智慧城轨发展现状分析及建议

张文韬，卢剑鸿，姜彦璘

（西安市轨道交通集团有限公司运营分公司，陕西西安 710016）

1 背景

随着国家经济发展和城市化进程的加快，城市轨道交通因其运量大、速度快、绿色环保等特点，成为解决城市交通问题的主要手段。2008 年以来，我国城市轨道交通进入高速发展时期，截至2019 年12 月31 日，我国内地累计有40 个城市开通城市轨道交通运营线路6 736.2 km。然而，我国城市轨道交通行业也面临着诸多考验，建设和运营企业消耗着巨大的人力、财力、物力，乘客对城市轨道交通服务水平提出了多样化要求，长时间、高强度的运营对城市轨道交通各系统设备设施的质量和技术含量也提出了更高要求，传统的城市轨道交通行业运作方式已经无法适应高质量发展的趋势。如何顺利完成城市轨道交通从高速发展向高质量发展的转变，解决其目前存在的智能化水平不足问题，成为行业探索的新课题。

为促进我国城市轨道交通行业的智能化发展和智慧城轨的有序建设，中国城市轨道交通协会于2020 年3 月发布《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》（以下简称《纲要》）。《纲要》作为城市轨道交通行业今后一个时期（2020 年—2035 年）制订智慧城市轨道交通（以下简称“智慧城轨”）相关技术政策、技术规范、发展规划和实施计划的指导性文件，其出台发布将有序推进智慧城轨建设，使之迎来一个崭新的历史发展机遇。

2 智慧城轨发展意义

智慧城轨发展的内涵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（AI）、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，以促进城市轨道交通建设、制造、调度、运营、服务、维修、救援等的智能化、智慧化，从而达到改善乘客出行体验、提升设备设施管理水平、提高企业运营管理能力的目标。

（1）改善乘客出行体验。智慧城轨可利用大数据，提供列车车次、车厢拥挤度、周边信息、交通换乘等实时信息查询服务，为乘客提供更为精准的“定制服务”；利用二维码、近距离无线通信（NFC）、电子身份证（eID）、生物识别等技术，提供多元化支付方式，促进城市公共交通体系内多种交通方式的高效衔接；利用智能摄像头、安检通道、AI 技术，完成对运动物体的检测、跟踪，以及对人员行为特征的智能判断分析，从而提升运营企业整体安防水平，保障乘客和列车运营的安全。

（2）提升设备设施管理水平。通过智能运维管理平台，实现设备在线监测、故障诊断、数据分析三大功能，实现设备运维模式从计划修向状态修的转变，大幅提升设备的运维可靠度；通过采用电子标签管理，可对设备、资产实行电子管理，防止由于人员手工输入造成的效率低、易差错等问题，实现设备、资产的全寿命周期管理。

（3）提高企业运营管理能力。借助大数据、智慧云等信息技术，城市轨道交通企业可进行高效、灵活的运营管理，从而促进资源的整合利用，降低运营成本；通过5G 技术，可对列车、设备运行状态及乘客动态数据进行实时采集、传输和监控，以便企业掌握相关信息，并据此进行合理、及时地调整；通过采用列车全自动运行系统，可优化运营组织架构，降低人为操作导致故障的概率，提高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、快慢线混跑、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。

3 智慧城轨主要应用现状

3.1 面向乘客服务的智慧城轨应用

3.1.1 互联网+AFC

传统的自动售检票（AFC）方式存在排队购票时间长、兑零不方便、乘客事务处理速度慢等问题，这也是乘客出行所关注的焦点问题。近年来，随着二维码、NFC、人脸识别等支付技术的不断完善，采用互联网+AFC 支付方式已经成为城市轨道交通发展的主要趋势之一。

3.1.2 智能客服系统

目前，国内城市轨道交通的乘客服务普遍采用人工客服的方式。这种服务方式的缺点在于：①占用大量的人力资源和培训资源；②服务人员的情绪容易受多方因素的干扰，从而影响其服务质量。而互联网、人工智能等技术的高速发展使机器具备了拟人操作的特性，因此新型乘客服务载体（如城市轨道交通门户网站、各类手机APP、公众号等）应运而生。智能客服系统让服务不再受到时间和空间的限制，可降低城市轨道交通企业的人力运营成本，提高其服务效率和质量。

3.1.3 人脸识别

由于生物识别技术具有唯一性、稳定性、防伪性、不可抵赖性等特征，相较于传统身份鉴定方法优势明显，因此在城市轨道交通行业应用生物识别技术将是必然趋势。目前，城市轨道交通运营中应用较为广泛的生物识别技术是人脸识别技术，可在AFC 设备和安保监控设备中引入该技术，实现“刷脸乘车”和“智慧安检”，缩短乘客的进站时间（图1）。

3.2 面向设备设施管理的智慧城轨应用

3.2.1 智能运维系统

城市轨道交通建设运营涉及的设备设施种类多、数量大、使用时间跨度长、维护工作量大。智能运维系统可有效集成物联网、云计算、大数据、移动互联网、AI等技术，并将其运用到城市轨道交通各系统设备的维护中，通过构建实时的动态信息服务体系，深度挖掘运维管理所需的相关数据，形成问题分析模型，实现资源配置的优化，以及业务决策、资源管理、辅助服务等能力的提升。

3.2.2 车站综合管理平台

城市轨道交通车站均为独立设置，涉及的设备众多。目前，车站级综合监控系统具备管理和监控环控、机电、通信等设备的基本能力，但仍需进一步优化。因此，应以车站综合监控系统为基础，建立车站综合管理平台，整合车站范围内的各类设备设施，进一步完善其功能，实现车站的自动化操作和智能化管理（如空气质量自动监测、通风系统自动调节等），从而大幅降低劳动成本，提高生产效率（图2）。

图1 地铁车站刷脸乘车

图2 西安地铁智慧车站综合运营管理平台

3.3 面向运营管理的智慧城轨应用

3.3.1 全自动运行系统

全自动运行系统能够完成列车自动唤醒、正常发车停站折返作业，以及火灾应急、障碍物检测等异常事件处理，可实现列车的全自动运行，具有提升运行组织灵活性、减少人为误操作、降低运营人员劳动强度等优势，关键技术包括列车控制技术、监测联动技术、故障处理技术、乘客管理技术等。目前，国内采用全自动运行系统的城市轨道交通线路有北京地铁燕房线、北京地铁大兴机场线和上海地铁10 号线。

3.3.2 智能客运组织系统

目前，国内城市轨道交通在编制运输计划和客运组织方案方面普遍采用人工模式，其在实践中暴露出缺乏灵活性和预判性的缺点。在人工智能技术发展的大背景下，可利用智能摄像头、AI 智能分析、深度学习等技术，实现对故障设备、人员行为、违规机械、客流趋势等的识别、分析和判断，为行车指挥、列车运行图的编制和仿真提供辅助决策依据。

3.3.3 BIM技术应用

BIM 技术是通过创建并利用数字化模型对建设工程项目的设计、建造和运营全过程进行管理和优化的技术，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点，它可使项目设计、建造、运营过程中的沟通和决策都在可视化的状态下进行。在城市轨道交通项目招投标和施工阶段，可以利用BIM 技术进行4D 模拟（3D 模型+时间），即根据施工组织模拟实际施工，从而确定合理的施工方案以指导施工，还可以进行5D 模拟（4D 模型+成本），以实现成本控制；在后期运营阶段，可以借助BIM 技术进行突发事件应急处置模拟（如地震人员逃生、消防人员疏散模拟等）。

4 智慧城轨发展存在问题及解决建议

4.1 存在问题

（1）核心技术自主化水平低，过度依赖进口技术及配件。目前，城市轨道交通智能设备的核心技术仍以引进为主，自主化、国产化水平较低，行业核心技术研究开发力度不足的问题较为严重。

（2）前期研究规划工作不完善，运营后期整改现象较为突出。多数城市轨道交通企业在前期规划阶段未充分规划和研究智慧城轨总体建设方案，线路开通后将运营视为智慧城轨建设的主战场，各类技改、整改现象尤为突出，不仅对正常的运营组织造成了较大的影响，而且使建设智慧城轨的成本大幅增加。

（3）对于乘客个人隐私保护的研究不深入。安全是对城市轨道交通运营企业的最基本要求，智慧城轨相关应用将存储大量的乘客隐私数据，尤其是二维码、刷脸乘车、智慧安检等项目的数据存储量较大。关于城市轨道运营企业在掌握如此海量数据的情况下，如何做好乘客个人隐私防护、确保数据安全的课题，在行业内目前研究尚不深入。

4.2 解决建议

（1）增强核心技术自主研发与应用能力。提升智能设备的自主研发制造能力，通过持续加大技术创新力度，扩大国产城市轨道交通技术装备的应用范围，解决进口设备维保困难、技术保密等问题，切实走出我国智慧城轨的国产化之路。推广全自动运行系统，建立兼容不同信号制式、不同线路设备的跨制式通用控制系统，解决各线路设备设施型号不统一问题，实现各系统、各制式间的互联互通。

（2）在规划阶段统筹研究部署智慧城轨建设。应本着“一次规划好、一次建设好、运营不整改”的原则，在线路规划阶段统筹考虑从建设到运营全过程的智慧化应用，聚焦前沿科技发展趋势，适当超前设计，提前考虑设备更新及土建改造预留问题，顺应发展需求，避免开通运营后整改致使成本过大的问题。

（3）建立乘客隐私数据的监管机制。建议政府层面统筹研究，加强顶层设计，建立政府主导的、以保护乘客隐私为目的的乘客隐私数据管理机制和规章制度，出台规范合理的乘客隐私数据安全防范体系，引导各城市轨道交通运营企业加强乘客隐私数据保护。

5 结语及展望

智慧城轨是信息时代发展的必然产物，在国家战略层面的引导下，必将成为城市轨道交通行业未来创新突破和蓬勃发展的主要方向。在未来，我国将从智慧乘客服务、智能运输组织、智能能源系统、智能列车运行、智能技术装备、智能基础设施、智能运维安全和智慧网络管理8 个方面出发，建成一个完备的智慧城轨产业链，从而推进我国智慧城轨的高速发展。这也将为城市轨道交通建设和运营企业带来显著效益：①随着智能服务和智能设备的出现，对人的需求将不断降低，站务、乘务、维修人员数量大幅缩减，人力成本大幅下降；②部分专业将会消失或融合，甚至重新划分，专业设置更为精简高效；③实现成本的优化，智慧城轨建设必将大量采用智能设备及软件，虽然初期建设成本较高，但综合考虑运营阶段的人员成本，相较于目前的建设、运营模式，仍然更经济。