從城軌交通可持續發展講起

從地圖上看，城市公共交通像一張形態復雜而又設計巧妙的大網，將城市的每個角落有機地連結在一起。如果將城市交通比作人體的循環系統，那么城軌交通便是系統中的主動脈，它具有運輸容量大、遠距離、速達性、準時性等諸多特點，在擴大城市通勤半徑、緩解城市交通堵塞、優化城市交通布局等方面起到了重要作用。以北上廣為例，北京的通勤半徑達到40公里，上海達到了39公里，廣州也有31公里。得益于城軌交通系統的迅速擴張，城市活力向外輻射。

據中國交通新聞網報道，截至2021年12月31日，全國（不含港澳臺）共有51個城市開通運營城軌交通線路共計269條，運營里程8708公里，車站5216座，實際開行列車3120萬列次，完成客運量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）等國際城市對比相距較大，城軌交通仍有巨大的發展空間。中信證券估算，至2025年我國城軌運營線路長度將達到1.4萬公里。據工信部賽迪智庫發布的《“新基建”發展白皮書》預測，在“新基建”所涵蓋的七大產業中，對高鐵和城軌的投資規模最大，預計至2025年直接投資將達到4.5萬億元。

伴隨不斷增加的運營里程、快速攀升的線網流量，尤其是大中型城市的軌交網絡日漸復雜，城軌交通的可持續發展成為重要命題。

一方面，隨著網絡化發展，城軌交通的乘運安全和運營管理面臨著巨大的壓力和挑戰。例如，軌道線路之間關聯度越來越高，單個線路或節點發生突發或異常事件的影響范圍和嚴重程度會有更大的不確定性，因此對相關設備設施、人員、事件等安全監測要求提高；因運力運量不匹配、通行效率低等因素造成高峰時期車站客流擁堵，當前須實施限流措施來暫緩高峰壓力，對乘客出行效率帶來較大影響；在運維方面，當前針對巨量設備設施和基礎設施等的狀態檢測、診斷決策和維修處理仍然主要依賴人工作業，成本高昂且效率低下……等等問題暴露都需要城軌相關部門站在全局化視角，用更高效的手段來提高運行管理效率、確保乘運安全。

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

此外，城軌交通的可持續發展還體現在建設和經營階段。

隨著城軌交通的快速發展和城市群建設的逐步推進，我國城軌交通建設向線網化、多元化的復雜線網工程演進，為城軌交通建設提出新的挑戰。這意味著在建工地數量和參與建設的相關人員都將急劇增加，將大幅提升城軌建設過程管理的復雜度。如何提高建設管理效率，保障工程順利開展是城軌建設的重點。

城軌交通作為準公益服務型產品的定位，決定了其票價水平不可能參照成本支出而定。絕大多數城市的軌道交通運營收入主要以票務收入為主。據統計，2019年全國軌交企業運營成本（不含大修更新）的中位數為1126.15萬元/公里，票務收入中位數556.37萬元/公里，缺口約為570萬元/公里，而隨著運營里程的增加，缺口將越來越大。這為城軌的可持續化經營提出新的要求，如何利用軌交得天獨厚的流量中樞，進行價值發現和創造將是軌交行業積極探索的方向之一。

智慧城軌是實現可持續發展的重要抓手

上述城軌發展的內在要求和外在需求對城軌當前的建設、運營和經營模式都提出了更高的挑戰，迫切需要轉變傳統的發展模式，結合技術創新和業務創新來突破發展瓶頸，滿足可持續發展要求。

習近平主席在“第二屆聯合國全球可持續交通大會”致辭《與世界相交 與時代相通 在可持續發展道路上闊步前行》中提出“堅持創新驅動，增強發展動能。要大力發展智慧交通和智慧物流，推動大數據、互聯網、人工智能、區塊鏈等新技術與交通行業深度融合，使人享其行、物暢其流。”

隨著5G、人工智能、物聯網、云計算等智慧化技術的發展和推廣，智慧城軌被認為是解決復雜系統問題、促進城軌交通行業可持續發展的重要抓手。

智慧城軌的內涵是以數據為核心構建人、車、站、基礎設施等要素的全面互聯，通過數“智”（治）代替人“智”（治）來重構傳統業務流程，進而引發新的范式變革——從過去對“物”的被動式管理轉向對“人”的主動式服務，從事后問責補救轉向事前預測規劃、事中實時把控，從而提升貫穿建設、運營、經營全生命周期的管理效率，以及人們的出行服務水平，達到降本增效、安全運行、服務創新、價值增值的可持續發展目標，構建安全、便捷、高效、綠色、經濟的新一代中國式智慧型城軌交通。

早在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中即已指明，“智能交通管理系統”是優先主題之一。近年來，國家出臺多項政策推動軌交智能化的建設發展。例如，2016年制定的《交通運輸信息化“十三五”發展規劃》中，要求充分利用信息技術改造傳統交通運輸業；2020年3月，我國城軌交通行業第一個“綱要”、“規劃”類文件——《中國城軌交通智慧城軌發展綱要》（簡稱《綱要》）正式發布。《綱要》“將云計算、大數據、物聯網、人工智能、5G、衛星通信、區塊鏈等新興信息技術與城軌交通業務深度融合，實現大范圍、全方位、高效率的運行控制與管理，推進城軌交通系統向網聯化、協同化和智能化方向發展。”《綱要》指出，在2025年中國城軌智慧化水平要進入世界先進行列，2035年達到世界領先水平。

在政策推動、綱要指引與可持續發展要求的多重驅動下，智慧城軌的建設和升級加速展開。根據“中國城軌交通2018年度統計和分析報告”與“2018上半年我國城軌交通智能化市場簡要統計與分析”可知，目前城軌交通智能化項目投資占總項目投資約3%-5%，按同等滲透水平預測，到2025年我國智慧城軌市場將達到千億規模。

AI是賦能智慧城軌發展的核心引擎

智慧城軌發展離不開智慧化技術的賦能和應用，其中，5G、IOT、大數據、云計算等技術應用推動了數字化、網絡化的發展進程。通過數據的收集、匯聚、融合、共享為發展以數據為核心的智慧城軌奠定了基礎，而要進一步實現更高層次的智慧化，還需要結合人工智能技術作為“智慧大腦”，基于多源、海量數據的智慧化分析，進而形成決策、預判來指導城軌業務的最優化運行。因此可以說，人工智能是賦能智慧城軌發展的核心引擎。

作為核心引擎，人工智能在賦能智慧城軌發展上主要表現為以下四個方面。

首先，人工智能是求解復雜系統問題的重要手段。

城軌線網化發展使得城軌交通體系逐漸向復雜網絡系統演化，任意節點/環節發生變化都可能給整體網絡運行帶來重大影響，正所謂牽一發動全身，對運輸組織和安全管理帶來了極大挑戰。此外，城軌系統復雜性還體現在多樣性和隨機性上——不同制式、專業系統間的有序協調，以及隨著客流量增大,城軌在高密度、短間隔的運行狀態下容易受到客流波動、設備故障、惡劣天氣等隨機因素干擾。

隨著節點數量的增加，城軌網絡的復雜性將呈現指數級增長，遠遠超出人“智”所能處理的極限。因此，基于人工智能的數“智”成為求解城軌復雜系統問題的重要方法。數“智”的本質即是在數字化、網絡化的基礎之上，通過神經網絡的深度學習，能夠在海量紛雜的數據之中快速洞察復雜因素間關聯，構建起無法用簡單規則描述的規律和模式，從而利用“機器商”代替“智商”的方式得出復雜問題解。

其次，人工智能是實現業務降本增效的有效工具。

一方面，利用數“智”代替人“智”，人工智能減少人們在程式化和重復性事務上花費的時間和精力，實現人力上的降本增效。例如在進站安檢階段，利用視覺AI技術輔助人工安檢，對所有出入口安檢機拍攝的照片進行集中智能化判圖，不僅可以提高安檢人員的排查效率，加快進站通行速度，還可以減少站點安檢的人力部署，節省人力成本。

另一方面，利用算法的標準化替代人工的經驗化，可以保障過程執行精度，從而實現流程上提質增效。例如同樣在進站安檢的場景下，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，提高檢測結果的穩定性，保障安檢質量，降低漏檢、不檢等風險隱患。

第三，人工智能是提升乘客出行體驗的關鍵武器。

人們對出行的需求已從“行得了”，逐步演化為“行得快”還要“行得好”。所謂“行得快”，在城軌交通環節即是要減少搭乘等待時間、增加換乘連接的可靠性。例如上文提到的智慧安檢系統，人工智能主要通過提高流程自動化水平來減少安檢排隊時間，加快乘客通行速度；而涉及更加復雜的列車調度問題，人工智能則從線網全局出發，通過全網數據實時分析實現運力運量的智能化匹配，進而節省乘客站內搭乘、換乘時間。而所謂“行得好”，則是在效率和便捷的基礎之上，為乘客提供以人為本的人文關懷。人工智能在其中則是通過對乘客需求的全方位感知，進而為乘客提供主動式、個性化服務。例如，通過視覺監測算法識別到有乘客站臺上摔倒，或是殘障人士乘梯需求，可以及時派遣工作人員提供1v1服務。

第四，人工智能是推動行業范式升級的必要力量。

一方面，人工智能通過語音識別、視覺識別等算法拓展了人能感知的廣度和深度，借助攝像頭、傳感器等物聯網設備的廣泛布局代替人拉肩扛的人工投入，從而能夠在第一時間實現對人、車、站、基礎設施等對象的快速感知、及時響應，從而帶來第一輪范式升級，即從隨機偶發式的事后處理邁向“全時全程”的事中把控。

另一方面，基于神經網絡的深度學習，人工智能從感知向認知拓展，最終實現機器決策、預測來指導業務運行，實現第二輪范式升級，即從被動性管理邁向主動性管理和預防性管理。例如，在運維環節，結合人工智能對設備設施傳感數據的分析和預測，實現養護維修管理由經驗支撐向數據支撐轉變，維修模式由“故障修”、“計劃修”向“狀態修”、“預測修”轉變，形成軌交運維新范式。

本文截取自《AI賦能城軌交通可持續發展報告》的第一部分。近期我們將陸續和大家分享其余報告部分——AI賦能智慧城軌的建設思路，以及商湯科技在智慧城軌方向的具體實踐。歡迎交流！