中國城市軌道交通數(shù)字化轉型的發(fā)展與展望

文：李中浩丨中國城市軌道交通協(xié)會專家與學術委員會副主任

在中國，城市軌道交通正在經(jīng)歷從高速發(fā)展到高質(zhì)量發(fā)展的轉變，正積極建設一個網(wǎng)絡化、智能化與綠色化的城市軌道交通系統(tǒng)。2022華為全球軌道峰會上，中國軌道交通協(xié)會專家與學術委員會副主任李中浩分享了中國城市軌道交通數(shù)字化轉型的發(fā)展藍圖與實施規(guī)劃。

一、數(shù)字化轉型背景

近年來，中國城市軌道交通發(fā)展非常迅速。2020年是發(fā)展模式的轉變之年，中國把城軌發(fā)展的重心從快速發(fā)展轉移到高質(zhì)量發(fā)展（圖1）。快速發(fā)展的重心在建設更多的地鐵，在建設的同時改善管理；而高質(zhì)量發(fā)展的重心在實現(xiàn)最佳運輸效果。城市軌道交通的發(fā)展目標轉變?yōu)樵诰W(wǎng)絡化的前提下，建設更加智能智慧、綠色環(huán)保的城市軌道交通。

從2021到2025年，城市軌道交通發(fā)展聚焦于網(wǎng)絡化發(fā)展、數(shù)字化轉型、綠色環(huán)保，以及經(jīng)濟、便捷、高效。在路網(wǎng)層面，覆蓋了各種制式的軌道交通，比如市域快軌、地鐵、跨座式單軌、輕軌、云巴、智軌等；在運營層面，要求城市軌道交通增強安全性，提高抵御自然災害和大事故的能力。

二、數(shù)字化轉型發(fā)展藍圖

中國在自主化、智慧化、綠色化的道路上發(fā)展，需要發(fā)布一系列官方文件協(xié)調(diào)實施。

一是智慧化方面的發(fā)展。中國城市軌道交通協(xié)會于2020年3月12日發(fā)布的《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》（以下簡稱：《智慧城軌發(fā)展綱要》）是智慧城軌發(fā)展方面的大綱，是數(shù)字化轉型在城軌領域的實施綱領。這份文件指導了全行業(yè)在維持經(jīng)濟增長條件下進行智慧城軌的建設。智慧城軌建設將“應用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、衛(wèi)星通信、區(qū)塊鏈等新興信息技術，全面感知、深度互聯(lián)和智能融合乘客、設施、設備、環(huán)境等實體信息，經(jīng)自主進化，創(chuàng)新服務、運營、建設管理模式，構建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟的新一代中國式智慧型城市軌道交通”。基于此目的，《智慧城軌發(fā)展綱要》發(fā)布了“1-8-1-1”智慧城軌的發(fā)展藍圖。第一個“1”，是指用一張藍圖指導發(fā)展智慧城軌；第二個“8”是指八個智慧城軌的應用體系，涵蓋了智慧乘客服務、運輸組織、綠色能源、列車運行、技術裝備、基礎結構、運維管理和安全和線網(wǎng)管理等；第三個“1”，是指是指統(tǒng)一的城軌云和大數(shù)據(jù)平臺；最后一個“1”是指統(tǒng)一的技術標準體系。

二是綠色城軌方面的發(fā)展。目前，中國城市軌道交通協(xié)會研究的《中國城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動方案》（已經(jīng)在協(xié)會理事單位公開征求意見，擇日發(fā)布）指出，綠色城軌將致力于城軌交通全產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)和全生命周期各個階段最大限度地降低能耗，減少二氧化碳排放；最大幅度地提升能效和資源利用率，提高運輸效率效益；最大可能地采用清潔能源，推動用能結構轉換；最大程度地促進與城市協(xié)調(diào)發(fā)展，優(yōu)化綠色出行，環(huán)環(huán)相扣，綠色轉型，構建低碳排、高效能、大客流的新一代中國式綠色化城市軌道交通。基于此，中國城市軌道交通協(xié)會提出了涵蓋城軌運營全生命周期和城軌建設全產(chǎn)業(yè)鏈的六大綠色行動方案：一是為了落實實施環(huán)境保護具體政策的復雜的先行計劃；二是使用先進的技術提升能源效率和減少碳排放；三是積極提高公共交通的出行率，降低總能耗；四是使用清潔能源的計劃；五是裝備供應商生產(chǎn)更多的綠色裝備，并將生態(tài)理念貫穿于產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程；六是用以上的所有措施，用綠色轉型去轉變城軌發(fā)展形態(tài)。

三、數(shù)字化轉型實施規(guī)劃

從2021年到2025年，中國將建設近5000公里新的城軌線路，每年在城市軌道交通建設上的投資將超過5000億元；至2021年底，中國已經(jīng)擁有了8448公里城軌線路。

依據(jù)智慧城軌“1-8-1-1”發(fā)展藍圖，城軌云可承載所有的城軌業(yè)務和城軌制式。中國從傳統(tǒng)的單個業(yè)務系統(tǒng)建設轉變到建設統(tǒng)一的多功能平臺。新的平臺承載了線路建設、運營管理、安全保護、旅客服務等全部運輸業(yè)務。運輸企業(yè)的企業(yè)管理、建設管理、資產(chǎn)管理也由這個平臺承載。另外，這個平臺還可以集成不同制式的城市軌道交通，如輕軌、單軌、膠輪系和鋼輪系的電車。將來，我們還可以將其連接至其他交通系統(tǒng)，如公路交通、航空、快捷物流、共享單車、公共汽車，甚至發(fā)展成智慧交通。

建設承載所有業(yè)務的數(shù)字化平臺，需要分步實施，首先需要從獨立的線路轉變成互聯(lián)互通的線路，然后再從互聯(lián)互通的線路過度到智慧運輸。在發(fā)展過程中，用標準來指導和引領是必須的。

在獨立運行的階段，中國發(fā)布了LTE-M系列標準；在互聯(lián)互通階段，中國發(fā)布了基于城軌云的系列標準；可以預見將來還需要發(fā)布更多標準，來適應智慧運行和大數(shù)據(jù)驅動的運用場合。現(xiàn)在，大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)規(guī)范初稿已經(jīng)開始公開征求意見。LTE-M通信技術在地鐵列車控制方面起著關鍵性作用。過去，車地之間通信沒有專用的WiFi通道，導致數(shù)據(jù)傳輸頻繁被干擾，嚴重時還影響到了快速運行列車的安全。針對這種現(xiàn)象，中國給城軌通信批準了1.8G的專用頻道。在聯(lián)合像華為這樣的通信技術領頭企業(yè)去發(fā)揮這項技術的優(yōu)勢后，LTE-M由于其杰出的技術性能，在中國得到了廣泛的應用。它完美的滿足了城軌交通領域對無線通信的需要。其數(shù)據(jù)傳輸性能十分可靠，甚至在列車速度超過200公里/小時的情況下也是如此。

中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的LTE-M系列標準，在全行業(yè)引導著這項技術的發(fā)展。系列標準包括，總則、接口、技術裝備、試驗、設計和工程等。有超過20個企業(yè)合作伙伴和用戶，組成了鞏固的產(chǎn)業(yè)鏈，安全、可靠、穩(wěn)定地支撐著信號系統(tǒng)的運用。系列標準和成熟的技術，推動著LTE-M的廣泛實施，至今已經(jīng)用于超過40個城市和150條線路。LTE-M推動著信號系統(tǒng)的變革，是新系統(tǒng)互聯(lián)互通CBTC,FAO和VBTC的基礎。LTE-M的應用，由于其安全和可靠性打破了傳統(tǒng)信號系統(tǒng)的瓶頸。這項新技術通過雙向閉環(huán)鏈路實現(xiàn)車地通信，增強了運行的安全性。另外，LTE-M還增強了列車定位和速度的精度，提升了城市軌道交通的運輸效率。

在城軌云平臺建立以前，每條軌道線的8個主要業(yè)務系統(tǒng)都有獨立的網(wǎng)絡和結構，在不同時間建設的另一條線路，又會有不同的網(wǎng)絡。這使我們認識到將來行業(yè)需要一個數(shù)字平臺用統(tǒng)一的網(wǎng)絡架構運行，由此，我們建議建立城軌云平臺來支撐城軌運輸?shù)臄?shù)字化轉型。這個平臺可以承載交通運營、企業(yè)管理和旅客服務；統(tǒng)一管理計算機網(wǎng)絡、計算和存儲資源。云平臺可以節(jié)省50%IT資源，每個車站可以節(jié)省100平方米的機房面積，并大大增強了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

此外，還可以用一系列標準推動城市軌道交通的數(shù)字化。首先用標準形式將信息化引入城市軌道交通，然后發(fā)布城軌信息化的上位標準，其中包括總體需求、體系架構和網(wǎng)絡安全三個方面；發(fā)布建設城軌云的5個技術規(guī)范；在2022年4月，我們發(fā)布了城軌信息化建設的設計規(guī)范，規(guī)范的發(fā)布使新線建設時采用城軌云的架構有章可依。此外，最近還發(fā)布了大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)規(guī)范的征求意見稿，城軌領域的大數(shù)據(jù)平臺本質(zhì)上是共享數(shù)據(jù)平臺，這是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2.0數(shù)據(jù)驅動和業(yè)務驅動充分融合理念在城軌領域的典型應用。

中國第一個城軌云平臺在呼和浩特建成，首先將城軌云標準用于此示范工程。針對城軌云承載運營生產(chǎn)業(yè)務的功能、性能進行全面測試驗證，為行業(yè)客戶提供安全、可靠、易擴展的數(shù)字化底座：一是運營生產(chǎn)業(yè)務架構優(yōu)化上云的功能、性能、安全性測試；二是運營生產(chǎn)關鍵業(yè)務主備容災方案的功能、性能測試。

全國90%+的城軌業(yè)主已經(jīng)/正在建設城軌云，其中：（1）已建設的城市有深圳、武漢、西安、呼和、昆明、蘇州、成都、鄭州等20多個城市；（2）正在規(guī)劃的城市有長沙、濟南、青島、徐州等10+城市；（3）面向未來高質(zhì)量發(fā)展，基于“三網(wǎng)域、全業(yè)務”城軌云平臺將發(fā)揮最大效益，也才能真正成為數(shù)字化底座。

城軌云承載了城軌業(yè)務所有的八個體系：旅客服務、運輸管理、綠色能源、列車運行、網(wǎng)絡化的路網(wǎng)管理、運維安全管理、基礎設施、技術裝備。標準的發(fā)布和總體的架構設計構成的基礎，推動了城軌云的發(fā)展。中國城軌云實施現(xiàn)狀圖（圖2）顯示了城軌云在中國的實施現(xiàn)狀。

圖2 城軌云實施現(xiàn)狀圖

城軌交通數(shù)字化轉型從來不僅僅是技術問題，一定涉及到生產(chǎn)關系，這是將業(yè)務由云架構承載的關鍵。明確需求，做好頂層設計，用設計好的藍圖引導實現(xiàn)數(shù)字化轉型，進行迭代式的發(fā)展和人才培養(yǎng)。