從城軌交通可持續(xù)發(fā)展講起

從地圖上看，城市公共交通像一張形態(tài)復(fù)雜而又設(shè)計(jì)巧妙的大網(wǎng)，將城市的每個(gè)角落有機(jī)地連結(jié)在一起。如果將城市交通比作人體的循環(huán)系統(tǒng)，那么城軌交通便是系統(tǒng)中的主動(dòng)脈，它具有運(yùn)輸容量大、遠(yuǎn)距離、速達(dá)性、準(zhǔn)時(shí)性等諸多特點(diǎn)，在擴(kuò)大城市通勤半徑、緩解城市交通堵塞、優(yōu)化城市交通布局等方面起到了重要作用。以北上廣為例，北京的通勤半徑達(dá)到40公里，上海達(dá)到了39公里，廣州也有31公里。得益于城軌交通系統(tǒng)的迅速擴(kuò)張，城市活力向外輻射。

據(jù)中國交通新聞網(wǎng)報(bào)道，截至2021年12月31日，全國（不含港澳臺(tái)）共有51個(gè)城市開通運(yùn)營城軌交通線路共計(jì)269條，運(yùn)營里程8708公里，車站5216座，實(shí)際開行列車3120萬列次，完成客運(yùn)量237.1億人次（受疫情影響）。然而，從軌交密度（公里/萬人）來看，目前北京（0.33）、上海（0.32）與東京都（2.11）、巴黎（1.99）、紐約（1.24）等國際城市對(duì)比相距較大，城軌交通仍有巨大的發(fā)展空間。中信證券估算，至2025年我國城軌運(yùn)營線路長度將達(dá)到1.4萬公里。據(jù)工信部賽迪智庫發(fā)布的《“新基建”發(fā)展白皮書》預(yù)測(cè)，在“新基建”所涵蓋的七大產(chǎn)業(yè)中，對(duì)高鐵和城軌的投資規(guī)模最大，預(yù)計(jì)至2025年直接投資將達(dá)到4.5萬億元。

伴隨不斷增加的運(yùn)營里程、快速攀升的線網(wǎng)流量，尤其是大中型城市的軌交網(wǎng)絡(luò)日漸復(fù)雜，城軌交通的可持續(xù)發(fā)展成為重要命題。

一方面，隨著網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，城軌交通的乘運(yùn)安全和運(yùn)營管理面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。例如，軌道線路之間關(guān)聯(lián)度越來越高，單個(gè)線路或節(jié)點(diǎn)發(fā)生突發(fā)或異常事件的影響范圍和嚴(yán)重程度會(huì)有更大的不確定性，因此對(duì)相關(guān)設(shè)備設(shè)施、人員、事件等安全監(jiān)測(cè)要求提高；因運(yùn)力運(yùn)量不匹配、通行效率低等因素造成高峰時(shí)期車站客流擁堵，當(dāng)前須實(shí)施限流措施來暫緩高峰壓力，對(duì)乘客出行效率帶來較大影響；在運(yùn)維方面，當(dāng)前針對(duì)巨量設(shè)備設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施等的狀態(tài)檢測(cè)、診斷決策和維修處理仍然主要依賴人工作業(yè)，成本高昂且效率低下……等等問題暴露都需要城軌相關(guān)部門站在全局化視角，用更高效的手段來提高運(yùn)行管理效率、確保乘運(yùn)安全。

另一方面，隨著生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)出行品質(zhì)和體驗(yàn)要求也越來越高。“出行即服務(wù)、以人為本”的服務(wù)理念逐漸成為城軌交通行業(yè)的共識(shí)。乘客需求不單單是從A點(diǎn)B點(diǎn)的時(shí)空位移，而是在整個(gè)出行過程中也能夠收獲良好的出行體驗(yàn)，例如減少“門到門”出行時(shí)間、增加換乘連接可靠性、及時(shí)獲取出行相關(guān)信息和服務(wù)，以及更多的人文關(guān)懷等。

此外，城軌交通的可持續(xù)發(fā)展還體現(xiàn)在建設(shè)和經(jīng)營階段。

隨著城軌交通的快速發(fā)展和城市群建設(shè)的逐步推進(jìn)，我國城軌交通建設(shè)向線網(wǎng)化、多元化的復(fù)雜線網(wǎng)工程演進(jìn)，為城軌交通建設(shè)提出新的挑戰(zhàn)。這意味著在建工地?cái)?shù)量和參與建設(shè)的相關(guān)人員都將急劇增加，將大幅提升城軌建設(shè)過程管理的復(fù)雜度。如何提高建設(shè)管理效率，保障工程順利開展是城軌建設(shè)的重點(diǎn)。

城軌交通作為準(zhǔn)公益服務(wù)型產(chǎn)品的定位，決定了其票價(jià)水平不可能參照成本支出而定。絕大多數(shù)城市的軌道交通運(yùn)營收入主要以票務(wù)收入為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年全國軌交企業(yè)運(yùn)營成本（不含大修更新）的中位數(shù)為1126.15萬元/公里，票務(wù)收入中位數(shù)556.37萬元/公里，缺口約為570萬元/公里，而隨著運(yùn)營里程的增加，缺口將越來越大。這為城軌的可持續(xù)化經(jīng)營提出新的要求，如何利用軌交得天獨(dú)厚的流量中樞，進(jìn)行價(jià)值發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造將是軌交行業(yè)積極探索的方向之一。

智慧城軌是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要抓手

上述城軌發(fā)展的內(nèi)在要求和外在需求對(duì)城軌當(dāng)前的建設(shè)、運(yùn)營和經(jīng)營模式都提出了更高的挑戰(zhàn)，迫切需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的發(fā)展模式，結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)創(chuàng)新來突破發(fā)展瓶頸，滿足可持續(xù)發(fā)展要求。

習(xí)近平主席在“第二屆聯(lián)合國全球可持續(xù)交通大會(huì)”致辭《與世界相交 與時(shí)代相通 在可持續(xù)發(fā)展道路上闊步前行》中提出“堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)發(fā)展動(dòng)能。要大力發(fā)展智慧交通和智慧物流，推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合，使人享其行、物暢其流。”

隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等智慧化技術(shù)的發(fā)展和推廣，智慧城軌被認(rèn)為是解決復(fù)雜系統(tǒng)問題、促進(jìn)城軌交通行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要抓手。

智慧城軌的內(nèi)涵是以數(shù)據(jù)為核心構(gòu)建人、車、站、基礎(chǔ)設(shè)施等要素的全面互聯(lián)，通過數(shù)“智”（治）代替人“智”（治）來重構(gòu)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程，進(jìn)而引發(fā)新的范式變革——從過去對(duì)“物”的被動(dòng)式管理轉(zhuǎn)向?qū)?ldquo;人”的主動(dòng)式服務(wù)，從事后問責(zé)補(bǔ)救轉(zhuǎn)向事前預(yù)測(cè)規(guī)劃、事中實(shí)時(shí)把控，從而提升貫穿建設(shè)、運(yùn)營、經(jīng)營全生命周期的管理效率，以及人們的出行服務(wù)水平，達(dá)到降本增效、安全運(yùn)行、服務(wù)創(chuàng)新、價(jià)值增值的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的新一代中國式智慧型城軌交通。

早在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中即已指明，“智能交通管理系統(tǒng)”是優(yōu)先主題之一。近年來，國家出臺(tái)多項(xiàng)政策推動(dòng)軌交智能化的建設(shè)發(fā)展。例如，2016年制定的《交通運(yùn)輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中，要求充分利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)交通運(yùn)輸業(yè)；2020年3月，我國城軌交通行業(yè)第一個(gè)“綱要”、“規(guī)劃”類文件——《中國城軌交通智慧城軌發(fā)展綱要》（簡稱《綱要》）正式發(fā)布?！毒V要》“將云計(jì)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(shù)與城軌交通業(yè)務(wù)深度融合，實(shí)現(xiàn)大范圍、全方位、高效率的運(yùn)行控制與管理，推進(jìn)城軌交通系統(tǒng)向網(wǎng)聯(lián)化、協(xié)同化和智能化方向發(fā)展。”《綱要》指出，在2025年中國城軌智慧化水平要進(jìn)入世界先進(jìn)行列，2035年達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

在政策推動(dòng)、綱要指引與可持續(xù)發(fā)展要求的多重驅(qū)動(dòng)下，智慧城軌的建設(shè)和升級(jí)加速展開。根據(jù)“中國城軌交通2018年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告”與“2018上半年我國城軌交通智能化市場(chǎng)簡要統(tǒng)計(jì)與分析”可知，目前城軌交通智能化項(xiàng)目投資占總項(xiàng)目投資約3%-5%，按同等滲透水平預(yù)測(cè)，到2025年我國智慧城軌市場(chǎng)將達(dá)到千億規(guī)模。

AI是賦能智慧城軌發(fā)展的核心引擎

智慧城軌發(fā)展離不開智慧化技術(shù)的賦能和應(yīng)用，其中，5G、IOT、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)應(yīng)用推動(dòng)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展進(jìn)程。通過數(shù)據(jù)的收集、匯聚、融合、共享為發(fā)展以數(shù)據(jù)為核心的智慧城軌奠定了基礎(chǔ)，而要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高層次的智慧化，還需要結(jié)合人工智能技術(shù)作為“智慧大腦”，基于多源、海量數(shù)據(jù)的智慧化分析，進(jìn)而形成決策、預(yù)判來指導(dǎo)城軌業(yè)務(wù)的最優(yōu)化運(yùn)行。因此可以說，人工智能是賦能智慧城軌發(fā)展的核心引擎。

作為核心引擎，人工智能在賦能智慧城軌發(fā)展上主要表現(xiàn)為以下四個(gè)方面。

首先，人工智能是求解復(fù)雜系統(tǒng)問題的重要手段。

城軌線網(wǎng)化發(fā)展使得城軌交通體系逐漸向復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)演化，任意節(jié)點(diǎn)/環(huán)節(jié)發(fā)生變化都可能給整體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行帶來重大影響，正所謂牽一發(fā)動(dòng)全身，對(duì)運(yùn)輸組織和安全管理帶來了極大挑戰(zhàn)。此外，城軌系統(tǒng)復(fù)雜性還體現(xiàn)在多樣性和隨機(jī)性上——不同制式、專業(yè)系統(tǒng)間的有序協(xié)調(diào)，以及隨著客流量增大,城軌在高密度、短間隔的運(yùn)行狀態(tài)下容易受到客流波動(dòng)、設(shè)備故障、惡劣天氣等隨機(jī)因素干擾。

隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，城軌網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性將呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人“智”所能處理的極限。因此，基于人工智能的數(shù)“智”成為求解城軌復(fù)雜系統(tǒng)問題的重要方法。數(shù)“智”的本質(zhì)即是在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)之上，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)，能夠在海量紛雜的數(shù)據(jù)之中快速洞察復(fù)雜因素間關(guān)聯(lián)，構(gòu)建起無法用簡單規(guī)則描述的規(guī)律和模式，從而利用“機(jī)器商”代替“智商”的方式得出復(fù)雜問題解。

其次，人工智能是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)降本增效的有效工具。

一方面，利用數(shù)“智”代替人“智”，人工智能減少人們?cè)诔淌交椭貜?fù)性事務(wù)上花費(fèi)的時(shí)間和精力，實(shí)現(xiàn)人力上的降本增效。例如在進(jìn)站安檢階段，利用視覺AI技術(shù)輔助人工安檢，對(duì)所有出入口安檢機(jī)拍攝的照片進(jìn)行集中智能化判圖，不僅可以提高安檢人員的排查效率，加快進(jìn)站通行速度，還可以減少站點(diǎn)安檢的人力部署，節(jié)省人力成本。

另一方面，利用算法的標(biāo)準(zhǔn)化替代人工的經(jīng)驗(yàn)化，可以保障過程執(zhí)行精度，從而實(shí)現(xiàn)流程上提質(zhì)增效。例如同樣在進(jìn)站安檢的場(chǎng)景下，基于智能判圖的程序化算法可以有效避免人工安檢易受主觀因素影響問題，提高檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性，保障安檢質(zhì)量，降低漏檢、不檢等風(fēng)險(xiǎn)隱患。

第三，人工智能是提升乘客出行體驗(yàn)的關(guān)鍵武器。

人們對(duì)出行的需求已從“行得了”，逐步演化為“行得快”還要“行得好”。所謂“行得快”，在城軌交通環(huán)節(jié)即是要減少搭乘等待時(shí)間、增加換乘連接的可靠性。例如上文提到的智慧安檢系統(tǒng)，人工智能主要通過提高流程自動(dòng)化水平來減少安檢排隊(duì)時(shí)間，加快乘客通行速度；而涉及更加復(fù)雜的列車調(diào)度問題，人工智能則從線網(wǎng)全局出發(fā)，通過全網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析實(shí)現(xiàn)運(yùn)力運(yùn)量的智能化匹配，進(jìn)而節(jié)省乘客站內(nèi)搭乘、換乘時(shí)間。而所謂“行得好”，則是在效率和便捷的基礎(chǔ)之上，為乘客提供以人為本的人文關(guān)懷。人工智能在其中則是通過對(duì)乘客需求的全方位感知，進(jìn)而為乘客提供主動(dòng)式、個(gè)性化服務(wù)。例如，通過視覺監(jiān)測(cè)算法識(shí)別到有乘客站臺(tái)上摔倒，或是殘障人士乘梯需求，可以及時(shí)派遣工作人員提供1v1服務(wù)。

第四，人工智能是推動(dòng)行業(yè)范式升級(jí)的必要力量。

一方面，人工智能通過語音識(shí)別、視覺識(shí)別等算法拓展了人能感知的廣度和深度，借助攝像頭、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣泛布局代替人拉肩扛的人工投入，從而能夠在第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)人、車、站、基礎(chǔ)設(shè)施等對(duì)象的快速感知、及時(shí)響應(yīng)，從而帶來第一輪范式升級(jí)，即從隨機(jī)偶發(fā)式的事后處理邁向“全時(shí)全程”的事中把控。

另一方面，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)，人工智能從感知向認(rèn)知拓展，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器決策、預(yù)測(cè)來指導(dǎo)業(yè)務(wù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)第二輪范式升級(jí)，即從被動(dòng)性管理邁向主動(dòng)性管理和預(yù)防性管理。例如，在運(yùn)維環(huán)節(jié)，結(jié)合人工智能對(duì)設(shè)備設(shè)施傳感數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)維修管理由經(jīng)驗(yàn)支撐向數(shù)據(jù)支撐轉(zhuǎn)變，維修模式由“故障修”、“計(jì)劃修”向“狀態(tài)修”、“預(yù)測(cè)修”轉(zhuǎn)變，形成軌交運(yùn)維新范式。

本文截取自《AI賦能城軌交通可持續(xù)發(fā)展報(bào)告》的第一部分。近期我們將陸續(xù)和大家分享其余報(bào)告部分——AI賦能智慧城軌的建設(shè)思路，以及商湯科技在智慧城軌方向的具體實(shí)踐。歡迎交流！