公共數(shù)據(jù)開放形勢下市域鐵路智能調度場景化節(jié)能的應用研究

文：朱三平，金林，周盧澤，吳越，楊迎卯，陸詩釗｜溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司

為貫徹落實《中國城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動方案》工作要求，本文以推進公共數(shù)據(jù)和企業(yè)數(shù)據(jù)融合應用為基礎，以多源數(shù)據(jù)融合計算構建客流分析模型和動態(tài)時刻表為關鍵技術，探索構建智能調度、接駁換乘、客流引導三大應用場景，實現(xiàn)公共運輸體系優(yōu)化促進節(jié)能降碳，推動軌道交通領域綠色低碳發(fā)展創(chuàng)新。

隨著重點城市都市圈的快速成型和持續(xù)擴容，市域（郊）鐵路正迎來規(guī)劃和建設的快速發(fā)展時期。隨之而來的能源消耗和碳減排壓力也與日俱增，據(jù)統(tǒng)計，2018年至2021 年期間城市軌道交通全行業(yè)總能耗持續(xù)呈增長態(tài)勢，2021年總能耗已達213.1 億千瓦時，同比2020 年增長23.6%，占城市整體能耗的1.59%，是公共交通領域的“用能大戶”，究其原因是運輸組織效率不高和節(jié)能應用場景單一所致。據(jù)了解，城市軌道交通運營綜合能耗主要是列車牽引能耗（在總能耗中占比超50%）與車站通風空調系統(tǒng)、照明設備及自動扶梯等設備運行能耗（在車站總能耗中占比超80%）；而固定的運輸組織方案造成調度、司機、運營管理人員等關鍵崗位均無法根據(jù)實際情況科學動態(tài)地建立運輸組織模式和車站設備控制模型，無法適應綠色低碳發(fā)展趨勢下的節(jié)能場景構建需求，最終造成綠色節(jié)能應用無法具體開展及落地。

一、解決方案

為貫徹落實中國城市軌道交通協(xié)會印發(fā)《中國城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動方案》，在公共數(shù)據(jù)開放形勢下，此解決方案以市域鐵路智能調度運輸管理優(yōu)化為核心目標，以多源數(shù)據(jù)融合計算構建客流分析模型和動態(tài)時刻表為關鍵技術，實現(xiàn)智能調度、接駁換乘、客流引導三大節(jié)能應用場景，推動軌道交通領域綠色低碳發(fā)展創(chuàng)新。

（一）總體架構

融合利用外部環(huán)境數(shù)據(jù)、交通接駁數(shù)據(jù)和內部系統(tǒng)數(shù)據(jù)，構建客流指數(shù)分析與預測模型，設定動態(tài)列車時刻表，從而實現(xiàn)“智能調度”“接駁換乘”“客流引導”三個特色應用場景，整體架構見圖1。

圖1 解決方案總體架構

（二）應用場景

1.構建客流分析模型，設定動態(tài)時刻表，實現(xiàn)智能調度

對市域鐵路票務系統(tǒng)客流數(shù)據(jù)、其他公共交通出行數(shù)據(jù)等進行融合與碰撞，并通過視頻識別計數(shù)、紅外感應、熱成像等多種數(shù)據(jù)進行補充修正，實現(xiàn)精準的客流數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計，建立客流評價體系，并計算客流指數(shù)（圖2）。基于客流指數(shù)，將原本的靜態(tài)時刻表轉換為實時動態(tài)時刻表，為智能調度特色節(jié)能應用提供輔助決策，最大限度節(jié)約運輸資源，降低綜合能耗，實現(xiàn)綠色低碳出行優(yōu)化。

圖2 客流指數(shù)計算

基于長期大量的票務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合公共汽電車、出租車、網約車、共享單車、鐵路航空等公共交通數(shù)據(jù)，并接入視頻識別計數(shù)、紅外感應、熱成像、手機信令、站點周邊賽事活動等多種數(shù)據(jù)進行修正，綜合分析客流出行的時空和OD 特征，支撐市域鐵路日常客流預測和實時客流監(jiān)測。從線網、線路、車站、列車、斷面等空間維度，工作日、周末、節(jié)假日、高平峰等時間維度，建立客流評價體系，計算客流指數(shù)。以客流指數(shù)為基礎，對各項因子指標數(shù)據(jù)進行展開分析，依據(jù)客流與運輸方案間的動態(tài)匹配關系，建立與市域鐵路運輸組織深度融合的運能運量精準匹配模型，構建動態(tài)時刻表（圖3）。

圖3 運能運量匹配模型與動態(tài)時刻表

2.強化城市公共交通一體化運營管理模式，實現(xiàn)高效接駁換乘

以動態(tài)時刻表為“小切口、小場景”，實現(xiàn)對列車到站時間、出站客流數(shù)量、換乘方式意向等信息的精準分析與預測掌握，建立與公共汽電車/出租車運營管理單位、網約車平臺之間的數(shù)據(jù)共享通道，讓公交車調度人員、出租車/網約車司機能夠提前預判乘客出行需求，以便精準調配運力，降低車輛空載帶來的運能資源浪費，滿足高效換乘、一體化服務和快速集散要求，實現(xiàn)市域鐵路與公共汽電車、出租、網約車等公共交通之間的高效節(jié)能聯(lián)動（圖4）。

圖4 精準調配運力實現(xiàn)多交通方式高效節(jié)能聯(lián)動

3.構建面向全出行鏈的乘客服務體系，提升客流引導服務

在乘客服務側，基于客流指數(shù)和動態(tài)時刻表的強大數(shù)據(jù)支撐，面向乘客出行前規(guī)劃和出行中體驗的不同服務需求，創(chuàng)新性提出“我要乘車”和“我在車上”兩大維度的客流引導服務（圖5），實時查詢車站列車到發(fā)時刻和列車沿途到站時刻，綜合展示車站及車輛全場景、可視化客流熱力圖，動態(tài)顯示車廂擁擠度、前方換乘站客流等運營服務信息，并及時發(fā)布乘客誘導信息，構建出行即服務（MaaS）的全鏈條、一體化綠色交通服務體系。

圖5 兩大維度客流引導

（三）數(shù)據(jù)使用

本文的數(shù)據(jù)來源包括政府開放數(shù)據(jù)集、自有數(shù)據(jù)和社會數(shù)據(jù)。

1.數(shù)據(jù)清單

政府開放數(shù)據(jù)集：一是公共交通基礎數(shù)據(jù)，包括但不限于公共汽電車、出租車、網約車、共享單車等（用于客流分析預測與多交通方式換乘聯(lián)動）；二是環(huán)境數(shù)據(jù)，包括但不限于氣溫、氣壓、濕度等（用于確定車站通風空調等設備運行狀態(tài)和參數(shù)設置）；三是能源數(shù)據(jù)，主要為行業(yè)用電量數(shù)據(jù)（用于綜合評估公共交通行業(yè)電量能耗數(shù)據(jù)）；四是站點周邊賽事活動等數(shù)據(jù)（用于客流分析預測與運輸組織優(yōu)化）。

自有數(shù)據(jù)和社會數(shù)據(jù)：一是票務ACC 清分數(shù)據(jù)、APP 乘車碼過閘數(shù)據(jù)（用于基礎客流統(tǒng)計與分析）；二是線路、站點、供電、信號、車輛等基礎設施信息（用于構建運能運力匹配模型）；三是站內環(huán)境溫濕度等數(shù)據(jù)（用于確定車站通風空調等設備運行模式和參數(shù)設置）。

2.數(shù)據(jù)融合算法模型

基于多源原始客流數(shù)據(jù)，通過特征提取、規(guī)則化、分類融合等步驟獲得每源數(shù)據(jù)更加精確和一致的融合結果。然后計算每源融合結果中各個目標數(shù)據(jù)結點決策達成概率，并通過決策推理輸出針對所有源數(shù)據(jù)的若干協(xié)同一致的決策結論。最后將協(xié)同決策結論應用于運輸管理、行車調度、客運組織等場景。根據(jù)不同的決策要求，獲得相應的協(xié)同決策結論，從而實現(xiàn)基于多源客流數(shù)據(jù)的多目標多維度決策。通過分析每個協(xié)同目標結點背后各源目標結點的決策達成概率，通過決策推理獲得該協(xié)同目標結點的決策結論，并將決策結論用于相關場景。

（四）商業(yè)模式

一是在溫州市域鐵路S2 線應用試點。依托溫州市鐵投集團的資源優(yōu)勢，整合城軌行業(yè)通信（中興軌道）、信號（浙大網新）、綜合監(jiān)控（上海寶信）以及電氣化（中鐵建電氣化局）等各專業(yè)系統(tǒng)服務商資源，聚焦動態(tài)時刻表，形成完整的綠色節(jié)能應用體系和實施機制，共同推進特色節(jié)能場景建設方案，并組織在溫州市域鐵路S2 線率先實施，先行試點。

二是創(chuàng)建綠色城軌示范工程，打造樣板。在試點先行的基礎上，積極申報中城協(xié)“六大綠色城軌行動”示范工程（節(jié)能降碳增效示范-運營管理模式創(chuàng)新示范），進一步研究優(yōu)化運輸組織節(jié)能運行模式和設備系統(tǒng)節(jié)能控制模式，完善交通運營企業(yè)節(jié)能降耗管理體系，探索有效模式和有益經驗，打造綠色樣板，充分發(fā)揮示范引領作用，取得良好示范效應。

三是形成節(jié)能降碳標準規(guī)范，推廣復制。充分發(fā)揮示范引領作用，圍繞城軌節(jié)能降碳增效的行動目標，針對運輸組織和運營管理領域，建立形成綠色節(jié)能運營模式、管理體系和相關技術規(guī)范，復制有益模式和成功經驗，面向全國城市市域鐵路逐步推廣，實現(xiàn)城軌交通全行業(yè)節(jié)能降耗增效。

二、應用成效

一是助力運營工作智慧化、綠色化。市域鐵路列車時刻表開行計劃更加符合客流出行動態(tài)需求，市民搭乘市域鐵路的平均候車時間縮短35%以上；與公交、出租等公共交通方式之間的換乘銜接組織更加及時高效，乘客換乘接駁效率提升，平均換乘等候時間縮短20%以上，乘車快捷性和舒適度大幅提升。在便于開展客運組織工作方面，線網線路客流情況盡在掌握，指數(shù)形式表示客流強度更為形象，動態(tài)列車時刻表執(zhí)行效率更高，現(xiàn)場行車調度指揮更加有據(jù)可依，牽引能耗強度下降3%。車站內客流分布和聚集情況一目了然，便于開展客運組織工作，車站客運服務設備設施運行狀態(tài)更加綠色節(jié)能，車站能耗強度下降2%。在實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享開放方面，實現(xiàn)交通運輸組織方案和列車時刻表信息的互聯(lián)互通，日常公交接駁和突發(fā)應急狀況下的臨時接駁資源調配更加科學合理，運輸資源利用率更高。

二是提升社會治理效益。創(chuàng)新運營管理模式，實現(xiàn)節(jié)能降碳增效，以數(shù)據(jù)創(chuàng)新應用為驅動，賦能運輸組織優(yōu)化及運營管理提升，通過建立完善的綠色節(jié)能運營模式、管理體系和技術規(guī)范，構建智能調度、接駁換乘、客流引導等特色節(jié)能應用場景，切實降低運營綜合能耗，實現(xiàn)節(jié)能降碳增效；重構出行服務體系，賦能城市綜合服務平臺，重構適應現(xiàn)代城市出行需求的公共交通出行服務體系，構建多方聯(lián)動、同頻共振的公共交通運營服務機制，實現(xiàn)各交通方式之間緊密配合、無縫銜接、高效換乘。能源精細化管理，推動行業(yè)綠色低碳發(fā)展，以節(jié)能運營應用場景為切入口，進一步探索通風空調節(jié)能和智能照明等關鍵技術，研究數(shù)字能源管理平臺應用技術標準，建立能耗標準指標體系，實現(xiàn)對風、水、電等重點能耗設備的精細化能效管理，為城軌行業(yè)綠色低碳智慧能源管理系統(tǒng)建設提供借鑒，推動行業(yè)綠色低碳發(fā)展。

三是發(fā)揮數(shù)字經濟價值。數(shù)字交通是數(shù)字經濟發(fā)展的重要領域，以數(shù)據(jù)為關鍵要素和核心驅動，通過推進公共數(shù)據(jù)開放和社會數(shù)據(jù)流通，打造數(shù)據(jù)創(chuàng)新應用場景，充分挖掘和激活數(shù)據(jù)潛在價值，促進公共交通的交互融合與促進提升，能夠助力交通行業(yè)的數(shù)字化轉型發(fā)展，推動節(jié)能減排領域的數(shù)字產業(yè)化發(fā)展。