轨道交通机电设备自动化技术与互联网智慧融合的实践与探索

李剑方

摘 要：由传统城市轨道交通的运营思路所导致的旅客便利性、资源配置、综合效率、经营压力等问题亟待解决，以“城市轨道交通+互联网”理念搭建起来的智慧交通体系将成为重要发展方向。文章结合东莞轨道交通适应国家战略发展需求和高效运营需求，积极开展城市轨道交通机电设备自动化技术与互联网智慧融合探索与实践情况，展望智慧地铁与智慧城市的有机融合，为轨道交通行业智慧化运营提供参考。

关键词：城市轨道交通;机电设备自动化;智慧城市;物联网

中图分类号：TP18;U231.6 文献标识码：A

城市轨道交通机电设备自动化技术与互联网智慧融合发展，能够方便旅客出行、优化资源配置、提高综合效率，也是培育交通发展新动能、提升发展水平的重要方面。近年来，我国在互联网技术、产业与交通融合方面取得积极进展。特别是基于5G通信时代的到来，从互联网到物联网，从事物互联、事物智能，再到智慧化的实现，城市轨道交通运营模式、维保模式、管理模式变革的时代已经到来。围绕着安全可靠、高效节约、网络化的城市轨道交通可持续发展目标，不断演变、发展网络化条件下的城市轨道交通智慧运营与设备系统的全生命周期管理尤为关键。如何通过融入物联网、大数据、AI等自动化技术手段，在保障轨道交通系统安全可靠运营的同时提高效率和效益，已成为诸多同行广泛关注和探索实践的方向[1]。

1 城市轨道交通智慧化发展必要性

1.1 适应战略发展需求

目前，在全球范围内，“互联网+城市”、“智慧城市”的建设如火如荼。国家发展改革委与交通运输部（下称两部委）于2016年第一次就智能交通（ITS）发布总体框架和实施方案（《推进“互联网+”便捷交通 促进智能交通发展的实施方案》），2017年两部委又联合签署了《全面推进智能交通发展战略合作协议》，要求紧密围绕国家智能交通发展重大目标任务，完善智能交通发展顶层设计，协同推进智能交通发展战略实施，推进智能交通创新能力建设和先进技术应用推广[2]。2019年，国务院印发《粤港澳大湾区发展规划纲要》，明确要求加快基础设施互联互通，建成智慧城市群。智慧城市所涵盖的领域范围遍及城市生活的方方面面，智慧交通是智慧城市的重要构成部分，发展城市轨道交通智慧系统符合国家发展战略需要。

1.2 适应高效运营需求

城市轨道交通机电设备自动化系统主要包括车站环境与设备监控系统（BAS）、火灾自动报警系统（FAS）、电力监控系统（PSCADA）、列车自动控制系统（ATC）、自动售检票系统（AFC）、闭路电视系统（CCTV）、公共广播、有线和无线通信系统等[3]。在传统的城市轨道交通运营模式中，上述系统基本采用完全独立方式，这种结构加重了全线通讯网络的负担，造成计算机硬件和软件资源的严重浪费。受系统自动化和智能化程度的限制，轨道交通运营人力成本较大。由于未实现信息互联，无法进行系统经营分析，限制了轨道交通运营效益的提升。

在智慧化轨道交通系统中，依靠大数据、云计算、物联网、传感器技术、人工智能等自动化与运营组织深度融合，形成跨专业、跨系统、跨功能、整合联动的智慧平台。承载智慧运行、智慧运维、智慧经营等运营生产经营管理的智慧系统，实现全自动运行（无人驾驶、无人车站、无人段场）和基于降低设备系统全生命周期管理的状态目标，不断提升轨道交通运行效率效益和服务质量，满足运营高效运作及乘客便捷出行需求。

2 探索与实践

2.1 运营智慧系统在2号线的应用

2号线采用传统模式进行运作。列车运行采用基于无线通信的移动闭塞列车自动控制系统（ATC），由列车自动驾驶系统（ATO）实现自动驾驶，车站管理与调度管理方面采用列车自动监控系统（ATS）、综合监控系统（ISCS）、自动售检票系统（AFC）、CCTV系统、电力监控系统（PSCADA）等进行车站设备调度管理。2号线智慧运营系统的应用主要是在智慧运维（资产管理）及智慧车站（云支付、人脸识别）方面。

2.1.1 智慧运维

2号线搭建以EAM（设备资产管理）系统为核心的轨道交通智慧运维平台，实施全面资产一体化管理，管理框架体系如图1所示。系统按照对公司资产全面、全生命周期管理要求，建立流程化、标准化的运营设备维修维护模式，实现对公司设备资产及维护业务的规范化管理。

智慧运维平台通过构建统一的资产管理架构体系和资产编码体系，初步建立一体化资产管理功能，即从资产采购、资产移交、资产运营、资产维护到资产报废等各个环节的资产全生命周期管理，达到保障资产安全、优化资产配置、提高资产利用率的目的。

智慧运维平台打通各信息系统孤岛，建立设备维修维护管理、物资管理、资产管理、财务管理等内容的联系，建立与基建、运营管理等系统之间的业务交互接口。实现各专业数据互联互通和业务关联，如图2所示。以资产管理系统为核心，保持核心基础数据和生产数据唯一性和延续性，作为资产管理、生产流程的主通道。通过工单主线串联设备修程、维修作业、工时管理及物资管理。

在智慧运维平台中，资产设备维护管理与资产一體化系统中的采购模块、库存模块、施工管理系统、工程项目合同管理系统、财务管理系统（预算、成本）、以及运营统计分析系统进行有效集成。财务管理系统与人力资源系统、运营统计分析系统、采购管理模块、票务系统、工程项目合同管理系统、库存管理模块、设备维修维护管理模块、门户系统之间存在交互设计。系统的集成将运营及财务等数据使用部门的管理要求前移至资产移交阶段，为实施全面资产一体化管理建设奠定基础。

2.1.2 智慧出行

为提高乘客出行的便利性，地铁2号线进行了云支付方式及人脸识别系统试点改造。在全线15个车站各增设云购票机设备，并在AFC系统上增加TVM二维码购票功能，与现有的自动售票机建立联网，支持云购票及微信、支付宝、银联等移动付款方式扫码购票。并计划开展二维码扫码过闸功能升级，通过在现有闸机的拓展接口中加装二维码扫码器，升级后乘客可使用APP中的二维码扫码过闸。同时，随着人脸识别的广泛应用，2号线车站正在进行人脸识别系统试点，并将应用于智慧安防系统。随着人脸识别技术深入应用，以后也将可用于刷脸进站等功能。智慧出行系统改造后能够有效减少设备现金管理环节，节省人力资源，并减少了乘客购票、验票以及接受人工安检的环节，有效提升乘客出行体验。

2.2 1号线智慧运营探索

1号线作为东莞市轨道交通线网规划的第二条线路，同时也是东莞市轨道交通第一条将实现全自动驾驶的线路，关系着东莞市轨道交通线网的发展及整体规划。为响应城市轨道交通智慧运营发展趋势，运营公司按照无人值守的车站设备全自动控制（UTO）目标，对1号线开展智慧运营方面的研究，主要包括智慧行车、智慧调度、智慧车站、智慧段场等几个方面。

2.2.1 智慧行车

1号线智慧系统设计包括综合监控系统（ISCS）、列车自动驾驶系统（ATO）、列车自动监控系统（ATS）、车辆信息管理系统（TCMS）、列车车载控制器（VOBC）等。即在原自动化系统数据采集与单一状态判断的基础上扩展出数据融合、基于大系统下的云系统分析、指挥决策功能。系统实现对车辆的无人驾驶控制，并具有根据客流数据和线路特点智能编图、灵活调节高峰平峰列车旅行速度、动态调整列车进出站牵引和制动以节约牵引能耗等特点，列车控制流程，如图3所示。

2.2.2 智慧调度

智慧系统为行车组织提供运行场景全局化、专业联动一体化、应急处置智能化的调度系统。智慧调度系统从单一调度指挥向联合联动转变，从关注行车向关注客流实时状态转变，从被动发现向主动预警转变。系统基于运营历史数据设立突发客流和故障事件的条件判定机制，实时采集现场数据与模型预测，能够可靠识别出突发客流与故障事件，并通过智能推算得出决策方案以供调度快速选择与执行;整合多源实时客流预警系统和设备运行预警系统，通过实时AFC闸机出入站人数、列车承重、车站人流量热力图等数据的采集，实时监测客流情况。通过车站各设备系统关键数字状态量和模拟量的采集，整合关联系统参数的相关性，智能判定系统异常参数可造成的设备故障及影响。对于关键性问题可靠预警，提高调度对行车及车站运行状态管理的效率。

智慧调度系统具有“运行场景深度学习技术”，以提高系統可用性。通过对全自动场景的深度学习，形成最优解决方案。控制中心调度人员利用监控设备自动监控，即时了解列车及设备的运行状况，关键系统之间建立联动关系，确保行车稳定。

2.2.3 智慧车站

1号线车站按照无人值守全自动控制目标进行设计，车站配置站务人员对车站设备及乘客进行管理，同时兼顾故障处理、车站级控制指挥、协助应急处理及疏散职责。在车站服务中，原来司机及站务员、售票员、安检员等工作人员的工作（包括运营前检查、开关站、屏蔽门控制、售票服务、安全检查等），均由智慧系统来完成（如ISCS系统根据ATS提供的时刻表，在规定的时间内按照规定的流程对车站实行自动开站作业，并自动唤醒车站的相关机电设备）。在智慧系统控制失败时，站务人员可通过车站综合监控工作站及IBP盘、现场操作等方式进行人工处置。在开通初期，终点站清客由站务员来核实，后续逐步过渡到由乘客调度通过视频监控确定是否清客完成。在1号线智慧系统中，人脸识别技术也将应用在安全检查、售检票、客流统计等服务中。

2.2.4 基于SPKS的智慧段场

1号线智慧段场实现列车出入段场、调车、洗车等作业自动控制，车辆段及停车场设置有人区和无人区，无人区使用信号系统的区域封锁开关（SPKS）进行防护，SPKS与信号系统联动，负责每个区域内库门打开和锁闭的状态信息，确保无人区列车运行及作业安全。调度管理与作业执行可自动衔接，实时监控生产指标及预警，调度人员可通过系统，为每一运营服务行程确定列车，建立列车与时刻表的对应关系。供电、消防、安防门禁、广播、CCTV与车场作业实现联动，系统可自动识别作业冲突，实现作业过程自动记录和统计报表的自动生成等。

3 发展展望

在5G、AI、物联网及机电设备自动化技术创新的助力下，未来的城市轨道交通将向“智慧化、人性化”发展。东莞地铁运营智慧系统未来发展展望可分为两个阶段：第一阶段为智慧地铁阶段，以地铁运营为核心，加强自动化和信息化前端技术应用，以业务融合为抓手，不断完善地铁运营智慧体系，提升运营效率和效益。第二阶段为智慧城市阶段，智慧地铁融入智慧城市系统，以提升市民服务为中心，进一步加大与道路公交、城际轨道等协调联动，依托智慧城市大数据系统，深入融合，实现地铁运营与城市管理联动;以数据驱动为核心，实现与智慧城市业务间协作联动;以数据应用为突破，最终实现运营能效的提升。

4 结语

综上所述，文章介绍了城市轨道交通智慧化发展需求，以及东莞地铁在轨道交通建设运营中对机电设备自动化技术与互联网智慧融合的实践和探索研究情况。城市轨道交通运营智慧系统是一个涉及多个学科和专业的系统工程，需要进行顶层设计，在轨道交通线网规划之初即需做好统筹规划，建立基础平台。同时，需要大力推动“政产学研用”协同创新，结合市民体验、用户需求、技术升级，不断进行系统的升级和更新迭代，以达到系统的功能、智能、建设成本的综合最优。及时推动和促进城市轨道交通自动化升级换代技术的推广应用，必将对高质量的城市轨道交通运营起到积极作用

参考文献

[1] 张龙.“城市轨道交通+互联网”助推智慧交通发展[J].装备制造，2016（12）：88-90.

[2] 陈韵舟.关于城市轨道交通智慧化的探讨[J].科技创新与应用，2018（20）：24.

[3] 周长杰，马晓.城市轨道交通智慧化的研究[J].智能城市，2018，4（15）：12-13.