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AI如何賦能城軌交通的可持續發(fā)展?

2022-08-24 16:37:57 來(lái)源:楊燕 商湯智能產(chǎn)業(yè)研究院 作者:管理員 點(diǎn)擊量:1480

 

 

從城軌交通可持續發(fā)展講起

 

從地圖上看,城市公共交通像一張形態(tài)復雜而又設計巧妙的大網(wǎng),將城市的每個(gè)角落有機地連結在一起。如果將城市交通比作人體的循環(huán)系統,那么城軌交通便是系統中的主動(dòng)脈,它具有運輸容量大、遠距離、速達性、準時(shí)性等諸多特點(diǎn),在擴大城市通勤半徑、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(wǎng)報道,截至2021年12月31日,全國(不含港澳臺)共有51個(gè)城市開(kāi)通運營(yíng)城軌交通線(xiàn)路共計269條,運營(yíng)里程8708公里,車(chē)站5216座,實(shí)際開(kāi)行列車(chē)3120萬(wàn)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(wàn)人)來(lái)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(fā)展空間。中信證券估算,至2025年我國城軌運營(yíng)線(xiàn)路長(cháng)度將達到1.4萬(wàn)公里。據工信部賽迪智庫發(fā)布的《“新基建”發(fā)展白皮書(shū)》預測,在“新基建”所涵蓋的七大產(chǎn)業(yè)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(wàn)億元。

 

伴隨不斷增加的運營(yíng)里程、快速攀升的線(xiàn)網(wǎng)流量,尤其是大中型城市的軌交網(wǎng)絡(luò )日漸復雜,城軌交通的可持續發(fā)展成為重要命題。

 

一方面,隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展,城軌交通的乘運安全和運營(yíng)管理面臨著(zhù)巨大的壓力和挑戰。例如,軌道線(xiàn)路之間關(guān)聯(lián)度越來(lái)越高,單個(gè)線(xiàn)路或節點(diǎn)發(fā)生突發(fā)或異常事件的影響范圍和嚴重程度會(huì )有更大的不確定性,因此對相關(guān)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(shí)期車(chē)站客流擁堵,當前須實(shí)施限流措施來(lái)暫緩高峰壓力,對乘客出行效率帶來(lái)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(tài)檢測、診斷決策和維修處理仍然主要依賴(lài)人工作業(yè),成本高昂且效率低下……等等問(wèn)題暴露都需要城軌相關(guān)部門(mén)站在全局化視角,用更高效的手段來(lái)提高運行管理效率、確保乘運安全。

 

另一方面,隨著(zhù)生活質(zhì)量的提高,人們對出行品質(zhì)和體驗要求也越來(lái)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。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(guò)程中也能夠收獲良好的出行體驗,例如減少“門(mén)到門(mén)”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,城軌交通的可持續發(fā)展還體現在建設和經(jīng)營(yíng)階段。

 

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

 

城軌交通作為準公益服務(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。絕大多數城市的軌道交通運營(yíng)收入主要以票務(wù)收入為主。據統計,2019年全國軌交企業(yè)運營(yíng)成本(不含大修更新)的中位數為1126.15萬(wàn)元/公里,票務(wù)收入中位數556.37萬(wàn)元/公里,缺口約為570萬(wàn)元/公里,而隨著(zhù)運營(yíng)里程的增加,缺口將越來(lái)越大。這為城軌的可持續化經(jīng)營(yíng)提出新的要求,如何利用軌交得天獨厚的流量中樞,進(jìn)行價(jià)值發(fā)現和創(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)現可持續發(fā)展的重要抓手

 

 

上述城軌發(fā)展的內在要求和外在需求對城軌當前的建設、運營(yíng)和經(jīng)營(yíng)模式都提出了更高的挑戰,迫切需要轉變傳統的發(fā)展模式,結合技術(shù)創(chuàng )新和業(yè)務(wù)創(chuàng )新來(lái)突破發(fā)展瓶頸,滿(mǎn)足可持續發(fā)展要求。

 

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

 

隨著(zhù)5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等智慧化技術(shù)的發(fā)展和推廣,智慧城軌被認為是解決復雜系統問(wèn)題、促進(jìn)城軌交通行業(yè)可持續發(fā)展的重要抓手。

 

智慧城軌的內涵是以數據為核心構建人、車(chē)、站、基礎設施等要素的全面互聯(lián),通過(guò)數“智”(治)代替人“智”(治)來(lái)重構傳統業(yè)務(wù)流程,進(jìn)而引發(fā)新的范式變革——從過(guò)去對“物”的被動(dòng)式管理轉向對“人”的主動(dòng)式服務(wù),從事后問(wèn)責補救轉向事前預測規劃、事中實(shí)時(shí)把控,從而提升貫穿建設、運營(yíng)、經(jīng)營(yíng)全生命周期的管理效率,以及人們的出行服務(wù)水平,達到降本增效、安全運行、服務(wù)創(chuàng )新、價(jià)值增值的可持續發(fā)展目標,構建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟的新一代中國式智慧型城軌交通。

 

早在《國家中長(cháng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃綱要(2006-2020年)》中即已指明,“智能交通管理系統”是優(yōu)先主題之一。近年來(lái),國家出臺多項政策推動(dòng)軌交智能化的建設發(fā)展。例如,2016年制定的《交通運輸信息化“十三五”發(fā)展規劃》中,要求充分利用信息技術(shù)改造傳統交通運輸業(yè);2020年3月,我國城軌交通行業(yè)第一個(gè)“綱要”、“規劃”類(lèi)文件——《中國城軌交通智慧城軌發(fā)展綱要》(簡(jiǎn)稱(chēng)《綱要》)正式發(fā)布?!毒V要》“將云計算、大數據、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、衛星通信、區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)現大范圍、全方位、高效率的運行控制與管理,推進(jìn)城軌交通系統向網(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年達到世界領(lǐng)先水平。

 

在政策推動(dòng)、綱要指引與可持續發(fā)展要求的多重驅動(dòng)下,智慧城軌的建設和升級加速展開(kāi)。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(chǎng)簡(jiǎn)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(chǎng)將達到千億規模。

 

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(kāi)智慧化技術(shù)的賦能和應用,其中,5G、IOT、大數據、云計算等技術(shù)應用推動(dòng)了數字化、網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展進(jìn)程。通過(guò)數據的收集、匯聚、融合、共享為發(fā)展以數據為核心的智慧城軌奠定了基礎,而要進(jìn)一步實(shí)現更高層次的智慧化,還需要結合人工智能技術(shù)作為“智慧大腦”,基于多源、海量數據的智慧化分析,進(jìn)而形成決策、預判來(lái)指導城軌業(yè)務(wù)的最優(yōu)化運行。因此可以說(shuō),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)展上主要表現為以下四個(gè)方面。

 

首先,人工智能是求解復雜系統問(wèn)題的重要手段。

 

城軌線(xiàn)網(wǎng)化發(fā)展使得城軌交通體系逐漸向復雜網(wǎng)絡(luò )系統演化,任意節點(diǎn)/環(huán)節發(fā)生變化都可能給整體網(wǎng)絡(luò )運行帶來(lái)重大影響,正所謂牽一發(fā)動(dòng)全身,對運輸組織和安全管理帶來(lái)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(zhuān)業(yè)系統間的有序協(xié)調,以及隨著(zhù)客流量增大,城軌在高密度、短間隔的運行狀態(tài)下容易受到客流波動(dòng)、設備故障、惡劣天氣等隨機因素干擾。

 

隨著(zhù)節點(diǎn)數量的增加,城軌網(wǎng)絡(luò )的復雜性將呈現指數級增長(cháng),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(wèn)題的重要方法。數“智”的本質(zhì)即是在數字化、網(wǎng)絡(luò )化的基礎之上,通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的深度學(xué)習,能夠在海量紛雜的數據之中快速洞察復雜因素間關(guān)聯(lián),構建起無(wú)法用簡(jiǎn)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(wèn)題解。

 

其次,人工智能是實(shí)現業(yè)務(wù)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(wù)上花費的時(shí)間和精力,實(shí)現人力上的降本增效。例如在進(jìn)站安檢階段,利用視覺(jué)AI技術(shù)輔助人工安檢,對所有出入口安檢機拍攝的照片進(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,節省人力成本。

 

另一方面,利用算法的標準化替代人工的經(jīng)驗化,可以保障過(guò)程執行精度,從而實(shí)現流程上提質(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(guān)因素影響問(wèn)題,提高檢測結果的穩定性,保障安檢質(zhì)量,降低漏檢、不檢等風(fēng)險隱患。

 

第三,人工智能是提升乘客出行體驗的關(guān)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(huán)節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,人工智能主要通過(guò)提高流程自動(dòng)化水平來(lái)減少安檢排隊時(shí)間,加快乘客通行速度;而涉及更加復雜的列車(chē)調度問(wèn)題,人工智能則從線(xiàn)網(wǎng)全局出發(fā),通過(guò)全網(wǎng)數據實(shí)時(shí)分析實(shí)現運力運量的智能化匹配,進(jìn)而節省乘客站內搭乘、換乘時(shí)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(guān)懷。人工智能在其中則是通過(guò)對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(guò)視覺(jué)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(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)范式升級的必要力量。

 

一方面,人工智能通過(guò)語(yǔ)音識別、視覺(jué)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(lián)網(wǎng)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(shí)間實(shí)現對人、車(chē)、站、基礎設施等對象的快速感知、及時(shí)響應,從而帶來(lái)第一輪范式升級,即從隨機偶發(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,人工智能從感知向認知拓展,最終實(shí)現機器決策、預測來(lái)指導業(yè)務(wù)運行,實(shí)現第二輪范式升級,即從被動(dòng)性管理邁向主動(dòng)性管理和預防性管理。例如,在運維環(huán)節,結合人工智能對設備設施傳感數據的分析和預測,實(shí)現養護維修管理由經(jīng)驗支撐向數據支撐轉變,維修模式由“故障修”、“計劃修”向“狀態(tài)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(fā)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(shí)踐。歡迎交流!

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