軌道交通的數字化轉型：行業中的改革

文/曾淑儀，國際公共交通聯會 （UITP）亞太區執行總監

Jaspal Singh，國際公共交通聯會 （UITP）信息技術與發展高級專家

公共交通在過去十年中經歷了許多變革，城市交通則發生了巨變。數字化創新為我們的生活和出行方式帶來了許多令人興奮的改變。數字化發展迅速，信息技術的每一項進展、每一次進步、每一段旅程，都使我們的工作方法更加以人為本，這也是信息技術行業需要保持的方向。

數字化是全球商業和人們日常生活中不斷發展的重要趨勢，是指組織、行業或國家采用或更多地應用數字和計算機技術。換言之，數字化代表運用數字技術來提高處理效率，降低總成本，提高生產率（如運營和維護），建立新的商業模式，以及帶來新的收入和增值機會。數字化是一個逐步進入數字商業模式的過程。

改變科技格局

技術不斷加速進步，顯而易見，公共交通已經從新的數字發展中獲益匪淺。新興技術也開始影響公共交通行業。國際公共交通聯會(UITP)認為公共交通是由人創造的，這些變化是由人主導的。因此，為確保充分發揮數字化的潛力，更好地滿足乘客需求，我們必須引領潮流。

智能手機加快了人們對技術的采納應用，5G網絡也將為此過程帶來飛速發展。乘客期望的是無縫的旅行體驗和實時信息。運用互聯傳感器和診斷工具、大數據分析、物聯網(IoT)、機器學習和人工智能(AI)等先進技術，公共交通行業可以智快速地從數據中解讀出有用的信息。這將使在業務活動（規劃、運營和維護）中提高資產可用性和成本效益的方式發生根本轉變。

數字軌道

軌道交通行業的技術應用非常迅速。過去二十年中，全球的運輸公司應用新技術為乘客帶來更舒適的出行體驗。地鐵和其他主要公共交通系統已從簡單的公共交通服務，發展成為綜合性的公共交通提供商。這些公共交通系統不僅能將乘客送往目的地，還將繼續擁抱數字化發展，提供保安、客戶服務、運營支持等服務。

乘客對真實信息的需求不斷增長，出行數據也變得更加個性化、可識別和可預測，從而帶動出現了一批以自動化、人工智能解決方案為支撐的新技術，進而推動以下領域的發展：智能車站、智能出行、智能運營、智能維護。

本文討論軌道交通行業數字化的5大趨勢：軌道運營數字化、資產維護數字化、基礎設施維護數字化、控制與信號系統數字化、客戶體驗數字化，具體內容如下：

1.軌道運營數字化

軌道運營數字化不僅能夠提高車站工作人員、司機、中層管理人員和運營人員的效率和生產力，還可以為運營人員提供屏幕滾動警告、中央化交通管制、軌道圖等實時信息。

馬德里地鐵已經開始對公司運營進行數字化。該公司開展了一個范圍廣泛的大型跨部門項目。項目由線路運營管理部門負責協調，同時還考慮了客戶意見和內部員工的愿景。2018年至今，項目一直保持全面運轉，經歷了幾個不同的階段，涵蓋以下領域：供車站人員使用的平板電腦、檢查車站設施的數字化流程、供運輸人員使用的平板電腦、前端信息數字化顯示器、操作人員數字化時間記錄、數字化運行文檔資源庫。

馬德里地鐵運營數字化的大型項目已經使內外部客戶直接獲益。

·外部客戶：減少紙張消耗，降低環境影響；改進設施內事故定位和監控等管理流程；提供實時路線信息，包括故障、事件、旅游點以及地鐵沿線其他交通形式的換乘信息；改進客戶溝通。

·內部客戶：改進內部程序和咨詢工作的響應性和可靠性；更好地整合不同系統的信息，更有效地執行任務；提供各種內部通信渠道；使最新信息和文件易于獲取；降低工作場所的社會心理風險；減少手動數據處理相關錯誤。

2.資產維護數字化

除了系統的設計、獲取、運行和停運外，有效的維護也是整體資產管理策略和指導方針的關鍵部分。數字化顛覆了軌道交通行業中所有的傳統資產維護活動，旨在維護資產的全面數字化部署，最終將為構建安全可靠的系統鋪平道路。

通過采用適當的數字化轉型策略，公共交通運營商可以在減少部分成本，提高服務質量和可靠性，并最大化利用實物資產。

通過能夠學習、診斷現有問題，并基于歷史數據分析預測未來可能故障的維護系統，軌道運輸行業可望實現更智能的資產管理。這類維護系統還應能夠制定相應的維護補救措施。

視情維護策略和問題預測指導方針是優化：有效的資產管理決策，及時識別未來的可能故障，提高資產可用性，以及提高可維護性的關鍵和必要工具。為實現上述目標，應達到以下4個主要要求，即準確識別維護故障、精確校準傳感器、準確評估故障原因和趨勢、制定有效的減損措施和預防策略。

西門子與ST Engineering Electronics公司合作開發并應用軌道交通企業資產管理系統 (REAMS)，是一套數字化資產管理解決方案，具備充分的數據分析能力和專業知識。新加坡市區線（共92輛列車，34站）已經引進了REAMS系統，新加坡其他地鐵線路也考慮未來加入這一項目。

軌道車輛狀態自動監測系統。智能監測和監控系統正在改變公共交通運營商管理各類風險、入侵、軌道交叉口和駕駛員行為的方式。得益于安全、性能和可靠性方面的不斷改進，公共交通行業已經規劃、安裝越來越多的監測和監控系統。許多地鐵運營商或是將收集的數字數據存儲在本地服務器上，或是將其集成到主要公司的信息技術(IT)系統中。為滿足自身的特殊要求，許多地鐵公司都有定制的軌道車輛狀態監測軟件。

UITP軌道車輛分委會進行的一項研究表明，大多數地鐵運營商并不使用原始設備制造商 (OEM)/供應商，而是自行維護設備。盡管認為監測系統相當可靠，在系統無法正常工作時，地鐵運營商仍然傾向于進行手動檢查。要使地鐵運營商完全采用監測系統，還需要提高地鐵運營商對這項技術及其可靠性的信心。

軌道車輛狀態監測系統的主要優缺點如下：

?維護：優化、自動化、勞動力減少、危機預測。

?服務可用性：最大限度地減少服務故障，減少事故和停運時間。

?質量信息：進一步了解軌道車輛的狀況，提供調查數據、問題指標預測。

不利因素及初步減損建議：

?供應商：地鐵運營商通常面臨缺乏原始設備制造商的支持、復雜的驗證，以及維護培訓等問題。在最終決定安裝自動監測系統之前，最好與所有利益相關方共同商討，使其充分了解要求和可能的限制條件。同時，監測系統的供應商只能是具有可靠成績的企業。

?設備：有些監測系統很難集成到主要IT系統中，還有可能有操作條件方面的限制，需要由技術高超的人員來維修和維護。系統硬軟件最好能支持個性化設置。采購合同應明確指出系統可用性、測量精度、使用條件和維護責任方面的系統要求。

?服務質量：有些系統并不可靠，會出現檢測錯誤等問題。公共交通企業還需要一些時間才能對監測系統的可靠性更有信心。集成監測系統與主要IT系統可能有助于公共交通企業找到最佳的檢測和數據訪問位置。數據規模、使用方法、數據安全和數據訪問等數據管理問題以及數據轉換的特殊技能也是重要的考慮因素。

3.基礎設施維護數字化

在軌道基礎設施維護方面，物聯網、傳感器和設備的應用為問題/損壞檢測、預防性維護和協調其他系統、政府機構、物流供應商和運輸模式引入了新方式。最近，公共交通運營商和系統供應商共同發起了許多數字化應用，以期提高系統安全性，降低維護成本，優化資產可用性、問題檢測和減損策略。

①日本鐵道技術研究所引入人工智能技術檢測隧道裂

②為盡可能減少人工檢查工作，倫敦交通局 (TfL) 嘗試通過人工智能視頻分析檢查軌道緊固件

一些國家的地鐵運營商已經開始利用客運列車收集軌道沿線的設備信息，并在維護中心進一步評估收集得來的設備信息。這一舉措不僅提高了設備檢查的頻率和效率，還降低了夜間的維護和維修成本。

新加坡大眾捷運系統 (SMRT) 運營商過去曾依靠耗時費力且數據密集的框架來規劃和完成故障檢修工作，以達到可接受的軌道條件。目前，這家公司正與Bentley軟件公司合作開發一套高度自動化的預見性決策支持系統 (PDSS)，用于提高規劃線路大修等維護活動的效率。該系統為維護團隊提供了支持最佳決策的先進數據處理和可視化能力，其中包括：

·識別需頻繁采取故障檢修措施的區域。

·確定維護任務的優先次序。

?量化評估資產健康。

?分析資產健康數據，發現未來問題的前兆。

PDSS系統還可實現主動維護。計劃任務（如數據收集、現場測量和任務優先級排序）過去每天需要花費數小時，現在已完全實現自動化，大大降低人為錯誤的風險。如此一來，SMRT 現在得以重點關注嚴重的軌道缺陷和潛在的老化軌道問題。PDSS 系統同時提供了數據的完全、無限制訪問權限，還支持視情鋼軌更換計劃，預計將減少每年需更換的鋼軌總長度。

智能識別技術應用在地鐵站中日漸普遍，這不僅體現在票務系統方面，也體現在提高安全性和改進維護工作方面。在車站列車維護方面，亞洲一些地鐵公司已經在維修中心安裝了固定圖像探測器，并讓機器人在進行手動維修之前快速掃描列車部件。

4.控制與信號系統數字化

數字化控制與信號系統可以大幅提高鐵路運營的可靠性和性能。從基礎設施資產管理的角度來看，數字化控制與信號系統還將淘汰過時的鐵路信號箱和笨重的銅線。以下是有關控制與信號系統數字化的幾個例子：

德國鐵路路網股份公司是德國聯邦鐵路公司旗下一家主要子公司，德國鐵路系統的大部分均歸該公司所有，由該公司運營。通過“數字控制命令與信號技術”研究項目，德國鐵路路網股份公司對其列車控制系統進行了數字化，為未來做準備。

5.客戶體驗數字化

客戶體驗日益成為軌道交通運營商的關鍵話題。乘客要求獲得更好的服務和實時信息。乘客期望變化得越來越快，新的出行方式提供商進入行業，使競爭愈加激烈。為與時俱進，軌道交通企業必須采用新技術，提供數字體驗。軌道交通企業應將乘客作為體驗的中心，可以借助技術來改善乘客體驗和提高乘客忠誠度。

在新冠肺炎疫情期間采用客流系統管理火車站的擁擠程度就是最近的例子，下圖展示的是如何利用不同技術，基于物聯網傳感器和人工智能進行車輛、車站客流分析。

利用人工智能應用與乘客進行數字通信。人工智能對從先進技術生成的數據中發現規律，并將規律聯系起來起到至關重要的作用。人工智能在火車站客戶支持中心的普及率已經顯著提高。軌道交通中最常見的人工智能應用包括：客戶分析、實時運營管理、智能票務系統、預見性維護、調度與時間安排、多式聯運計劃工具。

歐洲經驗：過去七八年間，歐洲鐵路在實現與車站和站點乘客的透明化通信方面取得了矚目的進展。相關服務包括：信息量更大且更容易使用的網站、運行車輛相關實時信息、購票服務、車載信息娛樂服務、動態乘客及時刻表信息。許多鐵路運營商已經在車上為乘客提供互聯網多媒體門戶網站。奧地利聯邦鐵路公司(?BB)通過朗朗上口的口號吸引乘客選擇其鐵路服務。在德國，鐵路乘客可以在超過135個車站的德國聯邦鐵路公司(DB)休息室以及城際快車(ICE)上網。

機器人越來越多地在世界各地提供客戶服務，有助于解決包括員工要求、語言問題和實時客戶分析在內的諸多挑戰。

日本經驗：東日本鐵路公司利用自然語言處理(NLP) 和模式識別技術在東京開發并部署了交流機器人。這臺多語種人形機器人能夠回答有關公共交通系統、附近設施和觀光活動的問題。機器人的輸入數據含超過200個常見問題及其答案，數據通過采訪旅行和商業“客戶服務”人員得到。這臺交流機器人可以減少車站“客戶服務”人員被咨詢的次數。

數字化轉型過渡期間的挑戰

數字化帶來的挑戰包括：

?技術挑戰：傳輸和通信帶寬、數據準確性、網絡安全、標準不一致、標準過時。

?商業挑戰：供應鏈碎片化、數據治理與管理、保修服務、專有軟件。

?經濟/商業案例：初始投資和維護成本高。

?組織和人力資源：對管理和企業文化的影響，對 IT 維護技能的要求。

?法律法規：受到安全部門/公共交通運營商/保險公司的抵制以及復雜招標要求對技術開發的阻礙。

結論

互聯網和數字技術的興起正在重塑行業觀念，引領創新趨勢，深刻影響城市軌道交通的方方面面。

數字發展為軌道運營帶來了獨特機遇，有望成為向更環保、更可持續的公共交通模式轉型不可或缺的一部分。軌道交通行業的數字化能提高鐵路系統的性能、競爭力、安全和安保，數字化解決方案還可以提高軌道交通運營的效率和成本效益。大多數軌道交通運營商都清楚如何借助數字技術的力量來節約成本，改進服務，發展更智能的基礎設施，提供更好的乘客體驗。重要的是，運營商應認真考慮有關隱私、監管安全、數據和專有系統所有權、公眾可接受性、就業影響以及擱淺資產投資的問題。