，对设备故障、轨行区入侵物、障碍物等进行识别，对客流状态、治安事件和突发事件等进行快速识别和判断，并进行主动预警，以便做出及时的应对处置。

3.4 乘客服务智慧化

（1）努力推进“倚脸出行”。目前，有闸机条件下的售检票电子化、无感化已经在逐步实现。但从长远看，应基于人脸识别技术，大力推進智能安检和无闸机售检票。在安检方面，可设立“白名单”，通过人脸自动识别出可疑人员。在售检票方面，可通过人脸识别出乘客全程出行路径，并在其出站时进行自动扣费或记账。这都需要更加成熟的人脸识别技术。从对识错率的容忍度方面看，智能安检功能可能先实现，通过自动判断乘客乘坐路径进行收费的功能在短期内较难实现。

（2）加快提升乘客服务的智慧化水平。例如，引入车内环境智能控制系统，对车厢内的广播音量、温度、湿度、照度等进行智能调节，提高乘客的乘坐舒适度;进行更加智能、多样化的乘客引导信息发布等。此外，在政府规划、设施建设、行业监管、政策制定和评估等方面，都可以利用乘客服务相关的数据信息，建立相应的平台软件系统，进行更加智慧化的决策，例如，可以根据乘客平均候车时间、温度、舒适度等指标对运营企业的服务质量进行考评，确定补贴、购买服务的资金，或者依据客流信息开展规划和制定政策等。

4 城市轨道交通智慧化实现途径

为实现城市轨道交通的智慧化，一方面，需要我国企业拥有自主可控的设备和软件系统，并且把产业发展壮大;另一方面，需要把这些软硬件应用在城市轨道交通的各领域中，使其产生智慧化的效果。

4.1 加强核心技术的研发与应用

在研发层面，以企业为主体，联合科研院所，坚持自主创新与开放合作相结合。首选的方式是引进先进技术，在消化吸收的基础上进行创新;不得已的条件下，从基础开始独立研发（可以在国内或国外进行）。

在应用层面，需要政府采取措施，加大自主产品的推广应用。由于种种原因，许多国产设备系统（如信号调度系统）的应用很少，发现问题、进行改善的可能性也因此减少，从而形成恶性循环。当前，我国处于城市轨道交通大发展时期，也是国产设备系统发展和应用的战略机遇期。政府应建立新技术、新产品的市场准入和容错机制，综合运用政府采购、科技保险、示范工程、首台（套）重大技术装备示范应用和尽职免责机制等措施，促进自主创新成果的规模化应用。在此基础上，相关企业应加强品牌创建，力求扩大市场，在技术达到国际先进水平的条件下，利用我国市场规模的优势，及时形成标准，引导国际市场接纳和使用中国标准。

4.2 构建智慧化运营管理和服务体系

智慧化运营管理和服务的主体为政府和城市轨道交通运营企业。城市轨道交通运营企业应该通过各种方式和途径提高运营管理和服务水平，其中重要的方式就是加强智慧化建设，例如，采用新技术进行安检，推广手机支付，将相关信息数据开放，以便第三方为公众提供更好的智慧化信息引导服务等。政府的相关工作有：① 防止为智慧而智慧，要以功能为导向，注重实效;② 建立合适的机制，调动相关企业主体的积极性。具体内容为加强对政府购买服务的考核，将补贴与城市轨道交通运营企业的服务质量挂钩，促进企业提升服务质量;加强对运营安全的监管，以及对运营企业效率和效益（如单位能耗等）的考核。

4.3 培育和发展城市轨道交通新业态

城市轨道交通换乘站点和运行途中的巨大客流量，以及由乘客信息服务需求带来的流量经济、枢纽经济、数字经济发展环境，是城市轨道交通建设和运营中必须考虑的重大发展机遇和价值增值领域。培育和发展城市轨道交通新业态需要做到：①发挥城市轨道交通客流量大的优势，利用场景应用，积极发展流量经济，充分发掘信息基础设施的潜在价值功能;②利用换乘站点客流集中的优势，以及站点上盖建筑物的开发建设机遇，发挥导流系统的作用，培育城市轨道交通枢纽经济;③利用发展流量经济、枢纽经济所形成的大数据积累，提高数据挖掘和抓取能力，发展大数据经济，为其他领域发展大数据经济提供“数据矿产资源”。

5 结语

目前，城市轨道交通智慧化发展已成为必然趋势，现代化城市应借助现代信息技术和人工智能技术，寻求更加适合自身发展的智慧方法，构建智慧化、信息化的城市轨道交通体系，为乘客提供更加安全、便捷、舒适的智慧交通系统，推动城市轨道交通高质量发展。

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收稿日期 2020-06-22

责任编辑 苏靖棋