国外智慧城市轨道交通发展状况及对我国的启示

文｜赵迪 丁波涛

随着我国城市化进程不断加快，我国城市化率已从1990年的26.4%快速上升到2019年的60.6%，而且预计2035年还将攀升到70%以上。日益增长的城市人口带来了巨大的城市交通压力，而轨道交通又是城市交通的重中之重。据中国城市轨道交通协会发布的报告，我国城市轨交系统2019年全年累计完成客运量237.1 亿人次，同比增长12.5%，总客运周转量为2003.1 亿人次，同比增长13.8%，城市轨交在运力、能耗、服务、安全等方面面临的压力不断加剧。要应对这一挑战，必须利用大数据、物联网、人工智能等技术构造新型智能轨交体系，提升服务质量、拓展交通运能、保障运行安全、促进绿色环保。

图1 智慧轨交的框架体系

国外智慧城市轨交发展状况

近年来，面对不断增长的交通运能压力以及日益严峻的社会安全威胁，世界各国都大力推进新兴数字技术在轨道交通中的应用，并形成了各具特色的智慧轨交体系。

1.洛杉矶智慧城市轨交发展状况

洛杉矶轨道交通系统在4752 平方英里范围内，服务超过980 万人，在整个城市的发展过程中起着重要作用。但随着城市人口增多以及技术设备老化，洛杉矶城市轨交也面临着诸多挑战。为此，洛杉矶城市轨交公司于2018年提出“Metro Version 2028”计划，旨在结合互联网发展与数字化进程，实现城市轨道交通智慧化，以全方位提高洛杉矶地区居民的生活质量。该计划由三个愿景组成，分别是：通过消除交通问题实现洛杉矶内个体、群体的共同繁荣；在洛杉矶任何一处均实现24 小时的快速、便利交通与换乘；创造更多高质量城市轨道交通选择。为实现以上愿景，其在城市轨道交通的智慧化方面做出了以下三方面努力：

（1）高质量的出行选择。致力于提高运输网络和资产设备的质量，并采取数字化方式实现对整个网络需求的智能管理。轨交公司发现不同区域内高质量交通的可获得性存在巨大差距，故采用数据挖掘技术寻找公共交通缺口最大的区域与居民群体，优先将服务和基础设施的投资分配至该地区。同时提高现存轨道交通网络的连续性与整体性，让乘客出行更加便捷。

（2）人性化的乘客服务。通过提高轨交系统安全性、便利度以及信息准确性，洛杉矶轨道交通系统极大提高了乘客满意度。在安全性方面，由技术、设备、人员共同构成的多层集成安全系统发挥着巨大作用，安全系统中的智能视频监控部分对列车内、车站中的场景进行实时抓拍传输，通过人工智能算法对该内容进行实时处理，对可疑人员进行重点观察，实现犯罪预防；在便利度方面，轨交公司开发了新型数字系统，通过数据分析挖掘客户隐形需求，在自然语言处理技术帮助下完成人机之间的二十四小时动态交互；在信息准确性方面，洛杉矶轨交公司与政府以及其他交通公司达成协议，简化信息共享流程，同时为列车配备新型数据系统，全面改善到达时间预测，为乘客提供及时准确的交通信息。

（3）智慧化的系统管控。洛杉矶轨道交通公司制定了一套完善的数据管理制度，改进现有数据管理系统，用以解决开放数据、数据存储以及数据保护问题。此外洛杉矶轨交公司还开发了数据开放门户，公众可以利用该门户获取轨交运行数据，对开放数据进行二次利用以促进发明创新。一般意义上轨交资产智慧管理对象包括列车、轨道以及车站相关设备等，但洛杉矶轨道交通公司把员工视为最重要资产之一。洛杉矶轨道交通公司采用新技术来改善设施维护人员和建筑工地工人的安全问题，包括全天候的施工、维修现场辅助视频监控系统，针对高危场景的智能化预防方案等，从而最大限度地保护员工的安全与权益。

2.欧盟智慧城市轨交发展状况

为了将先进技术加速集成到创新的轨道交通产品解决方案中，以提高欧洲轨道交通行业竞争力，欧盟于2014年6月成立欧洲轨道交通研究联盟机构——shift2rail，以对欧洲轨道交通进行技术革新与系统研发，实现整个欧盟内轨道交通的信息化与智慧化，目标是将欧洲轨道交通系统容量提高一倍，可靠性和服务质量提高50%，生命周期内成本降低一半。该机构计划从多个角度进行信息化与智慧化的创新，此处着重介绍以下三个方面：

（1）智慧管理与决策支持系统。一是发展抗干扰能力更强的车车通信、车轨通信系统，为此shift2rail 研发了一种安装于轨道旁的智能盒子，既能与设备控制中心以及路边其他轨交设备进行连接，同时可以与地区通信设备（无线电或者卫星等）连接，亦可与轨交列车中的智能盒子车载部分进行联动，完成数字信息与通讯信号间的即时、准确传递；二是运维智能化，轨交系统利用接口标准化以及可操作化的历史轨道交通大数据集进行场景分析与流量管理，构建相关知识图谱，结合列车实时状态与性能数据，提供智能故障应对方案、构建自动化的智能调度系统、实现列车辅助驾驶功能；三是基建智慧化，建设前利用大数据分析进行智慧规划，建设中与建成后利用BIM（建筑信息建模）技术，实现信息化平台对建设的全生命周期掌控管理，从而保证轨道交通建设的完整性与连续性，实现轨道交通更新换代时的低成本、高效率。

（2）智慧能源。欧盟将可持续发展观念嵌入到基础设施和车辆的设计、建造、运维中以减少能耗和碳排放，从而实现能源的绿色和智能使用。智慧化的列车承载量评估系统与线路侧储能充电技术（包括动态无线电能传输等），可以帮助轨交系统根据需要调节整个系统的能源分配。在智能电网方面，将新型的列车系统通过电网与智能能源供应商连接，最大限度提高可再生能源利用率，实现对电力的高效使用。

（3）智慧数据应用。利用物联网和人工智能技术对数据进行有效地捕获、存储与管理，保持数据从收集、分析以及解释、预测的连贯性与一致性，为顾客与轨交公司提供实时数据，以支持快速、科学的决策，改善顾客出行体验，提高公司业务收益。与此同时，构建稳健、弹性和安全的信息架构与治理体系，在数据利用以及共享过程中充分保护乘客隐私和数据安全，也是智慧数据应用的重中之重。

芬兰首都赫尔辛基是落实欧盟智能轨交理念的典型代表，其在推进城市交通智慧化建设过程中，基于以上三方面进行了创新性的探索。芬兰交通部提出以用户为中心，以ICT 应用为重要组成部分，集成运输数据、数字基础设施建设、物理运输基础建设，为用户提供“无缝的端到端”服务的“Move as a Service——MaaS”（出行即服务）理念，如图2所示。

为此，赫尔辛基成立了Maas Global 公司，并开发了名为Whim 的数字平台。通过该平台，用户可实时获取轨交列车的时刻表、路线、票务以及其他出行信息。结束一段轨道交通行程后，系统可以立刻与下一程公共交通或预付费出租车、自行车等进行无缝连接，通过交通状况最佳的路线将乘客送至目的地。在支付方面，用户也无需分别进行查询、预定、支付联运的每种交通方式，而是直接选择会员制按月套餐支付，或根据自己行程进行整体的按需支付，该方式对不擅长使用智能设备的人群尤其方便。

启示与思考

相比国外来说，我国轨交智慧化更加注重技术创新，同时具备后发优势，在网络通信、自动控制等方面走在世界前列，但在智慧轨交规划的整体性和连续性以及人文社会层面的“智慧化”等方面，与国外先进水平仍有一定差距。国外城市发展智慧轨交中的一些经验，值得我国借鉴。

1.注重整体规划

轨道交通建设具有较长周期，利用数字化手段加强整体规划，促进各环节的衔接，对于控制建设成本、缩短建设周期和保障建设质量都具有重要意义。欧盟在轨道交通基础设施建设阶段明确提出整体性规划的概念，通过BIM技术与物联网、地理信息系统、3D 扫描、3D打印技术的深度结合，实现建设、检修、维护的完整生命周期解决方案。我国在城市轨道交通的智慧化过程中，要积极利用数字技术建立轨交的全生命周期管理体系，打通建设、运行、维护以及改造升级等环节，减少不必要的资金、人力、材料及能源损耗，促进轨交资产利用最大化。

图2:“出行即服务”理念图

2.注重以人为本

城市轨交的服务对象是乘客，乘客体验是轨交智慧化创新中的重要内容。借鉴芬兰在城市交通智慧化过程中提出的“Maas（出行即服务）”理念以及洛杉矶的城市轨交智慧化经验，我国各城市的轨交公司要更加重注提升乘客体验而不是仅提供轨交服务，应建立以用户为中心的新理念，在从起点到目的地的过程中，实现乘客与轨交设施、乘运服务之间的动态交互，为乘客出行提供从出发地到目的地的完整解决方案；同时轨交公司也应当关注公司员工的权益保护，积极运用数字技术改善员工工作环境、加强一线工人的安全防护，才能激发其积极性与创造性。

3.注重绿色发展

无论是美国还是欧盟，都将清洁能源利用、温室气体减排当作轨道交通智慧化的一个重要组成部分。欧盟轨道交通智慧能源系统虽然暂时提高了列车运营成本，但在提升清洁能源的利用率以及温室气体的减排方面都卓有成效。在我国，虽然也有提到通过推广电能质量优化控制技术，研发可再生能源等方式来提高轨道交通能源利用率，但总的来说重视程度仍然不够。除了从技术上实现绿色环保以外，更要从顶层思想上明确绿色环保的重要地位，平衡经济效益与绿色环保二者之间关系，为能源智慧化应用提供更强劲的动力。

4.注重人文关怀

洛杉矶的城市轨交建设体现着人文关怀以及对社会责任的承担，其并不以经济效益为第一目标，而是大力发展欠发达区域的轨交建设，以促进洛杉矶地区的整体协调发展。未来我国城市轨道交通智慧化过程中也应注重人文关怀与社会责任，在作为公共运输手段的同时，轨交系统也要扮演区域交通枢纽、区域商业娱乐中心、区域文化中心的角色，为各类人群提供丰富多彩的服务。