作為實現(xiàn)智慧地鐵戰(zhàn)略目標的一部分，鄭州地鐵展開了大數(shù)據(jù)云平臺一期項目建設(shè)。大數(shù)據(jù)云平臺一期以容器云技術(shù)作為支撐，集數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用、分析和管理功能于一體，幫助鄭州地鐵充分挖掘并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，支撐了客流分析預測以及弓網(wǎng)視頻分析等眾多上層應(yīng)用場景。

近年來，智慧交通建設(shè)在中國加速推進。國家層面包括國務(wù)院、交通運輸部、海事局等相關(guān)部門相繼發(fā)布了一系列政策意見來指導和規(guī)范智慧交通行業(yè)的發(fā)展。例如，2019年9月，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《交通強國建設(shè)綱要》，提出要推動大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級計算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合，到2035年，基本建成交通強國。

鄭州地鐵集團有限公司(下稱“鄭州地鐵“)于2008年成立，主要負責鄭州市軌道交通項目的工程投資、建設(shè)和運營。成立以來，鄭州地鐵發(fā)展迅速：截至2020年12月，鄭州已開通運營的地鐵線路為7條，累計運營里程達206.3公里，全國里程排名由”十三五“初期的第22位躍升至第12位。

以“建設(shè)成為國際領(lǐng)先、國內(nèi)一流的軌道交通建設(shè)者和運營商”作為總體目標，未來幾年，鄭州地鐵將繼續(xù)擴張。根據(jù)國家發(fā)改委于2019年3月批復的《鄭州市城市軌道交通第三期建設(shè)規(guī)劃(2019-2024年)》，目前有多條線路正在建設(shè)當中。隨著新建設(shè)項目和開通線路不斷增多，鄭州地鐵迫切需要通過數(shù)字化手段提升建設(shè)、經(jīng)營和服務(wù)管理能力。

在全國各地地鐵集團如火如荼展開智慧交通建設(shè)的過程中，鄭州地鐵也結(jié)合自身實際情況提出了信息化和數(shù)字化戰(zhàn)略，早在2014年就宣布推出鄭州地鐵網(wǎng)絡(luò)信息平臺ZIIP，并于近期發(fā)布《鄭州地鐵集團智慧地鐵“十四五”規(guī)劃及行動計劃(試行)》(以下簡稱《規(guī)劃》)。

根據(jù)《規(guī)劃》，鄭州地鐵提出將建立鄭州地鐵智能信息平臺 ZIIP2.0，制定一套標準體系和一套安全體系，圍繞智慧服務(wù)、智慧運營(智能調(diào)度、智能車站、智能段場、智能運維、智能能源、智能安防)、智慧建設(shè)和智慧管理四大版塊和九大體系，做好上層應(yīng)用規(guī)劃和底層新基建規(guī)劃。

總體來看，鄭州地鐵希望搭建統(tǒng)一的信息平臺，以達到設(shè)施和設(shè)備的全息感知、實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息與業(yè)務(wù)管理的有機融合，通過設(shè)備和系統(tǒng)的智能化建設(shè)應(yīng)用，賦之于經(jīng)驗和知識的智慧，加之以員工能力和業(yè)務(wù)管理的提升，最終實現(xiàn)智慧地鐵的戰(zhàn)略目標。

不過，在實施數(shù)字化戰(zhàn)略和建設(shè)智慧地鐵的過程中，鄭州地鐵也面臨一些突出的問題，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

首先，數(shù)據(jù)孤島問題嚴重。隨著建設(shè)項目加快以及新開通線路不斷增多，鄭州地鐵在生產(chǎn)域和管理域都積累了大量的數(shù)據(jù)。面對大量新增數(shù)據(jù)，基于傳統(tǒng)數(shù)倉模式，很容易形成數(shù)據(jù)孤島。例如，在傳統(tǒng)數(shù)倉模式下，每次新開通線路都需要搭建單獨系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)，長久下來，數(shù)據(jù)孤島問題愈發(fā)突出。

其次，數(shù)據(jù)標準瓶頸。數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一的問題首先是由于數(shù)據(jù)孤島問題，各類應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一歸集平臺以及統(tǒng)一治理的規(guī)范，導致數(shù)據(jù)“各自為政”。鄭州地鐵急需一個統(tǒng)一的基礎(chǔ)平臺將生產(chǎn)域和管理域各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源進行統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、統(tǒng)一治理。

最后，數(shù)據(jù)價值未得到充分挖掘。鄭州地鐵的各類數(shù)據(jù)沒有得到充分利用。例如全量的客流數(shù)據(jù)沒有結(jié)合氣象，重大節(jié)日、重大活動、線路車站等數(shù)據(jù)進行綜合分析、預測，無法對站點客流、線路客流等進行精準預測;列車運行獲取的弓網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)，沒有進行機器學習、深度學習的模型訓練，弓網(wǎng)異常打火現(xiàn)象只能靠人力識別，工作量繁重、效率低下。

為了解決以上問題，2018年，鄭州地鐵啟動了大數(shù)據(jù)云平臺一期項目，旨在探索通過搭建統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)云平臺一期，結(jié)合人工智能等新興技術(shù)，充分挖掘數(shù)據(jù)的價值，支撐上層智慧應(yīng)用，助力企業(yè)實現(xiàn)智慧地鐵建設(shè)的目標。

統(tǒng)一規(guī)劃，成立專項工作小組推進智慧地鐵建設(shè)

在建設(shè)智慧地鐵目標的指引下，鄭州地鐵采取了統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一部署的項目建設(shè)思路。具體而言，鄭州地鐵成立了智軌專項工作小組來推進項目建設(shè)，項目小組由鄭州地鐵公司黨委統(tǒng)一領(lǐng)導，通過頂層設(shè)計，統(tǒng)籌做好規(guī)劃和資源調(diào)配工作。

通過成立專項工作小組，提高了不同部門的協(xié)作效率，使不同部門可各司其職，充分發(fā)揮各自資源優(yōu)勢。

智軌專項工作小組由鄭州地鐵黨委委員、總經(jīng)理助理李亞軍牽頭統(tǒng)籌，成員來自運營分公司、機電設(shè)備部、信息管理部和技術(shù)管理部等相關(guān)部門。

統(tǒng)一的領(lǐng)導為智軌專項工作小組成員協(xié)調(diào)開展工作、充分發(fā)揮不同部門的資源優(yōu)勢奠定了基礎(chǔ)。比如，作為需求部門，運營分公司以及機電設(shè)備部人員對一線業(yè)務(wù)情況十分了解，可基于自身專業(yè)知識，對相關(guān)技術(shù)應(yīng)用提前提出需求，與信息管理部和技術(shù)管理部等部門人員充分溝通，推進技術(shù)方案的落地實施。

此外，智軌專項工作小組成員還招募了大量外部專家，充分吸收外部力量進行技術(shù)應(yīng)用探索性的研究和驗證工作。其中，鄭州地鐵的合作機構(gòu)包括河南省軌道交通大數(shù)據(jù)與人工智能工程技術(shù)中心，產(chǎn)學研合作機構(gòu)包括鄭州大學、華為、星環(huán)科技等。

目前，在全球范圍內(nèi)，大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用都處于初期階段，沒有成熟的經(jīng)驗和落地方案可復用。智軌專項工作小組成立后，首先展開了前期調(diào)研，具體包括兩個方面的工作：

1)技術(shù)方案研討交流。解決這一問題的主要方式是通過舉辦研討會等方式，邀請鄭州大學等院校學術(shù)機構(gòu)以及華為、阿里巴巴、 騰訊等學術(shù)以及技術(shù)專家，對大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)等新興技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用和解決方案進行了充分交流。

2)廠商選型。經(jīng)過前期初步調(diào)研，鄭州地鐵篩選了提供相關(guān)技術(shù)方案的廠商，對廠商產(chǎn)品和解決方案進行了測試，以驗證廠商的產(chǎn)品能力。

在經(jīng)過需求調(diào)研以及技術(shù)選型等一系列前期準備后，智軌專項工作小組最終確認了采納容器云技術(shù)為核心技術(shù)支撐，搭建大數(shù)據(jù)平臺，進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入，加強數(shù)據(jù)資產(chǎn)化建設(shè)，以充分挖掘數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)價值。

搭建大數(shù)據(jù)云平臺一期，充分挖掘數(shù)據(jù)價值

如圖所示，在大數(shù)據(jù)云平臺一期層中，底層是容器云平臺，通過對硬件資源的虛擬化，提供CPU資源、內(nèi)存資源、存儲資源以及網(wǎng)絡(luò)資源;中間層包括大數(shù)據(jù)平臺、人工智能組件以及微服務(wù)開發(fā)框架，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、管理和分析，并進行AI建模分析等。

在SaaS層，大數(shù)據(jù)云平臺一期支撐的業(yè)務(wù)應(yīng)用包括乘客出行特征、客流預測應(yīng)用、客流風險評估預測以及統(tǒng)計分析。

鄭州地鐵大數(shù)據(jù)云平臺一期實現(xiàn)了以下三個方面的技術(shù)創(chuàng)新。

第一，大數(shù)據(jù)云平臺一期基于容器云技術(shù)，采取多租戶微服務(wù)的創(chuàng)新架構(gòu)。平臺具備靈活擴容、動態(tài)調(diào)配計算資源以及資源共享的功能，有效的解決了數(shù)據(jù)孤島的問題。如針對新線路開通情況，大數(shù)據(jù)平臺多租戶、資源可擴容的功能保證了可基于統(tǒng)一平臺接入新線路數(shù)據(jù)。

同時，通過云上進行數(shù)據(jù)存儲、分析、處理，相比傳統(tǒng)本地部署的模式，大大提升了資源利用率，同時降低了設(shè)備運維的成本。鄭州地鐵信息管理部副部長李昱見表示，使用了云計算和虛擬化技術(shù)后，一臺物理服務(wù)器可以虛擬化出多臺云服務(wù)器資源，拓展存儲空間的同時，使得運維成本大幅降低。

李昱見表示，在傳統(tǒng)本地部署模式下，往往會購置超平時所需的算力資源，以應(yīng)對某些需單次處理大體量數(shù)據(jù)的特殊情況。不過，計算機設(shè)備大部分的計算資源平時都未被利用，平均利用率非常低。使用容器云虛擬機技術(shù)，可以很好的解決這一問題。

第二，大數(shù)據(jù)云平臺一期為數(shù)據(jù)接入提供了統(tǒng)一的接口，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等都可基于同一標準進行接入。

第三，大數(shù)據(jù)云平臺一期實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、應(yīng)用、分析、管理的互融互通。通過以云產(chǎn)品形式提供大數(shù)據(jù)和AI服務(wù)，大數(shù)據(jù)云平臺一期具備對在線和離線的多源、多類型異構(gòu)數(shù)據(jù)進行采集的功能，通過設(shè)備在線數(shù)據(jù)實時采集、分析等能力，可以將通過離線數(shù)據(jù)建立的模型，對實時采集的數(shù)據(jù)進行實時分析，建立AI模型，挖掘數(shù)據(jù)價值，支撐智能預測等上層應(yīng)用。

大數(shù)據(jù)云平臺一期項目歷時兩年時間，自2018年開始實施規(guī)劃，2020初，大數(shù)據(jù)云平臺一期正式上線運營，目前該平臺支撐了客流分析預測以及弓網(wǎng)視頻分析兩大重要應(yīng)用場景。

上線智能客流預測平臺，提升民眾出行體驗

基于大數(shù)據(jù)云平臺一期，鄭州地鐵于2020年底上線了智能客流預測平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合、客流預警預測、車展客流風險評估、乘客畫像、靈活查詢等功能和服務(wù)。具體來看，智能客流預測平臺的功能和服務(wù)可以總結(jié)為以下三點。

首先，智能客流預測平臺不僅接入內(nèi)部乘客數(shù)據(jù)，還融合天氣、節(jié)假日、球賽、展會等外部數(shù)據(jù)，通過AI建模，能夠?qū)φ军c客流、線路客流、線網(wǎng)客流、斷面客流等進行精準預測。基于平臺生成的預測結(jié)果可服務(wù)地鐵業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)決策。例如，智能客流預測平臺如果預測到某個地鐵站點未來一段時間會出現(xiàn)大客流情況，業(yè)務(wù)中心可調(diào)配更多機動站務(wù)人員到該站點，提前做好準備。

其次，智能客流預測平臺能夠基于大數(shù)據(jù)分析，精準呈現(xiàn)某一時段內(nèi)客流流向，基于流向信息，地鐵運營人員采取更精細化的管控措施，減輕大客流情況對乘客的影響。

鄭州地鐵運營分公司站務(wù)中心副主任孟萌表示，在智能客流預測平臺上線前，針對包括民運會、大型會議等重大節(jié)日，鄭州地鐵一般會根據(jù)經(jīng)驗配置站務(wù)維保人員，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的大客流情況。“不過，這種情況下存在一個難點，在某一個站點發(fā)生大客流的時候，我們無法精確判斷出這個客流從哪方面過來的。”

但智能客流預測平臺上線以后，孟萌表示，運營人員可基于系統(tǒng)精準了解到車站的主要客流流向，可從乘客始發(fā)車站或者沿途車站就開始采取客流控制，避免大量乘客匯集在同一站點，不得不采取升級管控的措施。

最后，智能客流預測平臺還能以熱力圖的形式實時反應(yīng)各個地鐵站的擁擠情況。根據(jù)熱力圖可精準看到車站的布局結(jié)果和擁擠的賭點，從而采取措施進行客流疏導。例如，鄭州地鐵3號線于2020年底開通，在此之前，鄭州地鐵通過熱力圖提前預判到“二期廣場”站存在賭點嚴重、出站能力不足的問題，而對二期廣場站的出站閘口提前進行了改造，從5個增加到了16個，將出閘能力提升了183%。

總體來看，智能客流預測平臺幫助鄭州地鐵優(yōu)化了組織的人員配置。基于大數(shù)據(jù)分析以及智能預測等功能，鄭州地鐵不再需要在每個站點標配一定比例的地鐵運營人員，而可以按需要進行機動人員調(diào)度，大大降低了人工的工作負荷和壓力。

于市民而言，由于智能客流預測平臺實現(xiàn)了更精準的交通管控以及更合理的運力安排，減輕了交通擁堵，大大提升了市民出行體驗。下一步，鄭州地鐵將采取措施進一步提升市民的智慧化體驗，例如將客流預測信息通過鄭州地鐵“商易行”APP推送給市民，實時展示不同線路和站點的擁堵情況，輔助市民進行出行線路規(guī)劃。

上線弓網(wǎng)視頻分析系統(tǒng)，智能識別提升維保效率

基于大數(shù)據(jù)云平臺一期，鄭州地鐵還上線了弓網(wǎng)視頻分析系統(tǒng)。

弓網(wǎng)系統(tǒng)指的是受電弓和高壓電電網(wǎng)組成的電力系統(tǒng)，用于向運行中的高速列車輸送電力，驅(qū)動列車運行。在接收板和接收軌連接不好的情況下，會發(fā)生打火花的現(xiàn)象，導致系統(tǒng)磨損。為了延長弓網(wǎng)系統(tǒng)的壽命，需要持續(xù)觀測到打火花的現(xiàn)象，采取措施及時止損。對于打火火花的識別，跟大部分鐵路運營商一樣，鄭州地鐵以前主要根據(jù)列車上的攝像頭拍攝視頻依靠人工進行識別。

鄭州地鐵上線的弓網(wǎng)視頻分析系統(tǒng)，可利用機器視覺等人工智能技術(shù)實現(xiàn)對電火花的自動識別，具備打火等級評估、打火位置定位等功能。以往，基于人力對打火花視頻進行識別，工作量大，任務(wù)繁瑣， 弓網(wǎng)視頻分析系統(tǒng)上線后，大大提升了維保效率。

繼續(xù)深化數(shù)字化建設(shè)，探索前沿應(yīng)用

通過此次大數(shù)據(jù)云平臺一期項目建設(shè)，鄭州地鐵成為了將人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用在城市軌道交通領(lǐng)域的先行探索者。鄭州地鐵是目前全國首家將票務(wù)系統(tǒng)建立在云平臺的地鐵集團公司，同時，基于大數(shù)據(jù)云平臺一期，鄭州地鐵率先將利用人工智能技術(shù)運用到客流分析以及弓網(wǎng)視頻分析等場景中。

相比國內(nèi)其他一線城市，鄭州地鐵建設(shè)和運營線路開通較晚，使其可“站在巨人肩膀”上充分借鑒各方經(jīng)驗。同時，運營線路開通較晚也使得鄭州地鐵從一開始就可以采納包括人工智能等新技術(shù)，具備更少的“歷史包袱”.

總結(jié)來看，鄭州地鐵數(shù)字化轉(zhuǎn)型經(jīng)驗為同行或者其他組織提供了以下三個方面的經(jīng)驗參考。

第一，采取統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一部署的項目建設(shè)思路。鄭州地鐵通過成立專門的智軌專項工作小組來推進項目建設(shè)，并由公司黨委統(tǒng)一領(lǐng)導，在組織層面實現(xiàn)了內(nèi)外部資源的有效協(xié)調(diào)。

第二，充分做好前期技術(shù)探索。包括人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用仍處在初期階段，鄭州地鐵在前期通過調(diào)動內(nèi)外部資源，通過組織研討會等形式，組織研究學者、技術(shù)專家等一起展開充分交流，探索技術(shù)應(yīng)用和解決方案。

第三，大膽嘗試和探索新技術(shù)應(yīng)用。鄭州地鐵運用了云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)，在項目部署過程中，通過反復技術(shù)論證和試驗部署，最終發(fā)揮了各自技術(shù)的優(yōu)勢。

下一步，鄭州地鐵將基于大數(shù)據(jù)云平臺一期，繼續(xù)深化數(shù)字化建設(shè)。鄭州地鐵將進一步豐富接入數(shù)據(jù)的類型。例如，鄭州地鐵目前正在接洽鄭州大數(shù)據(jù)局，申請使用城市的公交數(shù)據(jù)，為智能客流預測平臺的模型訓練提供更豐富的數(shù)據(jù)，提高模型的精準度。

應(yīng)用場景方面，鄭州地鐵下一步將重點探索智慧運維的場景應(yīng)用。具體來看，鄭州地鐵將通過收集設(shè)備數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，對設(shè)備的狀態(tài)、故障等進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)從傳統(tǒng)的故障修、計劃修到狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變。