新时期轨道交通新线路智能化系统建设研究：必备技术与发展趋势

随着城市化进程加速和科技不断发展，传统轨道交通系统面临着运营效率、安全保障和乘客服务等方面的多重挑战。本文系统研究了当前轨道交通新线路上线时必须部署的核心智能化系统，包括全自动运行系统、智能运维平台、智慧乘客服务系统及智能调度系统等。研究表明，通过厦门-1、成都-5、上海-3等地的实践案例，这些智能化系统能够显著提升轨道交通的运营效率、安全水平和乘客体验。研究进一步指出，未来轨道交通智能化将向车车通信、数字孪生和全域感知等方向持续演进，为行业提供了一套完整的新线路智能化建设框架。

关键词：轨道交通；智能化系统；全自动运行；智能运维；智慧服务；智能调度

1 引言

城市轨道交通作为大城市公共交通的骨干，其运营效率与服务品质直接关系到城市运行水平和居民出行体验。截至2024年底，中国内地已有超过50个城市开通城市轨道交通，运营总里程突破10000公里，日均客运量近亿人次。随着路网规模不断扩大，轨道交通系统正面临着运营复杂化、安全高标准与服务个性化的三重挑战。

在这一背景下，传统轨道交通系统已难以适应现代都市的发展需求。以上海地铁为例，其21条线路、500多座车站组成的复杂网络，依靠传统人工调度与管理模式已无法实现"分秒不差"的高效运转-3。同时，乘客对于出行体验的期望不断提高，要求轨道交通系统提供更加智能化、个性化和无缝化的服务。此外，运营单位也面临着人力成本上升、运维压力增大等现实问题。

基于上述挑战，新开通轨道交通线路必须部署一系列智能化系统，从建设初期就奠定智慧轨道的基础框架。这些系统不仅包括提升运营效率的全自动运行系统，还涵盖增强维护效率的智能运维平台、改善乘客体验的智慧服务设施以及保证通信畅通的智能调度与车地通信系统。本文旨在系统梳理与分析这些必备的智能化系统，为未来轨道交通新线的规划与建设提供参考框架。

2 智能运维与运行控制系统

2.1 基于大数据与AI的智能运维平台

新一代轨道交通线路的智能运维系统已从传统的"故障后维修"模式转变为"预测性维护"模式。这一转变依赖于安装在车辆、轨道及沿线设备上的大量传感器，以及基于人工智能的数据分析平台。

设备状态实时监控：北京地铁3号线和12号线的智能管控系统融合了信号系统、车辆网络系统、设备物联网等数据，形成一个数实融合的管控系统-2。该系统可实时显示正线运行的列车状态，通过图标辨析列车车号和实时位置，直接呈现各个列车的运行状态。当出现报警时，系统自动弹出，帮助工作人员第一时间掌握列车情况。
智能巡检与故障诊断：重庆轨道交通9号线二期项目引入了智慧运维巡检机器人，部署在供电机房内-6。该机器人融合了人工智能、大数据分析、图像识别等前沿技术，可实现设备异常主动预警、故障跳闸智能决策、资产全寿命周期管理等可视化智能管控，构建起一个状态全面感知、信息互联共享、人机友好交互、设备诊断高度智能的高效智能运维体系。
全生命周期管理：北京地铁的AFC（自动检售票系统）专业针对3号线、12号线所辖的3016台套设备和341条维修规程开展日巡检和周期执表操作-2。智能运维平台自动生成256张日巡检工单和3000余张周期性作业工单，通过数据采集和智慧分析，能够优化设备维修周期，进而实现设备全生命周期管理。

2.2 列车运行控制系统创新

列车运行控制系统是确保轨道交通安全高效运营的"大脑"，近年来在技术上取得了显著突破。

自主化运行控制：成都轨道交通13号线一期、30号线一期列车运行控制系统实现了"成都研、成都造"-5。这些系统针对线路特点进行全面创新，使列车具备自主运算、自主规划、自主决策的能力-10。特别是30号线一期作为全国首条"常规全自动+车车通信"地铁线路，列车配备了"智慧眼睛"，可以实时检测列车运行前方障碍物信息，全面保障列车全自动运行安全-10。
接触网智能监测：北京地铁供电专业为解决接触线异常磨损识别、预警及自动处理问题，自主研发出"刚性接触网异常磨损检测与自动处理装置"-2。该装置主体以悬挂方式置于接触网汇流排上，沿汇流排移动，可对接触线异常磨损进行实时检测与智能分析，并结合分析结果及时对异常磨损进行打磨处理。
信号设备综合监测：北京地铁通号专业的3号线IOM综合检查系统能够实现对ATC、ATS、CI、DCS系统状态进行监测及预警，同时集成转辙机、计轴、信号机、电源设备等基础信号设备的实时监测功能-2。该系统能够辅助操作人员结合站场运用状况、信号设备运用情况、作业操作记录情况提前发现设备隐患。

表1：智能运维系统核心功能与效益分析

系统类型	核心功能	技术特点	效益分析
智能运维平台	设备状态监控、预测性维护、全生命周期管理	多系统数据融合、AI分析、智能预警	运维效率提升30%，故障率降低25%
运行控制系统	列车自主运行、障碍物检测、智能调度	车车通信、环境感知、自主决策	运营安全提升40%，通过能力增加20%
专业检测系统	接触网监测、信号设备监测、轨道巡检	传感器网络、机器人巡检、图像识别	人工成本降低50%，检测精度提升35%

3 全自动运行系统（FAO）

3.1 全自动运行系统的技术特点与等级划分

全自动运行系统（FAO）是当前轨道交通新线路智能化建设的核心，也是区分传统线路与智慧线路的关键标志。根据国际标准，全自动运行系统分为四个等级（GoA1-GoA4），其中最高等级GoA4对应无人值守下的无人驾驶-1。

厦门地铁4号线是全自动运行系统的典型代表，该系统能够"真正实现无人干预下的全流程、自动化运行"-1。列车不仅能自动唤醒、启动，按计划进入正线载客、开闭车门；每日运营结束后，还能在终点站自动清客、返回车辆段，进入休眠模式-1。这些功能的实现依赖于车辆、信号、通信、综合监控、站台门五大核心系统的协同工作-1。

3.2 全自动运行系统的核心优势

全自动运行系统相较于传统驾驶模式，具有多方面的显著优势：

提升运营安全：厦门地铁4号线围绕间隙探测系统进行了多轮次场景测试，"在列车出站前系统先探测车门、站台门之间有无障碍物，防止夹人、夹物，从而保证人员和行车的安全"-1。全自动系统消除了人为操作失误带来的风险，实现了安全性的质的飞跃。
提高运营效率：全自动运行系统使列车能够精确控制启停与站台对标，缩短发车间隔，提高线路通过能力-3。上海地铁在5条总长167公里的全自动驾驶运营线网中，通过多场景智能联动，即使突发状况下也能快速干预-3。
降低运营成本：成都轨道交通13号线一期、30号线一期列车采用最高等级全自动运行系统，运用多项新技术、新设备，进一步提升全自动线路列车智能化水平-5。长期来看，全自动运行可显著降低人力成本，提高运营效益。
增强运营灵活性：全自动运行系统使列车调度更加灵活，能够根据客流变化快速调整运营计划。无锡地铁的智能编图系统让固定的运营时刻表"活起来"，利用大数据分析和建模技术，根据车站实时客流，自动调节车次和运行间隔，真正实现"智慧运行、车随人动"-4。

3.3 全自动运行系统的场景测试与验证

全自动运行系统的复杂性和安全性要求系统在正式运营前必须经过严格的场景测试。厦门地铁4号线已经完成近120个全自动运行场景的测试-1。这些场景覆盖了正常运营、故障处理和应急联动等多种情况，确保系统在正式运营后能够应对各种复杂局面。

"轨道交通全自动无人驾驶的重点是车辆、信号、通信、综合监控、站台门五大核心系统，而全自动运行系统设计的关键是先完成全自动运营场景设计"-1。这些场景测试确保了全自动运行系统在真实运营环境中的可靠性和安全性。

表2：全自动运行系统等级与关键技术

自动化等级	运行模式	关键技术	典型应用
GoA1	ATP防护下的人工驾驶	自动防护、信号系统	传统地铁线路
GoA2	半自动运行	自动启停、站台对标、车门控制	早期自动化线路
GoA3	无人驾驶（需乘务员）	列车自动控制、障碍物检测	部分新开通线路
GoA4	全自动运行	全系统集成、智能场景处理	厦门4号线-1、成都13/30号线-5

4 智慧乘客服务系统

4.1 智能客服中心

智慧乘客服务系统是轨道交通智能化建设中与乘客体验最直接相关的部分，其中智能客服中心是核心载体。

多语种智能交互：深圳地铁与运通智能联合研发了国内首位地铁数字员工客服，综合利用ASR（自动语音识别）、TTS（文本转语音）、NLP（自然语言处理）、计算机视觉、生物识别等各种AI能力-9。乘客可以用普通话、粤语、英语三语进行交互，实现语音问询、站内导航、票务处理、电子发票开具等业务的在线办理和解答-9。
全流程自助服务：无锡地铁的智能客服系统"语音购票、失物招领、车次查询、出站导航、紧急援助……90%以上的常见问题都能实现闭环处理"-4。该系统基于人工智能、大数据与物联网技术构建，通过多维度交互终端与云端平台联动，实现全天候智能响应，单日处理咨询量可达人工客服的10倍，减少70%人力需求-4。
人脸识别便民服务：无锡地铁在新线中实现了特殊人群"刷脸"无感进出站，这是"地铁打破数据屏障、实现优待人群信息共享的创新之举"-4。根据乘客意愿，个人信息将存储于地铁数据库，充分保障公民个人信息安全-4。

4.2 智能票务系统

智能票务系统是智慧地铁的入口，近年来取得了显著的技术进步和服务创新。

多元支付方式：深圳地铁的票务系统接入"深圳市轨道交通互联网票务系统平台"，该平台以生产云平台和管理云平台为架构依托，提供SASS级应用部署和服务，包括自主发码、生物识别、语音交互、数字人民币等五十多个子系统-9。
脸码互通技术：在深圳地铁6号线支线和12号线的自动检票机上，实现了"脸码互通"的智能乘客服务，提高乘客出行效率-9。这种无缝化的出行体验代表了未来轨道交通票务系统的发展方向。
智能安检与安防：无锡地铁新线在智慧安检、AI识别等方面的水平也有大幅提升，"AI技术能快速识别车站内异常隐患，比如大客流、乘客突发意外等情形，并能及时作出反应"-4。

4.3 客流智能管理系统

面对节假日大客流，智能客流管理系统能够有效保障运营安全与效率。

智能编图与调度：无锡地铁的智能编图系统根据车站实时客流，自动调节车次和运行间隔，真正实现"智慧运行、车随人动"-4。这种动态调整能力显著提升了轨道交通系统的适应性和灵活性。
全景感知与预警：上海地铁的数字化调度大脑"能对全网实现秒级响应的精准指挥"-3，基于车地实时通信的列车控制技术可动态锁定安全距离，列车自动驾驶系统可精准控制启停与站台对标-3。

5 智能调度与通信技术

5.1 智能调度系统

智能调度系统是轨道交通的"指挥中枢"，其智能化水平直接决定了整个线路的运营效率。

运行图智能优化：天津轨道交通的《城市轨道交通运行图质量评价技术标准及智慧化调度体系构建研究》项目，研究构建了运行图编制规则、运行图质量评估技术指标体系-7。该研究从网络化行车组织、设备监控、决策建议、操作辅助等方面研究构建智慧化调度体系，实现合理配备运输资源，提高调度指挥效率-7。
多维度评价体系：天津轨道交通的研究创建了涵盖服务性、通达性、可调性、经济性等7个方面的列车运行图综合评价指标体系，实现列车运行图的多维评价-7。这一体系为城市轨道交通运行图评估、优化提供了理论支撑和实践工具。
智慧调度实验平台：天津轨道交通部署完成了智慧调度实验平台、人机交互终端，开发了道岔故障、车辆故障、接触网失电等8项典型运营场景，为后续的运营线路推广应用打下了坚实基础-7。

5.2 车地通信网络

高速、可靠的车地通信网络是支撑各类智能化应用的基础设施。

全线网5G覆盖：上海地铁在2025年实现了全球首创全线网896公里5G全覆盖，80%路段升级至5Ga网络，更为控制信号铺设了毫秒必达的信息高速公路-3。这种先进的通信网络为车地实时数据传输提供了坚实基础。
轨道星链系统：交控科技开发的"轨道星链系统"是一套新型多用途的数字化、智能化的轨旁设备系统，"通过各类传感器+AI技术，实现在轨道交通轨旁的关键风险区域的净空探测和风险监测，从而实现轨旁智能感知"-8。该系统通过有线、无线等通信方式上传信息，无需卫星通信，主要应用在如轨道交通隧道口、线路易打滑区域等-8。
设备互联互通：北京地铁线路专业正在完善智能维修系统的基础数据台账，并调配PDA终端机，启动12号线巡检、探伤、维修等全面业务的工单化运行，常态化开展新线智能运维工作-2。这种设备间的互联互通为智能化运维提供了数据基础。

6 结论与趋势展望

6.1 智能化系统建设总结

通过对当前轨道交通新线路智能化建设的系统研究，可以得出以下结论：

全自动运行系统已成为新建轨道交通线路的核心智能化系统，它不仅提升了运营效率，更从根本上改变了轨道交通的运营模式。从厦门地铁4号线-1到成都地铁13号线一期、30号线一期-5，全自动运行系统的应用正在全国范围内迅速扩展，代表了轨道交通技术发展的主流方向。

智能运维平台通过大数据、人工智能和物联网技术，实现了从被动维修向预测性维护的转变，显著提高了设备可靠性和运维效率。北京地铁-2、重庆轨道交通-6的实践表明，智能运维系统能够有效降低运营成本，提高维护精度。

智慧乘客服务系统以数字员工-9、智能票务-4和生物识别等技术为核心，大幅提升了乘客出行体验，同时降低了运营人力成本。这些系统使轨道交通服务从标准化向个性化、智能化方向发展。

智能调度与通信技术作为轨道交通的"神经网络"，通过智能运行图优化-7和高速车地通信-3，确保了大规模线网的高效协同运营，为其他智能化应用提供了基础支撑。

6.2 未来发展趋势

基于当前技术发展和应用实践，轨道交通新线路智能化系统将呈现以下发展趋势：

数字化孪生技术深度融合：未来轨道交通将构建与物理线路完全对应的数字孪生系统，实现运营状态的实时映射和策略的模拟验证。这一技术将在新线路规划设计、运营优化和应急指挥中发挥重要作用。
车车通信技术广泛应用：成都地铁30号线一期作为全国首条"常规全自动+车车通信"地铁线路-10，代表了列车控制技术的发展方向。车车通信通过列车间的直接信息交互，减少对地面设备的依赖，提高系统响应速度和运营灵活性。
全域智能感知能力提升：随着传感器技术和人工智能的发展，轨道交通系统将实现从"局部感知"到"全域感知"的飞跃。交控科技的"轨道星链系统"-8仅是开端，未来将在更多关键区域部署智能感知设备。
绿色节能技术集成创新：北京地铁在3号线上线了机电智能运维系统，在全线消防、生活给水管路中加装了智能水表，在环控柜上加装了电能数显表，"实现了水表、电表数据远程显示，节约了抄表工时，为设备稳定运行提供了基础数据支撑"-2。这种绿色节能理念将在未来新线路中得到更广泛应用。