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        智慧城市軌道交通發(fā)展水平分析*

        2021-10-23 07:19:22項英輝王佳田
        施工技術(shù)(中英文) 2021年15期
        關(guān)鍵詞:城軌軌道交通智慧

        項英輝,王佳田

        (沈陽建筑大學(xué)管理學(xué)院,遼寧 沈陽 110168)

        0 引言

        至2020年底,我國45個城市累計開通城市軌道交通運營線路達7 978.19km。隨著互聯(lián)網(wǎng)+城市軌道交通的發(fā)展,基于自動化、智能化的新技術(shù)與新模式不斷出現(xiàn),其中全自動運行技術(shù)、云技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、BIM技術(shù)等助力了智慧城市軌道交通(以下簡稱智慧城軌)的發(fā)展,北京、上海、深圳等地已在全自動運行技術(shù)、智慧運營、智慧維保與移動互聯(lián)支付等領(lǐng)域進行了多項實踐創(chuàng)新。智慧城軌建設(shè)與發(fā)展提升了城市軌道交通運行效率和管理水平,促進安全、高效、舒適客運體系的建立。通過人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)等的結(jié)合,增加了客流量、設(shè)備及環(huán)境數(shù)據(jù)采集量,更智能的數(shù)據(jù)挖掘和分析預(yù)測技術(shù),提高了數(shù)據(jù)實時傳輸與監(jiān)測效率,提升了行業(yè)服務(wù)能力,以便及時發(fā)現(xiàn)安全隱患等問題[1]。

        現(xiàn)階段,對智慧城軌發(fā)展的研究主要體現(xiàn)在以下方面:①發(fā)展現(xiàn)狀梳理與分析 劉純潔[1]認為智慧交通是智慧城市的重要組成部分,將城市軌道交通與新興技術(shù)相結(jié)合,可更好地提升城市軌道交通行業(yè)智能化發(fā)展,提升社會、經(jīng)濟效益,支撐智慧城市建設(shè);中國城市軌道交通協(xié)會[2]提出城市軌道交通行業(yè)信息化建設(shè)步入快速發(fā)展階段,已初具規(guī)模,改變了傳統(tǒng)建設(shè)、服務(wù)和經(jīng)營模式,加強了智慧城軌現(xiàn)階段健康有序發(fā)展;汪鳴等[3]認為城市軌道交通智慧化發(fā)展已成必然趨勢,現(xiàn)代化城市發(fā)展應(yīng)借助現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能技術(shù),尋求更適合自身發(fā)展的智慧方法;②發(fā)展水平評價指標體系研究 張唯[4]構(gòu)建了以安全類、服務(wù)類、效率類和效益類為基礎(chǔ)的智慧城軌運維指標體系;中國城市軌道交通協(xié)會[2]提出了智慧城軌建設(shè)路徑,基于智慧乘客服務(wù)、智能運輸組織、智能能源系統(tǒng)、智能列車運行、智能技術(shù)裝備、智能基礎(chǔ)設(shè)施、智能運維安全、智慧網(wǎng)絡(luò)管理、城軌云與大數(shù)據(jù)平臺、中國智慧城軌技術(shù)標準體系,構(gòu)建了智慧城軌發(fā)展水平評價指標體系;黃愉文等[5]基于智慧地鐵樞紐建設(shè)能力和運行成效,結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè),提出了包含感知體系、運營決策、應(yīng)急指揮、乘客服務(wù)在內(nèi)的4類評價指標,為本文評價指標體系的構(gòu)建與案例分析奠定了基礎(chǔ)。

        已有研究多從智慧城軌內(nèi)涵出發(fā),對智慧城軌發(fā)展趨勢進行分析,但對發(fā)展水平評價指標的研究較少,未分析量化指標,無法全面動態(tài)了解智慧城軌發(fā)展趨勢。為此,以智慧城軌發(fā)展水平為評價主體,以《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中的共性指標為基礎(chǔ),增加促進智慧城軌發(fā)展的個性化指標,建立評價指標體系,并進行案例分析,針對發(fā)展薄弱環(huán)節(jié)提出解決對策與建議,以促進智慧城軌高質(zhì)量發(fā)展。

        1 評價指標體系

        本文以系統(tǒng)性、可采集性、全面性和重點性、簡明科學(xué)性和動態(tài)性為原則,采用文獻研究法、定量與定性分析結(jié)合法構(gòu)建智慧城軌發(fā)展水平評價指標體系[6],如表1所示。

        表1 智慧城軌發(fā)展水平評價指標體系

        根據(jù)2017—2020年北京市城市軌道交通數(shù)據(jù),獲取表1中定性指標數(shù)據(jù),由10名專家組成評審小組,對定性指標進行打分,取平均值作為最終結(jié)果。根據(jù)交通運輸部公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、《北京統(tǒng)計年鑒》《中國城市軌道交通年鑒》《城市軌道交通年度統(tǒng)計和分析報告》等獲取表1中定量指標數(shù)據(jù)。

        2 評價模型

        為使研究結(jié)果更具客觀性,采用熵權(quán)法確定指標權(quán)重[7],采用TOPSIS法計算綜合指標值,建立基于熵權(quán)-TOPSIS法的智慧城軌發(fā)展水平評價模型。

        2.1 評價指標矩陣歸一化處理

        假設(shè)有n個數(shù)據(jù)年份,m個指標,則構(gòu)造決策矩陣為:

        X=(Xij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

        (1)

        由于指標單位具有差異性,因此需進行歸一化處理,其中正向指標為:

        (2)

        負向指標為:

        (3)

        2.2 指標權(quán)重的獲取

        1)計算第i年第j個指標占該指標的比重:

        (4)

        2)計算第j個指標熵值:

        (5)

        3)計算指標權(quán)重:

        (6)

        2.3 TOPSIS法綜合評價

        1)計算最終決策標準化矩陣:

        V={Vij}m×n={Wj×Xij}m×n

        (i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

        (7)

        2)確定正理想解(最優(yōu)解)V+與負理想解(最劣解)V-:

        (i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

        (8)

        (i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

        (9)

        (10)

        (11)

        4)計算各年發(fā)展水平與最優(yōu)指標矩陣間的貼近度:

        (12)

        C+越大表明該年智慧城軌發(fā)展水平越高,C+越小則相反。

        5)按貼近度進行智慧城軌發(fā)展水平排序,根據(jù)李印等[8]的研究成果劃分等級,如表2所示。

        表2 智慧城軌發(fā)展水平等級劃分

        3 案例分析

        根據(jù)搜集到的指標數(shù)據(jù),計算得到2017—2020年北京市智慧城軌發(fā)展水平評價指標權(quán)重,如表3,4所示。由表3可知,要素層指標對智慧城軌發(fā)展水平影響程度排序為智能列車運行>智能運營管理>智慧乘客服務(wù)>智能運輸組織>智慧網(wǎng)絡(luò)管理>城軌云與大數(shù)據(jù)平臺。

        表3 要素層指標(一級指標)權(quán)重計算結(jié)果

        表4 指標層指標(二級指標)權(quán)重計算結(jié)果

        計算得到2017—2020年北京市智慧城軌發(fā)展水平貼近度依次為0.106,0.286,0.519,0.702,可知隨著時間的增加,貼近度呈平穩(wěn)上升的良好趨勢,表明智慧城軌正在穩(wěn)步上升發(fā)展。

        2020年,北京市智慧城軌發(fā)展水平貼近度為0.702,仍處于中等發(fā)展水平,這是因為我國智慧城軌發(fā)展目前處于初期階段。隨著科學(xué)技術(shù)的進步,我國智慧城軌發(fā)展存在較大的潛力。

        2017—2020年北京市智慧乘客服務(wù)發(fā)展水平貼近度依次為0.132,0.366,0.443,0.695,2019年發(fā)展水平增速雖略有減小,但總體呈上升趨勢,處于中等偏低水平;智能運輸組織發(fā)展水平貼近度依次為0.095,0.253,0.516,0.676,發(fā)展水平較低,但總體呈上升趨勢;智能列車運行發(fā)展水平貼近度依次為0.109,0.290,0.587,0.707,發(fā)展水平上升趨勢明顯,已達中等水平;智能運營管理發(fā)展水平貼近度依次為0.101,0.269,0.556,0.724,發(fā)展水平處于平穩(wěn)上升趨勢,已達中等水平;智慧網(wǎng)絡(luò)管理發(fā)展水平貼近度依次為0.101,0.269,0.553,0.698,發(fā)展水平總體呈上升趨勢,處于中等偏低水平;城軌云與大數(shù)據(jù)平臺發(fā)展水平貼近度依次為0.085,0.226,0.481,0.698,發(fā)展水平貼近度較快,上升趨勢顯著,處于中等偏低水平。

        隨著出行總量的持續(xù)增長,基于城市軌道交通便捷性、準點性的特點,越來越多的乘客選擇其作為出行方式,這導(dǎo)致?lián)頂D度增加、舒適度與滿意度降低[9]。因此,我國交通發(fā)展需求已從“速度、規(guī)模”向“質(zhì)量、舒適”轉(zhuǎn)變,高效便捷、安全可達已難以滿足出行需要,乘客們更關(guān)注出行舒適度與滿意度。因此,智慧城軌的發(fā)展需在滿足乘客期望的前提下穩(wěn)中求進。

        我國城市軌道交通進入網(wǎng)絡(luò)化多制式發(fā)展時代,已有多個自主化生產(chǎn)系統(tǒng),在列車運行控制系統(tǒng)、車輛裝備及技術(shù)改造方面取得了新的突破,正由依賴于人工操作向系統(tǒng)平臺聯(lián)動管理轉(zhuǎn)變。但信息化應(yīng)用水平較低,業(yè)務(wù)種類繁多,且內(nèi)部信息分散獨立,缺乏聯(lián)系,導(dǎo)致運營管理效率較低,需加強數(shù)據(jù)資源利用與動態(tài)組織協(xié)調(diào)管理能力。

        我國城市軌道交通行業(yè)緊跟新一代信息技術(shù)發(fā)展腳步,整合了5G、物聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。但受基站建設(shè)成本與周期等影響,新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)無法完全應(yīng)用于智慧城軌發(fā)展中。城軌云與大數(shù)據(jù)平臺作為基礎(chǔ)平臺,已在呼和浩特、武漢進行了示范應(yīng)用,發(fā)展水平有待進一步提高,需不斷進行更新優(yōu)化。

        4 對策與建議

        4.1 構(gòu)建精準感知的網(wǎng)絡(luò)化智能運輸組織體系

        1)加強網(wǎng)絡(luò)化動態(tài)調(diào)度與智能客流感知能力,建立實施客流-車流耦合的動態(tài)調(diào)度機制,進行線網(wǎng)運力、運量和列車協(xié)同優(yōu)化,形成網(wǎng)絡(luò)化韌性運行新模式。

        2)基于實時收集的路網(wǎng)數(shù)據(jù),建造線網(wǎng)運營調(diào)度指揮中心,對客流數(shù)據(jù)進行精準化和智能化計算分析,進而開展客流實時監(jiān)測預(yù)警與態(tài)勢演變分析,促進線網(wǎng)運力資源優(yōu)化。

        3)完善公共安全突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案,加強優(yōu)化應(yīng)急方案的智能生成與多種交通運輸方式的協(xié)同處理,提升運輸指揮與應(yīng)急反應(yīng)能力。

        4.2 建立集技術(shù)標準與安全保障于一體的基準網(wǎng)絡(luò)體系

        1)將5G技術(shù)與智慧城軌需求相匹配,基于智慧城軌復(fù)雜場景建立多個方案。由于城市軌道業(yè)態(tài)封閉性較高,存在外部信號難以進入及信號盲區(qū)較多等問題,可通過RIS或小蜂窩技術(shù)擴展通信范圍。

        2)設(shè)置濾波器帶寬,減少雜散輻射干擾。根據(jù)2G~5G容量需求,城市軌道采取多頻段覆蓋方式,易產(chǎn)生頻段間的相互干涉,濾波器帶寬的設(shè)置可保障終端系統(tǒng)用戶的正常使用。

        3)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu),包括安全框架、接入安全、用戶數(shù)據(jù)及用戶身份信息機密性和完整性保護,制定場景安全標準,為多樣化的5G應(yīng)用場景提供差異化安全服務(wù),提升智慧城軌無線網(wǎng)絡(luò)安全性[10]。

        4.3 構(gòu)建信息共享且安全可控的云平臺

        建設(shè)“終端安全可靠、設(shè)備接入可信、平臺威脅可見、應(yīng)用風險可控”的智慧城軌云平臺。

        1)建立自主化數(shù)據(jù)庫與共享平臺,打破數(shù)據(jù)信息孤島,重點解決共享數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲、管理等問題。

        2)通過云平臺對智慧城軌計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等資源進行統(tǒng)一管理。

        3)加強云平臺安全體系建設(shè),采用安全智能協(xié)同技術(shù),規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)安全防護體系,保證云平臺網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運行。

        5 結(jié)語

        目前,發(fā)展智慧城軌已成為必然趨勢,本文以北京市智慧城軌發(fā)展水平研究為例,得出以下結(jié)論。

        1)建立智慧城軌發(fā)展水平評價指標體系,包括智慧乘客服務(wù)、智能運輸組織、智能列車運行、智能運營管理、智慧網(wǎng)絡(luò)管理、城軌云與大數(shù)據(jù)平臺在內(nèi)的 6 個一級指標和最小發(fā)車間隔、運營服務(wù)時長等在內(nèi)的25個二級指標。

        2)北京市智慧城軌發(fā)展水平逐年穩(wěn)步提高,2020年發(fā)展水平貼近度為0.702。

        3)北京市軌道交通信息化建設(shè)、城市軌道裝備制造業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模,智慧城軌發(fā)展存在較大潛力。

        4)智能列車運行、智能運營管理與智慧乘客服務(wù)對智慧城軌發(fā)展水平的影響較大,智能運輸組織、智慧網(wǎng)絡(luò)管理和城軌云與大數(shù)據(jù)平臺是智慧城軌發(fā)展的重要指標,應(yīng)努力實現(xiàn)智慧城軌“1+1>2”的乘數(shù)效應(yīng)。

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