[分享]北京“智慧地铁”创新发展的探索与实践

导读 ID：RailWorld

北京“智慧地铁”创新发展的探索与实践 | 技术交流

《铁路通信信号工程技术》2020年第三期

文章编号：1673-4440(2020)03-0077-06

北京市基础设施投资有限公司 吴 昊

1 “智慧地铁”的发展背景

党的十九大对建设网络强国、数字中国、智慧社会作出重大战略部署，提出推动大数据、物联网、人工智能和实体经济深度融合，在创新引领、绿色低碳、共享经济等领域培育新增长点、形成新动能，明确提出建设“智慧社会”。根据北京市委、市政府工作部署，当前和今后一段时间，北京市主要工作任务包括：着力抓好组织实施新总规、疏解非首都功能推动京津冀协同发展、全力筹办好冬奥会“三件大事”，建设“四个中心”、“国际一流的和谐宜居之都”。

轨道交通的智慧化，是促进轨道交通与城市发展有机结合的有力抓手，对于实现城市的可持续发展具有非常重要的意义。北京“智慧地铁”致力于打造面向乘客、面向服务的智慧地铁，有助于加强轨道交通技术创新引领，进一步提升北京轨道交通行业服务管理水平，实现北京轨道交通高质量发展，推进智慧轨道交通产业布局。

2 北京轨道交通智慧化的现状及问题分析

经过50年的发展，截止2018年底，北京轨道交通已建成线路22条，运营里程636.8 km。工作日日均客运量超过一千万人次，客流量全国排名第一，高峰在线车组720列，走行公里176万km，承担每日公共交通50%以上的乘客出行任务，成为市民出行首选的公共交通方式。目前北京轨道交通进入快速建设期，北京轨道交通在建及规划建设线路里程位列全国第一，已经进入信息化、多制式轨道交通的运营阶段，网络化集中管理需求显著。北京轨道交通的建设进程中，伴随着既有线路设备老化等问题，新建线路和既有线改造线路工程同时开展、同步进行。随着城市经济水平的快速发展，市民对城市交通的出行需求也体现出差异化，供需矛盾日益突出，“公交慢、地铁挤、开车堵”等问题日益突出。北京轨道交通目前存在着整体发展不均衡、不充分的突出问题，在乘客服务、调度指挥、运营组织、管理模式等方面存在一系列问题亟待解决。

一是目前虽已在前端运营上实现了网络化运营，但尚未全面建立起“以人为本”的服务管理理念，服务设施智慧化程度不高，与轨道交通的快速发展和乘客日益增长的需求不相匹配，各个运营、建设主体“各自为战”，未形成统一的乘客服务体系，缺乏合力。

二是目前虽已建立路网级调度指挥中心，但尚未建立起“以乘客为中心”的调度指挥及运营管理理念，缺乏主动识别风险隐患的手段，行车与客流匹配的数据分析支撑不足，行车组织灵活调整能力需进一步提升。

三是尚未建立起“全网一体化管控”的设备系统管理理念，缺乏设备状态感知和故障预警的技术手段，对关键设备设施全生命周期的监测管理能力不足，未形成设备管理、运维的综合管理体系。不同线路业务系统未形成统一的技术标准，功能需求互不相同，导致建设成本居高不下。

四是在建设初期采用一线一批，一批一建的方式，信息系统随用随建，缺少统筹规划，存在信息孤岛严重、基础设施分散、网络资源浪费等问题；业务应用缺乏统一部署、数据缺乏集中管理。

五是北京轨道交通存在多家建设、运营主体，产业环境与国内其他城市存在差异，缺乏科研开发、装备制造、建设实施、运营管理的统筹考虑，亟待建立产业全链条整合机制，提升协同创新能力。

3 北京“智慧地铁”发展的原则和目标

基于智能轨道交通系统实现对轨道交通运输体系中各种要素——如人、车辆及设备设施、环境等——进行全面感知、泛在互联、协同运行，利用物联网、大数据、云计算、移动终端、社交网络等新一代信息技术，结合人工智能、知识工程技术等，建设具有一定自组织能力、判断能力、创新能力、持续进化的先进轨道交通，打造——倚“脸”出行、依“人”运营、以“云”支撑、一“脑”决策的首都“智慧化名片”，使北京轨道交通成为国际一流、国内领先的智慧轨道交通。

3.1 发展原则

3.1.1 坚持导向、创新引领

坚持“以人为本”的“价值导向”， 基于“问题导向”与“目标导向” 结合，以“满足人民群众美好出行需求，实现北京城市轨道交通高质量发展”为目标，找准痛点、断点、梗阻点，明确途径和方法，全面推动智慧地铁建设。充分考虑“大、云、物、移、智”等先进信息技术，规划可扩展的智慧化体系架构，灵活支撑业务和管理发展，兼顾近期建设线路的可实施性；大力支持自主创新，着力提升创新成果转化率。

3.1.2 统筹谋划、协同推进

立足“京津冀”国家战略，着眼首都发展大局和轨道交通行业发展全局，开展顶层设计，实现全行业高质量发展，为进一步实现区域协同的先进轨道交通打下基础。根据主要目标和重点任务，制定和完善相关配套政策措施，统筹协调推进智慧地铁行动，确保“智慧地铁”顺利实施。

3.1.3 统一标准、分期实施

统一智慧化标准体系框架，包括应用、互联互通、信息安全、管理运行等标准，完善北京轨道交通行业智慧化相关标准及规范，保障建设和管理合理有序。考虑北京市轨道交通建设整体布局和投资规划，结合新建线、既有线改造进程，按照急用先行、由点逐面的原则确定实施路线。

3.2 发展目标

打造基于多系统融合的全出行链智慧乘客服务、基于多维感知的智能车辆/设备运行、基于物联网技术的多专业综合精准智能车辆/设备维护、以项目管理为核心的智慧建设、涵盖列控系统、车辆装备的智慧制造的5类智慧地铁应用体系。建设覆盖指挥中心、新建线、在建线、既有线改造的4类智慧地铁示范工程。构建轨道交通行业数据中心、行业云平台、基础承载网3类智慧地铁基础平台。最终形成涵盖应用、基础支撑、信息安全等方面的一套智慧地铁标准体系。

4 北京“智慧地铁”的总体构想

打造一张北京智慧轨道交通蓝图，通过运行状态监测、视频图像监测、故障预警监测等信息采集的全覆盖，从“人、机、环”3个方面实现感知，依托有线承载网、无线接入网为各智慧应用提供数据传输通道，建设基于云架构的轨道交通数据中心，实现轨道交通各种大数据的分析和挖掘，打造智慧乘客服务，智能车辆/设备运行，智能车辆/设备维护，智慧建设，智慧制造5类应用，建设涵盖规划建设、运营调度、资产维修维护、安全保障全链条的集态势感知、辅助决策、调度指挥为一体的智慧轨道交通大脑，如图1所示。

4.1 智慧地铁功能应用示范

4.1.1 智慧乘客服务

通过整合轨道交通行业内各个信息服务渠道，搭建路网统一、多维度的乘客服务平台，为乘客提供全出行链的便捷服务及增值服务，为调度指挥管理提供有力的数据支撑，对行业实施有效的监督及评价，形成政府及行业协同的服务链条，打造便捷的智慧乘客服务，实现基于多系统融合的全出行链智慧乘客服务应用体系。

4.1.2 智能车辆/设备运行

通过对乘客的状态感知，实现客流预测及监视，并对乘客进行诱导信息发布；升级路网调度指挥中心，接入客流数据，通过多维度显示行车、客流等信息实现路网全貌监视；通过预测客流定制行车组织方案，实现列车编组灵活调整以及基于互联互通的跨线运营，提升客流与运能的匹配能力；建立路网级设备管控中心，对关键设备集中监视、全程管控；研究单专业多线路管控（MSCADA、MFAS、MBAS）模式，形成高效应急处置统一调度，实现提质增效，打造基于多维感知的智能车辆/设备运行应用体系。

4.1.3 智能车辆/设备维修

建设企业级维护平台，整合运维信息，通过大数据分析，不断优化运维资源配置，提升维修维护过程中的管控能力，支撑从“计划修”、“故障修”向“状态修”、“预测修”转变，实现维修维护过程可管可控；建立列车智能维护系统，对列车关键设备状态实时监测诊断及预警；将设备状态信息与资产信息的实时关联，确保账实相符，打造基于物联网技术的多专业综合精准智能车辆/设备维护应用体系。

4.1.4 智慧建设

以工序分解、进度控制为主线，投资管控为基础，施工管理为根本，调试移交管理为目标，质量安全管理为导向，实现对建设期合同、资产、安全、项目计划、进度、投资、质量等与项目管理相关的信息化管理体系，打造以项目管理为核心的智慧建设应用体系。

4.1.5 智慧制造

建设基于5G技术车车通信的列控系统，提高列车运行效率，提升系统可靠性，减少设备配置；新建轨道环境主动感知系统，对轨道运行区域入侵障碍物进行识别，实现主动预警和及时应对处置；新建车内环境智能控制系统，对车厢内广播音量、温湿度、照度等智能调节，提升乘客的乘坐舒适度，打造涵盖列控系统、车辆装备的智慧制造应用体系。

4.2  智慧地铁基础平台

4.2.1  轨道交通数据中心

统筹轨道交通数据，建设轨道交通行业数据中心，实现轨道交通各种大数据的全面采集和有机整合，在一个平台上同时为政府部门提供交通行政监管与科学决策服务、为轨道交通相关企业提供数据共享并提供相关数据应用服务、为乘客提供轨道交通信息和多元个性化服务、为其他交通业务应用提供一体化数据支撑。

4.2.2 轨道交通云平台

统一建设轨道交通云平台，最大限度优化利用资源，发挥信息化基础设施效能。云平台向各业务应用提供计算资源、存储资源、网络资源、完善的安全防护及上述资源相关的运行维护等服务。云平台系统安全架构采用安全生产网、内部管理网、外部服务网3网体系结构，实现“网间隔离、网内防护”的统一防护。

4.2.3 基础承载网

优化轨道交通有线承载网及无线承载网，为各智慧应用提供数据传输通道，综合承载涉安及非涉安业务，保证列车控制信息、乘客服务信息、车载视频图像的下发和上传，并研究5G技术在轨道交通中的业务应用。

4.3  智慧地铁工程示范应用

依托新建线路工程，实现对智慧乘客服务、智能车辆/设备运行、智能车辆/设备维护等方面全方位智慧化工程示范应用；依托改造线路工程，实现智能车辆/设备维护等方面的部分智慧化升级工程示范应用；依托指挥中心升级工程完成智慧地铁路网级示范，对乘客、车辆运行、设备运转、车站设施、网络安全等状态全面感知，建设数据中心、云平台、基础承载网络3类智慧地铁基础平台，构建多模式、全覆盖的智慧地铁统一管理体系。

4.4  智慧地铁标准体系

统一应用标准、基础平台标准、信息安全标准等标准体系，形成一套智慧轨道交通标准体系，支撑智慧地铁相关业务有序发展。

5 预期效果及效益分析

通过对乘客沟通、乘客感知及指引、乘客宣传、智能安检及售检票等方面的能力提升，为乘客提供多系统融合的全出行链智慧乘客服务系统，提升轨道交通服务能力，增强乘客获得感。通过多线路行车调度共用大屏、成网设备调度集中、各线机房集中设置，实现未来线路的调度指挥整合，调度管理集约化，提质增效。通过整合和运用分析运维信息，不断优化运维资源配置，支撑维修从“计划修”、“故障修”向“状态修”、“预测修”的转变。通过车车通信、列车灵活编组等新技术手段的应用，提高列车运行效率、提升系统可靠性。通过搭建轨道交通行业云平台，提高资源利用率，提高设备稳定性和可靠性。通过建设轨道交通行业数据中心，整合轨道交通行业数据，实现统一数据服务，为多元化乘客服务提供数据支撑。

同时，通过对“智慧地铁”的创新发展探索及实践，集中轨道交通行业投资规划、建设、运营管理企业、设计院、科研院所、高等院校、装备制造企业的核心技术资源，构建优势互补、资源共享的协同创新机制，协调产、学、研、用等资源，统筹推进北京轨道交通的技术创新发展，提高装备制造产业自主创新能力，推动创新应用成果转化及落地，促进行业装备制造产业升级，提升行业核心竞争力。

6 结束语

本文基于对轨道交通全生命周期各项业务需求的研究分析，以北京“智慧地铁”为例，提出智慧乘客服务、智能车辆/设备运行、智能车辆/设备维修、智慧建设、智慧制造5类智慧地铁应用体系，建设覆盖指挥中心、新建线、在建线、既有线改造的4类智慧地铁示范工程。构建轨道交通行业数据中心、行业云平台、基础承载网3类智慧地铁基础平台。最终形成涵盖应用、基础支撑、信息安全等方面的一套智慧地铁标准体系的“5431”的北京智慧轨道交通蓝图，满足轨道交通各类业务应用及创新发展的要求，体现了先进技术水平，对轨道交通智慧化建设具有较好的参考和借鉴价值，对于智慧轨道交通规划、建设、实施具有比较大的现实指导意义。