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当人工智能遇上列车自主驾驶技术

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忽然之间,我们的周围被越来越多的人工智能包围,无人售票、无人超市、无人仓储、包括已经在青岛港运行的无人码头,人工智能的探索和实现已经超出了人类的想象。

如今,无人驾驶技术也越来越多的运用在了轨道交通领域,而对于这个“智能驾驶员”的改造升级,还在不断继续。

随着人工智能逐步渗透到轨道交通领域,技术的融合、软硬件的协同将成为发展趋势,这不禁让我们对列车自主驾驶这项新技术浮想联翩:

“未来会出现能独立思考的列车吗?“

“未来的人工智能列控系统会发展到什么程度?”

“如何做到低成本运营维护?”

“对于普通乘客会有什么影响?”

......

让我们揭开在轨道交通中运用人工智能的神秘面纱,一起来聊一聊列车自主运行技术吧~

从列车驾驶控制技术说起

要想全面了解轨道交通列车自主驾驶技术,还得从列车驾驶控制技术说起。依据国际公共交通协会(UITP)发布的标准规范,将轨道交通列车驾驶控制技术分为以下4种不同的等级:

第一等级(GoA1级)是非自动驾驶 (NTO)模式,即由司机在自动列车保护系统下的人工负责控制列车启动、运行、停止、开关车门等操作事项,以及对突发情况进行处理;

第二等级(GoA2级)是半自动驾驶(STO)模式,即由司机负责控制列车从站台发车以及处理突发情况等操作事项,而列车的启动、运行和停止则是自动完成的;

第三等级(GoA3级)是有人值守的全自动驾驶(DTO)模式,列车需配备一名随车人员进行全程监督,系统或司机负责关门和从站台发车;

第四等级(GoA4级)是无人值守的全自动驾驶(UTO)模式,即列车的唤醒、启动、停止、开关车门以及应对突发情况全部实现自动化,无需配备随车工作人员。

不难看出,列车驾驶控制技术经历了从非自动驾驶(NTO)、半自动驾驶(STO)到自动驾驶(ATO)的发展过程,按照标准规范的定义,轨道交通列车自动驾驶(ATO)模式包括有两个等级,即第三等级DTO和第四等级UTO。

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目前,国内大多数轨道交通列车的驾驶控制技术是属于第二等级STO模式,它们广泛应用基于通信列车控制(CBTC)的信号系统;近年来,诸如上海地铁10号线、北京地铁燕房线等全自动无人驾驶模式也在国内初露锋芒,它是一种基于CBTC信号系统的FAO模式。纵观国外轨道交通技术发展历程,列车全自动驾驶技术经40多年的发展和使用验证,包括DTO和UTO在内的自动驾驶技术已经相当成熟,成为世界城市轨道交通今后发展的主要方向。

国产的“黑科技”--自主驾驶的魅力

目前国内纵然已出现冠以“自动化、无人化”美名的列车自动驾驶系统,但实质还是基于“车-地-车”的通信和控制架构,两列运行的车辆间无法进行信息交互,它仍需由地面控制中心及轨旁设备发送指挥、控制、监督等各种指令,才能完成全部运行过程;与其相反,列车自主驾驶则是一种高级的智能化系统,它像智能机器人一样有视觉、会思考、能自行判断作决定。这,就是国产新科技--列车自主运行系统(简称TACS)。

首先,如今的列车自动驾驶主要是依靠地面控制室来实现列车自动化运行的功能,即由控制室工作人员借助计算机、轨旁装置等包括联锁、移动授权控制器在内的信号系统,对列车运行进行全方位控制,也就是说,列车能够行进多远仍然受地面控制

而对于列车自主驾驶而言,它除了具备自动驾驶功能之外,还额外给列车配备了诸如传感器、控制器、高速定位仪、高清晰相机等设备,它们就像给列车装上了“大脑”和“眼睛”一样,也就是说,列车有了获取运行环境以及独立思考决断的能力,列车在整个运行过程中,始终扮演一个主导者的角色,无需工作人员参与其中,真正做到了自动化和无人化

其次,TACS系统对车辆和信号车载设备进行了深度融合,大大提升行车承载主体-列车的智能化水平。信号车载设备和车辆之间通过列车上统一的以太网平台将互相提供更为丰富的状态、控制信息,这不但减少了硬件接口,而且通过开放的信息交互,信号系统和牵引、制动系统更为紧密结合,使列车控制过程更为精确,从而提高了运营组织的灵活性。

同时,基于车车通信的列车追踪,TACS系统中后车可通过直接与前车通信,获取前车更多信息,生成平稳的追踪速度曲线,提高乘坐舒适度。

再次,“自主驾驶”的工作模式可以有效地提高列车的运行速度,也就是说,对同一条线路而言它可以比“自动驾驶”模式提高发车频次,缩短列车运行间隔时间,改善上下班、节假日高峰时段拥挤及等候状况。

除此之外,“自主驾驶”工作模式还摆脱了“自动驾驶”模式高度依赖地面设施的局面,可将投资庞大的地面设施减少到最低程度,有利于旧线改造或节省新线建设、运行和维护成本,甚至可以降低车票价格……真是一举多得。

TACS为何是个“香饽饽”

在城市化进程持续不断推进的今天,人们不禁要问:未来,什么东西最昂贵?专家们的回答是,在快节奏的城市环境中,空间和时间将会变得越来越珍贵稀缺。

一直以来,空间和时间始终是城市轨道交通追求更高层次发展的一个重要目标,这是因为尽管不少城市轨道交通已经实现了网络化,但终极目标是基于现有CBTC车-地-车架构的互联互通,实现自动驾驶列车在多条线路上运行,从而提高乘客出行的便利性以及运营组织的灵活性。

近年来,青岛地铁集团公司联合轨道交通车辆装备核心制造的企业对此症结进行了卓有成效的探索,并提出了一种称之为列车自主运行系统(TACS)的一体化信号控制系统,旨在将时间和空间的束缚降至最低,以达成人们出行愿景的终极目标

所谓TACS,实际上就是利用4G移动通信(地铁专用LTE-M)高速安全信息传输平台,以实现列车与列车间的通信(简称为车-车通信),从而为列车跨线网络化运行提供关键的技术支持和安全保障。

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而目前的列车运行是通过基于通信列车控制(CBTC)的信号系统来实现“自动驾驶”模式的,CBTC信号系统的工作架构是一种车-地-车的通信方式,也就是说,控制列车运行的所有数据信息,都必须经过地面设施才能完成“上传下达”,正因如此,所以很难实现列车互联互通的网络化运行或其代价昂贵。

显而易见,TACS的车-车通信是比CBTC车-地-车通信更高层级的信号控制系统,它使得同城轨交网络中“左右、前后”多个列车之间达成互联互通、协调运行,是新一代具有更高可靠性、更高运行效率、更节省时间、更低成本的列控技术

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难怪乎,以车-车通信为设计核心的TACS列车自主运行系统,已成为未来轨道交通建设发展的“香饽饽”。

TACS技术落地青岛地铁6号线示范工程

2015年底,以青岛市6号线一期建设项目为依托,由青岛地铁集团公司、中车青岛四方车辆研究所、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、上海富欣智能交通控制有限公司与北京中兴高达通信技术有限公司等单位共同研发实施列车自主运行轨道交通技术创新项目,受到国家发展改革委、中国城市轨道交通协会的大力支持,后正式获批“列车自主运行系统(TACS)示范工程”项目

  (青岛地铁6号线“列车自主运行系统(TACS)示范工程”项目)

该项目采用TACS系统,同时,系统采用无人驾驶技术,具有列车主动为自己办理进路、列车自主进行安全防护等技术特点。全新系统将在“安全性、智能化、高效运营”方面有显著提高,简单的通信接口也为线路间的互联互通提供基础。

最先进的下一代列控技术

自从1998年,世界上第一条全自动无人驾驶地铁线路在巴黎投入运营以来,至今全球已有50多条全自动无人驾驶地铁线路。智能化自主驾驶模式代表着未来城市轨道技术发展方向,有着很大的发展空间和潜力,能够更好地满足城市轨道交通运营的网络化和灵活性要求,其安全、智能、高效的特点亦是未来城市轨交系统建设及升级换代的首选。或许在不久的将来,将会涌现大量自主驾驶列车地铁线路。

届时,人们将告别CBTC信号控制系统,一颗人见人爱以车-车通信为核心的"TACS"新星,将在城市轨道交通行业冉冉升起。

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最后编辑于:2018/06/08作者: Mapper

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