中国城市轨道交通数字化转型的发展与展望

2022-07-19李中浩丨中国城市轨道交通协会专家与学术委员会副主任

城市轨道交通 2022年6期

文：李中浩丨中国城市轨道交通协会专家与学术委员会副主任

在中国，城市轨道交通正在经历从高速发展到高质量发展的转变，正积极建设一个网络化、智能化与绿色化的城市轨道交通系统。2022华为全球轨道峰会上，中国轨道交通协会专家与学术委员会副主任李中浩分享了中国城市轨道交通数字化转型的发展蓝图与实施规划。

一、数字化转型背景

近年来，中国城市轨道交通发展非常迅速。2020年是发展模式的转变之年，中国把城轨发展的重心从快速发展转移到高质量发展（图1）。快速发展的重心在建设更多的地铁，在建设的同时改善管理；而高质量发展的重心在实现最佳运输效果。城市轨道交通的发展目标转变为在网络化的前提下，建设更加智能智慧、绿色环保的城市轨道交通。

从2021到2025年，城市轨道交通发展聚焦于网络化发展、数字化转型、绿色环保，以及经济、便捷、高效。在路网层面，覆盖了各种制式的轨道交通，比如市域快轨、地铁、跨座式单轨、轻轨、云巴、智轨等；在运营层面，要求城市轨道交通增强安全性，提高抵御自然灾害和大事故的能力。

二、数字化转型发展蓝图

中国在自主化、智慧化、绿色化的道路上发展，需要发布一系列官方文件协调实施。

一是智慧化方面的发展。中国城市轨道交通协会于2020年3月12日发布的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》（以下简称：《智慧城轨发展纲要》）是智慧城轨发展方面的大纲，是数字化转型在城轨领域的实施纲领。这份文件指导了全行业在维持经济增长条件下进行智慧城轨的建设。智慧城轨建设将“应用云计算、大数据、物联网、人工智能、5G、卫星通信、区块链等新兴信息技术，全面感知、深度互联和智能融合乘客、设施、设备、环境等实体信息，经自主进化，创新服务、运营、建设管理模式，构建安全、便捷、高效、绿色、经济的新一代中国式智慧型城市轨道交通”。基于此目的，《智慧城轨发展纲要》发布了“1-8-1-1”智慧城轨的发展蓝图。第一个“1”，是指用一张蓝图指导发展智慧城轨；第二个“8”是指八个智慧城轨的应用体系，涵盖了智慧乘客服务、运输组织、绿色能源、列车运行、技术装备、基础结构、运维管理和安全和线网管理等；第三个“1”，是指是指统一的城轨云和大数据平台；最后一个“1”是指统一的技术标准体系。

二是绿色城轨方面的发展。目前，中国城市轨道交通协会研究的《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》（已经在协会理事单位公开征求意见，择日发布）指出，绿色城轨将致力于城轨交通全产业链各个环节和全生命周期各个阶段最大限度地降低能耗，减少二氧化碳排放；最大幅度地提升能效和资源利用率，提高运输效率效益；最大可能地采用清洁能源，推动用能结构转换；最大程度地促进与城市协调发展，优化绿色出行，环环相扣，绿色转型，构建低碳排、高效能、大客流的新一代中国式绿色化城市轨道交通。基于此，中国城市轨道交通协会提出了涵盖城轨运营全生命周期和城轨建设全产业链的六大绿色行动方案：一是为了落实实施环境保护具体政策的复杂的先行计划；二是使用先进的技术提升能源效率和减少碳排放；三是积极提高公共交通的出行率，降低总能耗；四是使用清洁能源的计划；五是装备供应商生产更多的绿色装备，并将生态理念贯穿于产品生产的全过程；六是用以上的所有措施，用绿色转型去转变城轨发展形态。

三、数字化转型实施规划

从2021年到2025年，中国将建设近5000公里新的城轨线路，每年在城市轨道交通建设上的投资将超过5000亿元；至2021年底，中国已经拥有了8448公里城轨线路。

依据智慧城轨“1-8-1-1”发展蓝图，城轨云可承载所有的城轨业务和城轨制式。中国从传统的单个业务系统建设转变到建设统一的多功能平台。新的平台承载了线路建设、运营管理、安全保护、旅客服务等全部运输业务。运输企业的企业管理、建设管理、资产管理也由这个平台承载。另外，这个平台还可以集成不同制式的城市轨道交通，如轻轨、单轨、胶轮系和钢轮系的电车。将来，我们还可以将其连接至其他交通系统，如公路交通、航空、快捷物流、共享单车、公共汽车，甚至发展成智慧交通。

建设承载所有业务的数字化平台，需要分步实施，首先需要从独立的线路转变成互联互通的线路，然后再从互联互通的线路过度到智慧运输。在发展过程中，用标准来指导和引领是必须的。

在独立运行的阶段，中国发布了LTE-M系列标准；在互联互通阶段，中国发布了基于城轨云的系列标准；可以预见将来还需要发布更多标准，来适应智慧运行和大数据驱动的运用场合。现在，大数据平台的数据规范初稿已经开始公开征求意见。LTE-M通信技术在地铁列车控制方面起着关键性作用。过去，车地之间通信没有专用的WiFi通道，导致数据传输频繁被干扰，严重时还影响到了快速运行列车的安全。针对这种现象，中国给城轨通信批准了1.8G的专用频道。在联合像华为这样的通信技术领头企业去发挥这项技术的优势后，LTE-M由于其杰出的技术性能，在中国得到了广泛的应用。它完美的满足了城轨交通领域对无线通信的需要。其数据传输性能十分可靠，甚至在列车速度超过200公里/小时的情况下也是如此。

中国城市轨道交通协会发布的LTE-M系列标准，在全行业引导着这项技术的发展。系列标准包括，总则、接口、技术装备、试验、设计和工程等。有超过20个企业合作伙伴和用户，组成了巩固的产业链，安全、可靠、稳定地支撑着信号系统的运用。系列标准和成熟的技术，推动着LTE-M的广泛实施，至今已经用于超过40个城市和150条线路。LTE-M推动着信号系统的变革，是新系统互联互通CBTC,FAO和VBTC的基础。LTE-M的应用，由于其安全和可靠性打破了传统信号系统的瓶颈。这项新技术通过双向闭环链路实现车地通信，增强了运行的安全性。另外，LTE-M还增强了列车定位和速度的精度，提升了城市轨道交通的运输效率。

在城轨云平台建立以前，每条轨道线的8个主要业务系统都有独立的网络和结构，在不同时间建设的另一条线路，又会有不同的网络。这使我们认识到将来行业需要一个数字平台用统一的网络架构运行，由此，我们建议建立城轨云平台来支撑城轨运输的数字化转型。这个平台可以承载交通运营、企业管理和旅客服务；统一管理计算机网络、计算和存储资源。云平台可以节省50%IT资源，每个车站可以节省100平方米的机房面积，并大大增强了系统的安全性、可靠性。

此外，还可以用一系列标准推动城市轨道交通的数字化。首先用标准形式将信息化引入城市轨道交通，然后发布城轨信息化的上位标准，其中包括总体需求、体系架构和网络安全三个方面；发布建设城轨云的5个技术规范；在2022年4月，我们发布了城轨信息化建设的设计规范，规范的发布使新线建设时采用城轨云的架构有章可依。此外，最近还发布了大数据平台数据规范的征求意见稿，城轨领域的大数据平台本质上是共享数据平台，这是工业互联网2.0数据驱动和业务驱动充分融合理念在城轨领域的典型应用。

中国第一个城轨云平台在呼和浩特建成，首先将城轨云标准用于此示范工程。针对城轨云承载运营生产业务的功能、性能进行全面测试验证，为行业客户提供安全、可靠、易扩展的数字化底座：一是运营生产业务架构优化上云的功能、性能、安全性测试；二是运营生产关键业务主备容灾方案的功能、性能测试。

全国90%+的城轨业主已经/正在建设城轨云，其中：（1）已建设的城市有深圳、武汉、西安、呼和、昆明、苏州、成都、郑州等20多个城市；（2）正在规划的城市有长沙、济南、青岛、徐州等10+城市；（3）面向未来高质量发展，基于“三网域、全业务”城轨云平台将发挥最大效益，也才能真正成为数字化底座。

城轨云承载了城轨业务所有的八个体系：旅客服务、运输管理、绿色能源、列车运行、网络化的路网管理、运维安全管理、基础设施、技术装备。标准的发布和总体的架构设计构成的基础，推动了城轨云的发展。中国城轨云实施现状图（图2）显示了城轨云在中国的实施现状。