文：魏宏偉，夏 昕丨中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司

為推進(jìn)軌道交通智慧化在跨座式單軌中的應(yīng)用，對(duì)跨座式單軌的主要特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了跨座式單軌智慧化的研究思路。將建設(shè)高度集成化、自動(dòng)化、智慧化的城市軌道交通，以減少工程投資、全壽命周期成本、用房面積、運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員數(shù)量，提高運(yùn)營(yíng)效率，提升乘客出行體驗(yàn)作為建設(shè)目標(biāo)，并參考《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，從智慧單軌乘客服務(wù)、智能單軌運(yùn)輸組織、智能單軌能源系統(tǒng)、智能單軌列車運(yùn)行、智能單軌技術(shù)裝備、智能單軌基礎(chǔ)設(shè)施、智能單軌運(yùn)維安全、智慧網(wǎng)絡(luò)管理、單軌云與大數(shù)據(jù)平臺(tái)等方向提出智慧單軌的建設(shè)方案。

2020年初，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)遵循“推進(jìn)城軌信息化，發(fā)展智能系統(tǒng)，建設(shè)智慧城軌”的建設(shè)主線，組織編制并發(fā)布了《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》（以下簡(jiǎn)稱：《綱要》），提出了智慧城軌建設(shè)目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)等，各城市順應(yīng)綱要的要求，紛紛開(kāi)展智慧城軌的建設(shè)?？缱絾诬壸鳛槌鞘熊壍澜煌ㄖ械囊粏T，也需進(jìn)行智慧化研究工作。

跨座式單軌屬于中等運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)，具有建設(shè)成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、噪聲低、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，已有30余座城市將跨座式單軌作為城市交通干線并進(jìn)行線網(wǎng)規(guī)劃，許多學(xué)者對(duì)跨座式單軌的適應(yīng)性、線網(wǎng)的規(guī)模、線路的走向、站位的設(shè)置、系統(tǒng)的組成等方面進(jìn)行研究，但較少對(duì)單軌智慧化建設(shè)進(jìn)行深入探討，以下將針對(duì)智慧單軌的發(fā)展進(jìn)行研究。

一、跨座式單軌主要特點(diǎn)分析

跨座式單軌與傳統(tǒng)地鐵有以下區(qū)別：

1.運(yùn)輸能力及適用范圍不同?？缱絾诬壐鶕?jù)不同的車型和編組，單向高峰小時(shí)輸送能力為1萬(wàn)人～3萬(wàn)人，特別適用于：①中等城市（中心城區(qū)人口100萬(wàn)～300萬(wàn)）的軌道交通干線；②大城市（中心城區(qū)人口300萬(wàn)以上）的軌道交通加密線；③地形復(fù)雜、道路資源緊張的交通線路；④旅游觀光線路；⑤對(duì)噪聲、振動(dòng)等環(huán)境指標(biāo)要求高的大型社區(qū)和組團(tuán)內(nèi)部交通線路。

2.功能及投資不同。目前，除重慶市將跨座式單軌作為了城市軌道交通的加密線路外，其它在建或計(jì)劃修建的城市基本都將中運(yùn)量跨座式單軌作為了城市的交通干線，這些城市均為經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的中型城市，與建設(shè)地鐵的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口眾多的大型城市有顯著區(qū)別，同時(shí)兩者的建設(shè)投資差異巨大，跨座式單軌造價(jià)為3億元/公里，而地鐵通常為6億元/公里至8億元/公里。

3.建設(shè)規(guī)模不同。一般情況下，規(guī)劃或建設(shè)跨座式單軌的城市，其線網(wǎng)規(guī)模要遠(yuǎn)小于地鐵建設(shè)城市，通常由6條至8條市區(qū)線路及2條至4條市域線路組成，總體規(guī)模多為10條至15條，規(guī)劃里程多為300公里至400公里；而進(jìn)行地鐵建設(shè)的城市，線網(wǎng)規(guī)模多為20條至30條，規(guī)劃里程達(dá)1000公里以上。

4.智慧化程度差異?？缱絾诬壗ㄔO(shè)起步較晚，但其建設(shè)先進(jìn)程度后來(lái)居上，如蕪湖跨座式單軌采用全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)方案，而地鐵全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用普及率較低。

二、智慧單軌研究思路

中運(yùn)量的跨座式單軌通常為高架方式敷設(shè)，運(yùn)量較地鐵小，車站規(guī)模也較小，故在地鐵中進(jìn)行的地下區(qū)間監(jiān)測(cè)、車站內(nèi)導(dǎo)航等在智慧單軌中可以省去；另外，由于跨座式單軌整體投資較低，應(yīng)以方便日常運(yùn)維，降低后期維護(hù)成本為目標(biāo)。

跨座式單軌規(guī)劃建設(shè)的城市初期通常僅有1～2條線路開(kāi)工建設(shè)，后續(xù)建設(shè)速度也不如地鐵，故在智慧化應(yīng)用中，城軌云及大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)宜分步進(jìn)行。

跨座式單軌規(guī)模小、投資低，故需要技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高的智慧方案，以減少日常的運(yùn)營(yíng)、維修、維護(hù)工作，并進(jìn)一步降低成本。

跨座式單軌具有中低運(yùn)量的特性，客流總量及普通車站的客流密度與常規(guī)城市軌道交通有很大差別。因此對(duì)票務(wù)、安檢等與乘客服務(wù)深度相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)的智慧化研究，可建立在低客流密度的基礎(chǔ)上，對(duì)一些地鐵應(yīng)用加以優(yōu)化創(chuàng)新，再納入到智慧單軌建設(shè)。

跨座式單軌應(yīng)用較少，單軌車輛的生產(chǎn)制造廠家也較少，故傳統(tǒng)單軌車輛的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度較低，造成車輛運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維、檢修差異化大，相關(guān)配套的運(yùn)營(yíng)設(shè)備、運(yùn)維設(shè)備、檢修設(shè)備都存在差異性，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備數(shù)量及管理難度增加。

總體而言，智慧單軌的主要建設(shè)目標(biāo)是以較少的工程建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本取得較大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，故需要將其建設(shè)為高度集成化、自動(dòng)化、智慧化的智慧城軌。

三、智慧單軌主要建設(shè)內(nèi)容

智慧單軌的建設(shè)應(yīng)遵循《綱要》要求，即鋪畫1張智慧單軌發(fā)展藍(lán)圖，創(chuàng)建智慧單軌乘客服務(wù)、智能單軌運(yùn)輸組織、智能單軌能源系統(tǒng)、智能單軌列車運(yùn)行、智能單軌技術(shù)裝備、智能單軌基礎(chǔ)設(shè)施、智能單軌運(yùn)維安全和智慧網(wǎng)絡(luò)管理8大體系，建立1個(gè)單軌云平臺(tái)及大數(shù)據(jù)平臺(tái)，制定1套中國(guó)智慧單軌技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系（即“1-8-1-1”布局）。智慧單軌主要研究體系及內(nèi)容見(jiàn)圖1。

圖1 智慧單軌主要研究體系

應(yīng)將有利于顯著提高乘客體驗(yàn)度和服務(wù)水平、體現(xiàn)智慧單軌建設(shè)以人為本的先進(jìn)性的技術(shù)，以及有利于顯著提高運(yùn)營(yíng)維保自動(dòng)化或者智慧化程度的減員增效的技術(shù)應(yīng)用作為主要方向。

（一）智慧單軌乘客服務(wù)體系

以乘客需求為核心，在智能診斷和科學(xué)決策的基礎(chǔ)上，針對(duì)乘客的 進(jìn)站-引導(dǎo)-安檢-購(gòu)票-進(jìn)站過(guò)閘-上車-乘車-下車-換乘-出站引導(dǎo)-出站過(guò)閘全過(guò)程出行鏈，依靠各類智能終端，提供精準(zhǔn)化、智能化、個(gè)性化的全過(guò)程出行服務(wù)。實(shí)現(xiàn)公眾出行感受更美好便捷。主要包括以下幾部分內(nèi)容。

智慧出行。針對(duì)乘客出行的需求，提供多平臺(tái)、多終端、多功能的全出行鏈引導(dǎo)服務(wù)。

智慧安檢。采用新型智能化安檢設(shè)備，結(jié)合檢票/安檢一體化的需求，建立一套基于實(shí)名信用體制的新型安檢模式。

智慧票務(wù)。進(jìn)一步優(yōu)化票種，實(shí)現(xiàn)無(wú)感支付、快速通過(guò)，提高票務(wù)管控力度，減少人工作業(yè)量。采用新型終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)與輕量化車站的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

智慧乘車。實(shí)現(xiàn)候車、乘車兩個(gè)場(chǎng)景智慧化的乘車引導(dǎo)、乘車服務(wù)以及一些應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)。

智慧客服。通過(guò)智慧化手段，提高客服中心工作效率，提升乘客的服務(wù)體驗(yàn)，減少運(yùn)營(yíng)人力耗費(fèi)。包含票務(wù)事務(wù)處理、應(yīng)急、招援、便民服務(wù)等功能。

智慧保障。通過(guò)提高車站對(duì)車站環(huán)境、設(shè)備、乘客異常事件等信息的感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)控，以及應(yīng)急事件的迅速響應(yīng)處置。

（二）智能單軌運(yùn)輸組織體系

通過(guò)考慮深層次互聯(lián)互通要求，進(jìn)行互通運(yùn)營(yíng)組織模式設(shè)計(jì)、交路和配線設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)備選型設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)運(yùn)能運(yùn)量精準(zhǔn)匹配、線網(wǎng)運(yùn)輸互聯(lián)互通、乘客出行快捷便利、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)輸組織高效等要求。

智能單軌互聯(lián)互通運(yùn)輸組織多層次的需求分析。包括城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展態(tài)勢(shì)、互聯(lián)互通需求、國(guó)外城市軌道交通互聯(lián)互通發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)借鑒、互聯(lián)互通的層次及其特征等。

智能單軌互聯(lián)互通運(yùn)輸組織的適用范圍和適用條件。包括跨座式單軌系統(tǒng)的種類與主要技術(shù)特征，互聯(lián)互通的主要技術(shù)障礙、互聯(lián)互通的先決條件以及智能單軌互聯(lián)互通運(yùn)輸組織的適用范圍及適用條件。

不同速度等級(jí)、不同停站方案的智能單軌互聯(lián)互通運(yùn)輸組織模式。包括對(duì)線路能力、旅行時(shí)間、換乘系數(shù)、候車時(shí)間、配線布置等方面的影響分析。

網(wǎng)絡(luò)化智能運(yùn)輸組織體系和線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度（應(yīng)急）指揮中心的研究設(shè)計(jì)。

（三）智能單軌能源系統(tǒng)體系

通過(guò)智能化技術(shù)促進(jìn)分布式光伏發(fā)電、配電網(wǎng)絡(luò)能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)在智慧單軌能源系統(tǒng)中的應(yīng)用，各系統(tǒng)應(yīng)貫徹綠色發(fā)展理念，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，全生命周期管理，設(shè)備故障及時(shí)上報(bào)，智能運(yùn)維、節(jié)能管理，以支撐軌道交通系統(tǒng)綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展。

1.分布式光伏發(fā)電。采用光伏組件，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)，是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式，結(jié)合智能化技術(shù)，實(shí)時(shí)采集發(fā)電量、用電量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電能的有效配置，不僅能提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，還能有效解決電力在升壓長(zhǎng)途運(yùn)輸中的損耗問(wèn)題。

2.配電網(wǎng)絡(luò)能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。利用智能化、大數(shù)據(jù)技術(shù)采集各用電信息，如用電量、電壓、電流、有功、無(wú)功、功率因數(shù)、停電累計(jì)時(shí)間等參數(shù)，以及用戶是否處于正常用電狀況等信息，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量自動(dòng)化管理及決策，確保電網(wǎng)運(yùn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。

此外，設(shè)置各種負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和管理界面，對(duì)全線負(fù)荷進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，便于對(duì)各種用電負(fù)荷進(jìn)行考核管理，并制定相應(yīng)的節(jié)能管理制度。

（四）智能單軌列車運(yùn)行系統(tǒng)

基于無(wú)線通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)互聯(lián)互通工程規(guī)范和全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)和建設(shè)指南，深入研究跨座式單軌在網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)互通全自動(dòng)運(yùn)行方面的頂層設(shè)計(jì)。

通過(guò)對(duì)列車自主運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，結(jié)合跨座式單軌工程特點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)需求，分析并提出適用于跨座式單軌的列車自主運(yùn)行系統(tǒng)及設(shè)備配置方案。跟蹤列車虛擬編組的研究進(jìn)展，分析其在跨座式單軌應(yīng)用的可行性。

通過(guò)深入研究智慧城軌發(fā)展綱要，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)需求和系統(tǒng)設(shè)置，提出適用于跨座式單軌的互聯(lián)互通全自動(dòng)運(yùn)行方案，進(jìn)一步深化共線、跨線、越行等運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，提升線網(wǎng)級(jí)資源共享水平，提升列車運(yùn)行效率和運(yùn)營(yíng)靈活度。為后續(xù)跨座式單軌信號(hào)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

（五）智能單軌技術(shù)裝備體系

研究智能化、新能源單軌交通制式的車輛、機(jī)電設(shè)備（電梯門等）以及智能通信平臺(tái)、車地旅客向?qū)畔⒁惑w化和基于云架構(gòu)、大數(shù)據(jù)、4G/5G+的人臉識(shí)別、智能分析、智能視頻感知的智能視頻系統(tǒng)。

（六）智能單軌基礎(chǔ)設(shè)施體系

研究基于BIM技術(shù)的協(xié)同可視化設(shè)計(jì)，基于云平臺(tái)的多元數(shù)據(jù)融合及施工組織、資產(chǎn)管理和運(yùn)營(yíng)維護(hù)等服務(wù)，基于智能制造設(shè)備的自動(dòng)化加工，基于智能感知設(shè)備的信息自動(dòng)化采集和分析，建立智慧單軌礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)管理平臺(tái)，融合BIM、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用等技術(shù)賦能基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，全面提升設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維管理的效率與質(zhì)量。

（七）智能單軌運(yùn)維安全體系建設(shè)

研究針對(duì)車輛、車輛檢修設(shè)備、道岔、供配電、接觸軌、通信、信號(hào)以及車站機(jī)電設(shè)備等系統(tǒng)的智能運(yùn)維體系；研究設(shè)備故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期的管理；研究設(shè)備日常監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急處置為一體的單軌交通運(yùn)維安全綜合保障體系；研究以三維模型為數(shù)據(jù)載體、全壽命周期的綜合運(yùn)維監(jiān)管。

針對(duì)單軌道岔，采用數(shù)據(jù)采集及圖像分析技術(shù)對(duì)道岔梁、鎖定機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與診斷，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳送給綜合維修系統(tǒng)，提高提升道岔診斷的自動(dòng)化水平、降低人工檢測(cè)作業(yè)難度、提高診斷檢測(cè)準(zhǔn)確率、減少安全事故的發(fā)生。

針對(duì)單軌車輛，建立車輛智能檢測(cè)綜合管理系統(tǒng)，包括車載智能檢測(cè)功能、軌旁智能檢測(cè)功能、車輛履歷管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛本身運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集管理分析。同時(shí)，為車輛檢修的車輛基地構(gòu)建智能場(chǎng)段管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的檢修管理、檢修設(shè)備本身的運(yùn)維管理以及作業(yè)人員的管理。

采用非接觸式3D成像技術(shù)、高精度傳感測(cè)量技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)圖像處理等技術(shù)，對(duì)接觸軌技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并監(jiān)測(cè)靴軌運(yùn)行狀態(tài)，采集的數(shù)據(jù)及日常維護(hù)信息可自動(dòng)上傳至信息管理系統(tǒng)，以提高運(yùn)檢效率、降低檢修成本。

（八）智慧網(wǎng)絡(luò)管理

單軌智慧網(wǎng)絡(luò)管理研究?jī)?nèi)容主要為構(gòu)建一套智慧運(yùn)營(yíng)的管理系統(tǒng)。

智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)包括但不限于設(shè)備管理、財(cái)務(wù)管理、人力資源、客戶關(guān)系管理、企業(yè)信息管理、工程項(xiàng)目管理、工程數(shù)據(jù)管理、資產(chǎn)管理等。

通過(guò)建設(shè)智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，能為智慧企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化管理提供全面支撐。

（九）單軌云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)

單軌云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)是智慧單軌的基礎(chǔ)，是各類智慧化應(yīng)用的載體。針對(duì)單軌的特點(diǎn)，分別研究其單軌云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)方案，比選出適合單軌交通實(shí)際需要的單軌云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案。

研究的關(guān)鍵點(diǎn)是單軌云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的模式，即自主建設(shè)還是租用公有云。對(duì)于線網(wǎng)線路數(shù)量較少的單軌建設(shè)城市，尤其是初期通常僅有1～2條線路，云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)無(wú)法充分體現(xiàn)，同時(shí)云平臺(tái)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較高，面對(duì)單軌整體的投資來(lái)說(shuō)占比較大。此時(shí)可以考慮租用公有云或者與當(dāng)?shù)刂腔鄢鞘械脑破脚_(tái)合建等方式，尤其是后者，可以直接將數(shù)據(jù)與智慧城市的平臺(tái)打通，完善智慧城市智慧交通的板塊內(nèi)容。

在單軌云的平臺(tái)建設(shè)中，綜合考量各系統(tǒng)的系統(tǒng)特點(diǎn)及功能性，考慮信號(hào)系統(tǒng)關(guān)乎行車安全等重要職責(zé)，確定信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立建設(shè)。

信號(hào)系統(tǒng)海量運(yùn)行數(shù)據(jù)是云系統(tǒng)的重要信息來(lái)源，各系統(tǒng)以此執(zhí)行下步各項(xiàng)操作。應(yīng)打通云平臺(tái)與信號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路，又要保證雙方系統(tǒng)的安全性，需設(shè)置一個(gè)中轉(zhuǎn)平臺(tái)，中轉(zhuǎn)平臺(tái)由接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、交換設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備組成。

云平臺(tái)與信號(hào)系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)并不直接通信，通過(guò)中轉(zhuǎn)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，在中轉(zhuǎn)平臺(tái)接口、數(shù)據(jù)服務(wù)器中傳輸處理，在存儲(chǔ)設(shè)備中保存，再通過(guò)各自的服務(wù)器對(duì)中轉(zhuǎn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。

分析跨座式單軌的特點(diǎn)，基于跨座式單軌與傳統(tǒng)地鐵的差異，提出跨座式單軌智慧化建設(shè)的方向，從乘客服務(wù)、智能單軌運(yùn)輸組織、智能單軌能源系統(tǒng)、智能單軌列車運(yùn)行、智能單軌技術(shù)裝備、智能單軌基礎(chǔ)設(shè)施、智能單軌運(yùn)維安全、智慧網(wǎng)絡(luò)管理、單軌云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)等方向分析智慧化發(fā)展的目標(biāo)，對(duì)未來(lái)智慧單軌技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)具有參考和借鑒價(jià)值。