當人工智能遇上列車(chē)自主駕駛技術(shù)

忽然之間，我們的周?chē)�被越�?lái)越多的人工智能包圍，無(wú)人售票、無(wú)人超市、無(wú)人倉儲、包括已經(jīng)在青島港運行的無(wú)人碼頭，人工智能的探索和實(shí)現已經(jīng)超出了人類(lèi)的想象。

如今，無(wú)人駕駛技術(shù)也越來(lái)越多的運用在了軌道交通領(lǐng)域，而對于這個(gè)“智能駕駛員”的改造升級，還在不斷繼續。

隨著(zhù)人工智能逐步滲透到軌道交通領(lǐng)域，技術(shù)的融合、軟硬件的協(xié)同將成為發(fā)展趨勢，這不禁讓我們對列車(chē)自主駕駛這項新技術(shù)浮想聯(lián)翩：

“未來(lái)會(huì )出現能獨立思考的列車(chē)嗎？“

“未來(lái)的人工智能列控系統會(huì )發(fā)展到什么程度？”

“如何做到低成本運營(yíng)維護？”

“對于普通乘客會(huì )有什么影響？”

......

讓我們揭開(kāi)在軌道交通中運用人工智能的神秘面紗，一起來(lái)聊一聊列車(chē)自主運行技術(shù)吧~

從列車(chē)駕駛控制技術(shù)說(shuō)起

要想全面了解軌道交通列車(chē)自主駕駛技術(shù)，還得從列車(chē)駕駛控制技術(shù)說(shuō)起。依據國際公共交通協(xié)會(huì )（UITP）發(fā)布的標準規范，將軌道交通列車(chē)駕駛控制技術(shù)分為以下4種不同的等級：

第一等級（GoA1級）是非自動(dòng)駕駛 (NTO)模式，即由司機在自動(dòng)列車(chē)保護系統下的人工負責控制列車(chē)啟動(dòng)、運行、停止、開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)等操作事項，以及對突發(fā)情況進(jìn)行處理；

第二等級（GoA2級）是半自動(dòng)駕駛（STO）模式，即由司機負責控制列車(chē)從站臺發(fā)車(chē)以及處理突發(fā)情況等操作事項，而列車(chē)的啟動(dòng)、運行和停止則是自動(dòng)完成的；

 第三等級（GoA3級）是有人值守的全自動(dòng)駕駛（DTO）模式，列車(chē)需配備一名隨車(chē)人員進(jìn)行全程監督，系統或司機負責關(guān)門(mén)和從站臺發(fā)車(chē)；

第四等級（GoA4級）是無(wú)人值守的全自動(dòng)駕駛（UTO）模式，即列車(chē)的喚醒、啟動(dòng)、停止、開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)以及應對突發(fā)情況全部實(shí)現自動(dòng)化，無(wú)需配備隨車(chē)工作人員。

不難看出，列車(chē)駕駛控制技術(shù)經(jīng)歷了從非自動(dòng)駕駛（NTO）、半自動(dòng)駕駛（STO）到自動(dòng)駕駛（ATO）的發(fā)展過(guò)程，按照標準規范的定義，軌道交通列車(chē)自動(dòng)駕駛（ATO）模式包括有兩個(gè)等級，即第三等級DTO和第四等級UTO。

數據來(lái)源：IEC 62290-1

目前，國內大多數軌道交通列車(chē)的駕駛控制技術(shù)是屬于第二等級STO模式，它們廣泛應用基于通信列車(chē)控制（CBTC）的信號系統；近年來(lái)，諸如上海地鐵10號線(xiàn)、北京地鐵燕房線(xiàn)等全自動(dòng)無(wú)人駕駛模式也在國內初露鋒芒，它是一種基于CBTC信號系統的FAO模式�？v觀(guān)國外軌道交通技術(shù)發(fā)展歷程，列車(chē)全自動(dòng)駕駛技術(shù)經(jīng)40多年的發(fā)展和使用驗證，包括DTO和UTO在內的自動(dòng)駕駛技術(shù)已經(jīng)相當成熟，成為世界城市軌道交通今后發(fā)展的主要方向。 

國產(chǎn)的“黑科技”--自主駕駛的魅力

目前國內縱然已出現冠以“自動(dòng)化、無(wú)人化”美名的列車(chē)自動(dòng)駕駛系統，但實(shí)質(zhì)還是基于“車(chē)-地-車(chē)”的通信和控制架構，兩列運行的車(chē)輛間無(wú)法進(jìn)行信息交互，它仍需由地面控制中心及軌旁設備發(fā)送指揮、控制、監督等各種指令，才能完成全部運行過(guò)程；與其相反，列車(chē)自主駕駛則是一種高級的智能化系統，它像智能機器人一樣有視覺(jué)、會(huì )思考、能自行判斷作決定。這，就是國產(chǎn)新科技--列車(chē)自主運行系統（簡(jiǎn)稱(chēng)TACS）。

首先，如今的列車(chē)自動(dòng)駕駛主要是依靠地面控制室來(lái)實(shí)現列車(chē)自動(dòng)化運行的功能，即由控制室工作人員借助計算機、軌旁裝置等包括聯(lián)鎖、移動(dòng)授權控制器在內的信號系統，對列車(chē)運行進(jìn)行全方位控制，也就是說(shuō)，列車(chē)能夠行進(jìn)多遠仍然受地面控制；而對于列車(chē)自主駕駛而言，它除了具備自動(dòng)駕駛功能之外，還額外給列車(chē)配備了諸如傳感器、控制器、高速定位儀、高清晰相機等設備，它們就像給列車(chē)裝上了“大腦”和“眼睛”一樣，也就是說(shuō)，列車(chē)有了獲取運行環(huán)境以及獨立思考決斷的能力，列車(chē)在整個(gè)運行過(guò)程中，始終扮演一個(gè)主導者的角色，無(wú)需工作人員參與其中，真正做到了自動(dòng)化和無(wú)人化。

其次，TACS系統對車(chē)輛和信號車(chē)載設備進(jìn)行了深度融合，大大提升行車(chē)承載主體-列車(chē)的智能化水平。信號車(chē)載設備和車(chē)輛之間通過(guò)列車(chē)上統一的以太網(wǎng)平臺將互相提供更為豐富的狀態(tài)、控制信息，這不但減少了硬件接口，而且通過(guò)開(kāi)放的信息交互，信號系統和牽引、制動(dòng)系統更為緊密結合，使列車(chē)控制過(guò)程更為精確，從而提高了運營(yíng)組織的靈活性。同時(shí)，基于車(chē)車(chē)通信的列車(chē)追蹤，TACS系統中后車(chē)可通過(guò)直接與前車(chē)通信，獲取前車(chē)更多信息，生成平穩的追蹤速度曲線(xiàn)，提高乘坐舒適度。

再次，“自主駕駛”的工作模式可以有效地提高列車(chē)的運行速度，也就是說(shuō)，對同一條線(xiàn)路而言它可以比“自動(dòng)駕駛”模式提高發(fā)車(chē)頻次，縮短列車(chē)運行間隔時(shí)間，改善上下班、節假日高峰時(shí)段擁擠及等候狀況。除此之外，“自主駕駛”工作模式還擺脫了“自動(dòng)駕駛”模式高度依賴(lài)地面設施的局面，可將投資龐大的地面設施減少到最低程度，有利于舊線(xiàn)改造或節省新線(xiàn)建設、運行和維護成本，甚至可以降低車(chē)票價(jià)格……真是一舉多得。 

TACS為何是個(gè)“香餑餑”

      所謂TACS，實(shí)際上就是利用4G移動(dòng)通信（地鐵專(zhuān)用LTE-M）高速安全信息傳輸平臺，以實(shí)現列車(chē)與列車(chē)間的通信（簡(jiǎn)稱(chēng)為車(chē)-車(chē)通信），從而為列車(chē)跨線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )化運行提供關(guān)鍵的技術(shù)支持和安全保障。

而目前的列車(chē)運行是通過(guò)基于通信列車(chē)控制（CBTC）的信號系統來(lái)實(shí)現“自動(dòng)駕駛”模式的，CBTC信號系統的工作架構是一種車(chē)-地-車(chē)的通信方式，也就是說(shuō)，控制列車(chē)運行的所有數據信息，都必須經(jīng)過(guò)地面設施才能完成“上傳下達”，正因如此，所以很難實(shí)現列車(chē)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò )化運行或其代價(jià)昂貴。

顯而易見(jiàn)，TACS的車(chē)-車(chē)通信是比CBTC車(chē)-地-車(chē)通信更高層級的信號控制系統，它使得同城軌交網(wǎng)絡(luò )中“左右、前后”多個(gè)列車(chē)之間達成互聯(lián)互通、協(xié)調運行，是新一代具有更高可靠性、更高運行效率、更節省時(shí)間、更低成本的列控技術(shù)。

難怪乎，以車(chē)-車(chē)通信為設計核心的TACS列車(chē)自主運行系統，已成為未來(lái)軌道交通建設發(fā)展的“香餑餑”。

TACS技術(shù)落地青島地鐵6號線(xiàn)示范工程

2015年底，以青島市6號線(xiàn)一期建設項目為依托，由青島地鐵集團公司、中車(chē)青島四方車(chē)輛研究所、中車(chē)青島四方機車(chē)車(chē)輛股份有限公司、上海富欣智能交通控制有限公司與北京中興高達通信技術(shù)有限公司等單位共同研發(fā)實(shí)施列車(chē)自主運行軌道交通技術(shù)創(chuàng )新項目，受到國家發(fā)展改革委、中國城市軌道交通協(xié)會(huì )的大力支持，后正式獲批“列車(chē)自主運行系統（TACS）示范工程”項目。

（青島地鐵6號線(xiàn)“列車(chē)自主運行系統（TACS）示范工程”項目）