随着科技的飞速进步，城市交通正经历着前所未有的变革。智慧城轨，作为这场变革的新引擎，利用云计算、大数据、物联网、人工智能、5G、卫星通信及区块链等尖端技术，不仅推动了城市的进步，而且标志着向智能化、绿色化生活迈进的关键一步。
根据2014年4月1日实施的国家标准《城市轨道交通运营管理规范》（GB/T 30012-2013）定义，城市轨道交通是指采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、现代有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统和市域快速轨道系统。
正如习近平总书记所强调的，发展城市轨道交通不仅是缓解城市拥堵的关键，也是构建更加绿色、智能化城市的重要途径。智慧城轨的进步现已成为新时代的一项紧迫任务。国家层面也给予了智慧城轨发展高度的重视。一系列政策的出台，为智慧城轨的建设和发展提供了强有力的支持。早在2019年7月，中国城市轨道交通协会就提出了“13531”的城轨信息化发展蓝图，为智慧城轨的未来指明了方向。而《加快建设交通强国五年行动计划（2023-2027）》则进一步细化了发展目标，明确了发展路径。下表展示了近年来政策的不完全总结。
智慧城轨的目的在于通过尖端技术的应用，全面感知和深度整合乘客、设施、设备以及环境等各方面信息，通过持续的创新，推动城市轨道交通服务与管理模式的转型。大体来讲可以分为以下六个系统。轨道交通的综合监控系统类似于大型的脑中枢，不断监控和调整城市轨道交通的每一个细节。它运用现代计算机技术、网络技术、自动化技术和信息技术，集成了门禁系统、屏蔽门系统、能源管理控制系统、电力监控系统、火灾自动报警系统等多个子系统。它实现了对城市轨道交通多个自动化专业子系统的统一监控和管理，促进了信息共享和系统间的联动控制，有效提升了运营管理的现代化和信息化水平。安全是城市轨道交通的首要任务。它包括安防网络子系统、安防集成管理子系统、综合电视监视子系统、门禁子系统、电子围墙系统和车站紧急告警子系统，等等。它负责实施对车站、车辆段、停车场等关键区域的实时监控和管理，确保了地铁运营的安全性。通过与综合监控系统的紧密联动，综合安防系统可以快速响应各种紧急情况，保障乘客和运营安全乘客信息系统，利用先进的多媒体网络技术并以计算机系统作为核心，通过部署在站厅、站台、车站出入口、充值机以及车厢内的多种媒体设备，为乘客提供即时且准确的列车运营信息和公共媒体信息。这一多媒体综合信息系统的目的是确保乘客能够获取包括列车时间表、政府公告、出行建议、媒体资讯及广告等各类实时多媒体信息。在特殊情况下，比如火灾、交通阻塞或恐怖袭击时，系统还能提供动态的紧急疏散指导。自动售检票系统（AFC）是一种高效、安全的票务管理模式，广泛应用于全球的地铁和轻轨系统中。它通过使用非接触式IC卡作为票务媒介，实现了自动售票、检票、计费、收费、统计、清分和管理的全过程自动化，极大提升了票务处理的效率和安全性。系统的结构分为五个层次：车票、车站终端设备（如自动售票机和闸机）、车站计算机系统、线路中央计算机系统以及清分结算系统，确保了从乘客购票到进出站的每一步都快速、准确、安全。通信系统是轨道交通的神经网络，包括传输网络、公务电话、专用电话、广播、无线通信、光纤网络等子系统。它的作用是连接运营中的固定用户（如控制中心、车辆段调度员、车站值班员等）、移动用户（包括列车司机、防灾人员、维修人员）、乘客、公安部门以及政府相关职能部门，确保他们之间的通信畅通无阻。无论是在日常运营中还是面对紧急情况，通信系统都能保障运营管理、行车调度、设备监控等关键信息的准确和及时传递，这对于确保轨道交通的顺畅运行和乘客的安全至关重要。信号系统是确保城市轨道交通安全运行的核心，通常包括列车自动监控系统（ATS）、列车自动防护子系统（ATP）、列车自动运行系统（ATO）、计算机连锁系统（CI）、数据通信（DCS）、维护监测（MSS）等子系统，以及电源、计轴、轨道电路、转辙机、信号机等其他设备。这些子系统通过一个复杂的信息交换网络紧密连接，形成了一个闭环的控制系统。它实现了地面控制中心与列车自控系统的无缝融合和现场控制与中央控制中心的协同，集成行车指挥、运行调整和列车自动驾驶功能。其核心在于安全设备和控制逻辑，自动监测和调整列车状态，显著降低人为错误，确保列车运行高效安全，为乘客提供安全可靠的乘车环境。该场景主要涉及自动售检票系统、通信系统、综合监控系统与乘客信息系统。
在智慧城轨中，电子化售检票已经成为了现实。乘客可以使用二维码、NFC等无感支付方式快速通过闸机，快速完成购票和检票。这直接关联到自动售检票系统的应用。除此之外，一些城市更是基于实名制与个人信用体系，推出刷脸、刷掌乘车服务。而其中的数据交换以及支付数据的传输都需要强大的通信支持。同时，这也涉及到综合监控系统，用于监控过闸流程的顺畅与安全，以及与其他系统的信息共享和联动控制。乘客现在可以享受到便捷的跨平台、跨场景乘车票务服务。在自动售检票系统、通信系统和乘客信息系统的共同支持下，地铁与公交实现了“一码通行”。这种互联互通的方式为智慧城市公共交通的一体化提供了高效的技术解决方案。此外，部分地区还提供换乘优惠为乘客提供了更多实惠，并积极推进地铁、公交两网融合，通过将公共汽车站点布置在地铁站周围从而实现从‘人等车’到‘车等人’的转换，让公共交通更加人性化。不止于此，智慧城轨通过集成综合监控系统、通信系统和乘客信息系统，构建了一个智能的环境控制系统。这意味着各车厢的温湿度、拥挤度等都实时可见，并且每个车厢的温度和湿度可以根据实际需要进行智能调节，以维持舒适的车厢环境。针对不同乘客对地铁车厢温度的差异化需求，更是推出“分区调温”功能。这项功能允许乘客根据自己的偏好，选择一个温度适宜的车厢。通过乘客信息系统，乘客可以轻松地获取到有关车厢内部温度的信息，而且，智慧城轨致力于提供更加个性化的服务，满足乘客的各种需求。乘客信息系统与通讯系统在这里扮演了一个重要角色。通过丰富终端设备的便民应用功能，多平台出行服务内容得以聚合。根据乘客的个性化需求，结合线路、车辆满载率等实时情况，提供定制化的出行解决方案以及“职、住、憩、游”等方面的延伸服务。
灵活编组：两列3编组列车成功在线联挂（来源 卡斯柯）智能列车运行最具有代表性的场景就是全自动驾驶列车。具体来讲，全自动驾驶列车是指通过列车自动控制系统实现列车自动唤醒、自动行驶、精确停车、站台自动化作业、无人折返、自动运行调整等功能，以减少人员介入，降低人工成本及减少人为失误。上海地铁十号线和北京地铁十七号线南段等地的实践，已经证明了全自动驾驶列车的巨大潜力。全自动驾驶列车涉及到几乎智慧城轨中几乎所有的核心系统。首先，信号系统包括列车自动监控、自动防护和自动运行等子系统，构成了确保列车安全自动驾驶的核心。这些系统共同确保列车能够无需人工干预地安全运行和精确停靠。其次，通信系统作为轨道交通的神经网络，确保了控制中心、列车及站台之间的信息流畅传递，对于实时调度和紧急情况处理至关重要。同时，综合监控系统像大脑一样不断监控和调整城市轨道交通的运行细节，通过对多个自动化子系统的统一管理，提升了运营效率和安全性。综合安防系统则通过实时监控和管理关键区域，与监控系统紧密联动，快速响应紧急情况，确保了全自动驾驶列车的安全运营。乘客信息系统虽然主要提供行程信息，但在全自动驾驶模式下，它还能为乘客提供紧急疏散指导。灵活编组功能是现代地铁系统中一项创新技术，它允许地铁列车根据客流需求动态调整编组长度，从而优化运营成本和乘客出行体验。例如，上海地铁16号线能够在高峰期运行6节车厢的编组，而在平峰期则调整为3节车厢的编组。这种技术实现了在不增加运力的前提下，通过调整列车大小以适应不同时间段的客流量，既节省了运营成本，又提高了服务的灵活性和效率。实现灵活编组的背后，涉及到几个关键的系统配合工作。首先，信号系统对于实现灵活编组至关重要，它需要根据列车的当前编组大小调整自动监控、自动防护和自动运行等功能。信号系统确保列车即便在变更编组后，也能安全、高效地运行，通过适当的速度和间隔控制，保持系统的稳定性。其次，通信系统支持编组调整的指令快速下达和准确执行。它确保运营中心、列车以及车站之间的信息传递畅通无阻，与此同时，综合监控系统全面监控列车编组的动态调整过程。通过对运营数据的实时分析，综合监控系统支持运营决策，协调各子系统的工作，以确保编组调整工作的高效执行。共线运营，简单来说，就像是让两条或多条地铁线在某个区域内走同一条轨道。这种运营模式在人口密集和地理空间有限的大城市中尤为常见，因为它有效地节省了建设成本、提升了运营效率，同时节约了宝贵的城市空间。不过，这种做法让管理变得更加复杂，要想让不同的地铁线路顺畅无阻地在同一条轨道上运行，就需要非常精确的协调和调度，以防止列车之间出现冲突或延误。因此，信号系统、通信系统、综合监控系统至关重要。例如，信号系统通过精确控制列车的运行速度和间隔，确保列车能够安全地在同一轨道上运行，避免相互干扰。而通信系统则保证了各线路的运营信息能够准确无误地交换，支持运营调度和紧急指令的及时传达。至于综合监控系统，它可以全面监视共线区段的运营状况，并通过分析各线路的运行数据、乘客数量等，帮助制定或调整列车的运行计划。通过这些系统的密切配合和高效运作，共线运营不仅提高了地铁运营的效率和灵活性，也增强了乘客的出行体验。例如，上海地铁的3号线和4号线、成都地铁的18号线和19号线等，都展示了共线运营在实际应用中的成功和效益。智能安防技术利用先进的传感器、监控设备和算法，实时监测轨道交通的各个角落，保障运营安全，减少人工巡检成本，提高运营效率。例如，可以利用激光雷达、雷达和图像自动识别等技术自动巡检隧道、轨道和相关设备。同时，这些技术能够快速识别异常情况，例如侵入车辆限界的异物，及时发出警报。在处理紧急情况，如火灾、人流过大或安全事件时，智能安防系统也能够实时监控并快速做出反应。通过分析监控视频和其他数据，它能提供准确的警报，帮助地铁工作人员迅速采取行动，确保旅客的安全。综合安防系统过集成监控设备、传感器和自动识别技术，提供实时监控和异常预警，是智能安防技术的核心部分。同时，在检测到异常或紧急情况时，通信系统负责将信息迅速传递给控制中心和相关人员，确保信息流通无阻，支持快速的应急响应。乘客信息系统则可以用来向乘客传达重要信息和指引，帮助乘客了解情况并采取相应措施。
再生制动能量：飞轮储能技术再生能量回收装置（来源 工信部）随着"碳达峰"和"碳中和"目标被纳入政府的重要政策规划，城市轨道交通的节能减排努力变得更加迫切和明确。这一场景主要涉及到综合监控系统与信号系统。假设一列地铁列车即将到站并开始减速。通常情况下，列车在制动时产生的能量会以热能的形式散失。但在配备了再生制动系统的列车中，这部分能量会被转换成电能。然后，这些回收的电能可以通过逆变式再生或是储能再生的方式，用于列车再次启动或供给其它设施，降低了能源消耗，降低运营成本，并且有助于延长制动系统及相关设备的寿命。智能照明控制系统通过自动调节光线强度、根据不同场景改变照明模式，以及利用传感器控制照明，提供了一种既节能又人性化的照明解决方案。紧急情况下，智能照明系统的多样化控制方式（如触摸屏和轻触开关）能够迅速有效地响应。虽然成本高于传统BAS系统，但它通过集中自动监控显著降低了运营和维护工作量，减少了运营管 理的人员配备。同时，智能照明系统自动调节亮度并利用光线传感器，有效减少能源消耗，提高能源效率。列车智能控制技术，特别是节能惰行模式和永磁牵引技术，能够优化运行效率，并为城市轨道交通的可持续发展做出了重要贡献。首先，节能惰行模式允许列车在逼近站台或者下坡时减少动力输出，利用现有的动量和重力进行自然减速，从而节约能源。这种模式特别适合地铁列车，帮助它们在进站前通过减少能耗来节能。永磁牵引技术则采用永磁同步电机作为列车的牵引系统，通过永磁体来产生磁场。相比于传统电机，它不需要额外的电流来产生、维持磁场，因此具有更高的效率。这使它得在城市轨道交通这样需要频繁进行启动和制动的场合里，能够显著降低能耗。
在“云与大数据平台”的框架下，城市轨道交通的网络化运营变得更加高效。基于综合监控系统与通信系统，建立智能化的线网级调度指挥中心，采用先进算法和通信技术，实现不同线路间的协调和管理，确保整个轨道网络的顺畅运行，提升运输效率。云平台的支持使得城市轨道交通系统能够建立一个基于物联网、BIM技术、云计算和5G技术的实时监控和数据收集系统。这类基于云的系统极大地增强了对城市轨道交通中各种机械设备、交通车辆及轨道结构的监控能力，提升了监测的精确度和响应速度。这种技术使得设备问题能够被迅速识别并有效地维护，从而显著提升了整个城轨系统的运行安全性和稳定性。它推动了信息化与运维业务的深度融合，例如，天津地铁在搭建线网云的同时，提出加强信息化与运维业务双向融合的工作模式。它们利用云平台的数据处理能力，优化运维策略，有效整合可靠性、可用性、可维护性与安全性（RAMS）与生命周期成本（LCC）。这种融合模式缩短了获得 RAMS&LCC 最优方案报告的时间，大幅提高了运维的效率和决策质量。最后，可以在数据基础上进一步开发应用系统，例如智能客流分析系统。这个系统会收集各种客流信息，并利用云计算和物联网技术来分析这些数据。它能够实时追踪人们的出行模式，预测不同时间段的客流量。基于这些分析，系统能自动提出如何调整列车的停靠时间和发车频率等建议，以便更好地满足乘客的出行需求，同时提高整个交通系统的运行效率。智慧城市轨道交通市场在中国正迅速发展，其市场玩家构成多样，各自在不同细分领域扮演着关键角色。在规划设计方面，中国国际工程咨询公司、北京城建设计发展集团、广州地铁设计研究院以及中铁二院工程集团等企业展现出较强的实力和竞争优势。在综合监控系统的领域内，同方股份、宝信软件、浙江中控、国电南瑞科技股份、南瑞集团、南瑞轨道交通技术有限公司、新科佳都科技、北京和利时系统工程股份有限公司、天津凯发电气股份有限公司、深圳达实智能股份有限公司、海信以及河南辉煌科技股份有限公司等，以其先进的技术和综合解决方案，保证了城市轨道交通系统的高效与安全运行。综合安防系统方面，杭州海康威视、浙江大华技术股份、深圳市赛为智能股份有限公司、贵阳市信捷科技有限公司、海信网络科技、江苏安防科技、深圳英飞拓科技股份有限公司等厂商，为轨道交通提供了强大的安全保障。乘客信息系统的建设涉及多个企业，包括东软集团股份有限公司、北京经纬信息技术公司、北京京投亿雅捷交通科技有限公司等软件供应商，以及利亚德光电股份有限公司、上海三思电子工程有限公司、深圳市众泰德科技有限公司等显示和多媒体播放系统生产商，他们共同确保了乘客能够接收到实时而准确的信息。自动售检票系统市场中，成都智元汇信息技术股份有限公司、上海华虹计通智能系统股份有限公司、浙大网新众合轨道交通工程有限公司和南京熊猫信息产业有限公司领跑于系统集成和清分项目。此外还有北京京投亿雅捷、上海中软华腾、上海华铭、中国软件与技术服务股份有限公司等企业。互联网票务相关的升级和改造企业以八维通、北京如易行为首，此外还有上海仪电物联技术股份有限公司、上海华铭、普天轨道、熊猫信息等。通信系统方面，中国铁路通信信号上海工程局集团、烽火通信、中兴系统技术有限公司等企业，通过先进的技术和可靠的服务，确保了轨道交通系统的通信畅通无阻，为安全运营提供了坚实的基础。北京城建智控科技股份、河北远东通信系统等公司也在这一领域内做出了突出贡献，共同构建了一个高效、稳定的通信网络。信号系统是城市轨道交通安全运行的基石，其中，交控科技、卡斯柯、通号城轨技术在业内以其先进的技术和广泛的销售网络，覆盖全国，赢得了领先地位。众合科技、电气泰雷兹、庞巴迪、华铁技术、恩瑞特、中车时代电气等企业，也在信号系统领域占有一席之地。此外，还有富欣智控、和利时、交大微联、新誉庞巴迪等企业。城轨云市场呈现出显著的集中趋势。在集成服务子市场中，烽火和北京城建智控占据了领先地位，同时中国软件和京投亿雅捷等企业也不甘落后，积极拓展市场份额。而在技术供应方面，特别是云基础设施领域，新华三和华为稳居行业的领先位置，烽火、北京城建智控和佳都科技等企业也在积极扩大自己的市场份额。智慧城轨，作为城市发展的关键推手，其实践和探索不仅体现了对技术前景的探索，也映射出对未来城市生活质量的持续追求。这是科技进步带来的全方位刷新，每一项技术的突破和创新思维的应用，都在为城市轨道交通开拓新的可能。随着各项技术的融合与应用，智慧城轨正成为连接城市未来与现实的桥梁，为城市交通描绘出一幅更加智能、高效、绿色的图景。来源：交运视界
