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城市轨道交通数字孪生调度系统中的乘客出行行为分析与调度1

城市轨道交通数字孪生调度系统中的乘客出行行为分析与调

度

摘要

本报告系统研究了城市轨道交通数字孪生调度系统中乘客出行行为分析与调度的

理论框架、技术路线和实施方案。报告首先分析了当前城市轨道交通发展现状与面临

的挑战，指出传统调度模式已难以满足日益复杂的运营需求。在此基础上，提出了基于

数字孪生技术的乘客出行行为分析框架，详细阐述了多源数据融合、行为模式识别、需

求预测等核心技术方法。报告设计了完整的数字孪生调度系统架构，包括物理层、数据

层、模型层和应用层，并重点分析了乘客行为建模、实时客流仿真、智能调度优化等关

键模块。通过案例验证表明，该系统能够提升调度效率1520%，降低乘客平均等待时间

1015%。报告还全面评估了项目实施的技术风险、管理风险和经济风险，并提出了相应

的保障措施。最后，展望了数字孪生技术在城市轨道交通领域的应用前景，为行业智能

化转型提供了理论依据和实践参考。

引言与背景

城市轨道交通发展现状

城市轨道交通作为现代城市交通体系的重要组成部分，近年来在我国得到了快速

发展。根据交通运输部发布的《城市轨道交通运营发展报告》，截至2023年底，我国内

地已有55个城市开通城市轨道交通运营线路，运营线路总长度超过1万公里，年客运

量突破200亿人次。北京、上海、广州等超大城市轨道交通网络已形成规模化运营，日

均客流量超过千万人次。这种快速发展态势对运营管理提出了更高要求，传统基于经验

和固定时刻表的调度模式已难以适应动态变化的客流需求。

随着城市化进程加快和城市群发展，城市轨道交通正从单线运营向网络化、智能化

方向发展。网络化运营带来了线路间耦合效应增强、客流换乘关系复杂、应急响应要求

高等新挑战。同时，乘客出行需求呈现多样化、个性化特征，通勤、休闲、商务等不同

目的的出行行为差异显著。这些变化要求轨道交通调度系统具备更强的感知能力、分析

能力和决策能力，以实现资源优化配置和服务质量提升。

数字孪生技术发展与应用

数字孪生作为物理世界与数字世界的映射技术，近年来在工业制造、智慧城市等领

域得到广泛应用。国际标准化组织(ISO)将数字孪生定义为”具有物理实体等效特性的

数字模型，可通过数据交换实现与物理实体的同步演化”。在城市轨道交通领域，数字孪

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生技术能够构建与物理系统实时同步的虚拟模型，为运营管理提供全要素、全周期、全

过程的数字化支撑。

数字孪生技术在轨道交通中的应用主要包括三个层次：基础层是设备设施的三维

可视化与状态监测；中间层是业务流程的数字化建模与仿真；高级层是基于数据驱动的

智能决策与优化。国内外已有多个城市开展了轨道交通数字孪生应用探索，如新加坡地

铁的数字孪生平台实现了列车运行的实时监控与故障预测；北京地铁大兴机场线构建

了全要素数字孪生系统，支撑了智慧运维与应急指挥。这些实践表明，数字孪生技术为

提升轨道交通运营管理水平提供了有效途径。

研究意义与价值

本研究的意义主要体现在三个方面：理论层面，将数字孪生技术与乘客行为分析相

结合，拓展了交通行为学研究的新视角，丰富了智能交通理论体系；技术层面，提出了

面向轨道交通调度的数字孪生系统架构，解决了多源异构数据融合、实时仿真、智能优

化等关键技术问题；应用层面，研究成果可直接服务于城市轨道交通运营实践，提升调

度效率和服务质量，为乘客提供更优质的出行体验。

从行业价值看，本研究响应了《交通强国建设纲要》提出的”推动大数据、互联网、

人工智能等新技术与交通行业深度融合”的要求，符合城市轨道交通智能化、绿色化、人

性化的发展方向。通过数字孪生技术的应用，可实现运营成本降低1015%，能源消耗减

少812%，乘客满意度提升1520%，具有显著的经济效益和社会效益。同时，研究成果

可为其他交通方式的智能化管理提供借鉴，推动整个交通行业的数字化转型。

政策与行业环境分析

国家政策导向

近年来，国家出台了一系列政策文件推动城市轨道交通智能化发展。《“十四五”现

代综合交通运输体系发展规划》明确提出”推进城市轨道交通智能化升级，构建智慧城

轨云平台”的目标。《关于推动交通运输领域新