物联网时代 轨道交通如何升级？

作者：    时间：2016/11/5 21:21:13  来源：   

从19世纪初英国开通世界第一条蒸汽火车铁路开始，轨道运输历经200多年的发展，已经成为陆上交通最有效的运输方式。如今，轨道产业走向自动化、智能化已成必然趋势，未来智能轨道运输系统在行车安全、运输管理、旅客服务上扮演举重若轻的角色，利用先进的管理决策、通讯及自动控制等技术，让讯息的收集处理更有效率，借助物联网与大数据应用，让轨道运输系统革新升级，确保轨道服务质量，而在其架构下，尤以旅客安全为重要课题。 物联网下轨道运输新思维 　　本文将从台湾目前最具先进智能轨道系统的台北市政府公交工程局、交通部高速铁路工程局，以及中华大学运输科技与物流管理学系兼任教授张辰秋的角度，试图分析智能轨道系统的关键要素，从中激发轨道营运之创新思维，进而催生新的应用技术服务。 　　4G通讯迎接智能轨道技术变革 　　轨道交通是城市运输的主要动脉，在智能城市的大架构下，轨道运输系统作为支撑城市经济社会发展的基础建设，肩负每日人流输送转运的重责大任，也间接推动城市的快速发展。 　　现任高雄市高阶经营管理协会理事长张辰秋，同时也在中华大学教授相关课程，曾担任前桃园捷运公司总经理、高雄捷运公司营运副总经理、台北市政府捷运工程局机电系统工程处总工程司，现正致力推动CBTC通讯式列车控制（Communication-based Train Control），利用高解析技术侦测列车位置，并以4G通讯方式完成行车监控功能，台北捷运文湖线与桃园国际机场捷运线即采用此系统。4G通讯不但能乘载CBTC讯号，也能解决带宽问题，适合高速移动，有助于影像传输的质量及稳定性，因此，4G网络的布建成为智能轨道运输的重要推手。 　　布建4G小型基地台 　　轨道系统若要达到讯号传输的稳定性，必须优化信号车载（Carborne）软件，让无线通信系统正常运作，同时强化信号设备的检修和维护。4G的CBTC备援建置，除可做为现行的行车控制系统外，亦能将PIS（月台信息系统）和监控摄影机整合为单一系统做有效管理，让监控设备画质更清晰，传输速度更快，有益于朝向可视化、语音化的操作平台发展，借助统一集中管理，提供高效率、高质量的CBTC讯号，以维持通讯稳定度。 　　而要维持无线传输的稳定度，4G基地台的普及是首要目标。然而建置一座4G基地台需投入百万元台币，即便台湾通讯传播委员会（NCC）于两年前启动台湾4G建设大计，加速4G讯号涵盖率，联机质量却不见改善。欲解决基地台不足问题，替代之道是在车站、车体及轨道沿线布建小型4G基地台，针对重要路段设置多点覆盖，以防单一基地台故障后不至于失去讯号。外部的小型基地台数量建置足够后，另外在车厢内部装设无线传输设备，可支持GPS定位，作为车辆调度与行进轨迹的追踪；此外，亦能将4G讯号转换为Wi-Fi网络，为乘客提供上网服务，甚至延伸为O2O（Online to Offline）电子商务营销模式，完成车上下单、下车取货的贴心服务。 　　网络管理单一化 　　张辰秋强调，智能型轨道运输应该使用最精简的人力，将其功能发挥至最大化，达到最完整的监控功能。除了通讯，无人驾驶也是智能轨道运输的必要元素，但无人驾驶需做配套措施，4G平台可望达成完整监控的目标。网络管理单一化，规划详细的SOP流程，使操作人员确实明了如何处理、应付各种情况，这些都需要稳定的网管系统。4G作为一种媒介，虽然不如有线讯号来得稳定，但碍于有线网络建置所费不赀，且会随着时间推移产生线路老旧问题，4G网络势必成为整合通讯相关系统，形成高效率、可靠稳定网络管理的首选。 　　4G移动通讯让轨道交通的各方面性能得以提升，提供更多样化的服务内容，以及更简易的操作管理。国际上轨道交通运输已经迎来4G时代，未来对于数据传输、影像监控等应用，将揭开无线网络技术新篇章。 智能轨道核心：安全与服务 　　近几年国际间恐怖攻击等意外事件层出不穷，人潮聚集的交通枢纽成为明显标的，高铁亦曾于2013年面临列车被放置爆裂物的威胁，因此，如何维护旅客安全，为其创造一个安全无忧的搭乘环境，成了高铁在建置智能轨道运输系统时最重视的课题。满足基本的安全条件后，通过物联网技术结合旅客服务，也将是智能轨道下一步发展核心。 　　高铁工程局总工程司钟维力为智能轨道系统下定义，一是达到旅客安全，二是旅客服务满意最大化。轨道智能化最终朝向自动列车控制（Automatic TrainControl，ATC），其子架构分为三大面向：列车自动驾驶（Automatic Train Operation，ATO）、列车自动监控（Automatic Train Supervision，ATS） ， 以及其列车自动保护（Automatic Train Protection，ATP）。要达到列车自动控制，需具备自动防碰撞保护设备（ATP），以及稳定的ATO和ATS。高铁由于行驶速度快、站距长，必须配置司机员做列车加速控制与到站停准，在ATC行车控制模式下保障安全的减速则由计算机判断，无法人为介入操作。 　　另外，通过旅客信息服务的PIDS（旅客信息显示系统，Passenger Information Display System），结合自动广播系统，让乘客能在搭乘列车的同时掌握车辆动态、到站时间及旅游信息，包含手机App查询相关信息，或者班车延误或取消时发送通知，未来如机场捷运线亦可提供航班信息，规划托运行李和海关受检的时间，更能从容不迫地搭机出游。 　　体认到行车安全的重要性，高铁计划增加实时影像监控的架设数量，涵盖沿线轨道区域，以防止人员或动物之侵入。监控系统涉及到讯号传递，高铁现阶段智能控制朝向基本设施功能的提升，通过完整的骨干网络在沿线布建4G，将所有信息传输至行控中心。新的监控摄影机除实时监控旅客在月台上的移动，现也开始针对防暴积极建立脸部表情识别的大数据数据，从旅客进入车站识别其行为，判别有无携带危险物品，是否有滞留物，摄影机随时不间断扫描，发现异常行为时即发出告警，马上通知相关安全人员追踪，这些都是高铁目前的初步实验，借助人脸识别达到预防效果。 　　另外，警政单位也正开始建置同步监控中心，将来在紧急事件处理上相信会更有效率、做好更充足的应变准备。 　　无人驾驶打造智能轨道运输愿景 　　轨道运输朝向无人驾驶系统已是国际间重要趋势，其原因在于影响轨道运输营运安全风险的最大肇因是人为因素，根据国际间轨道运输事故统计，人为疏失约占60%以上，无人驾驶因而成为一门显学，甚至逐步落实无人汽车、无人飞机的新型应用。所谓的轨道运输智慧化，即是不需要人为去控制或做判断，全部计算机化，对于列车的运行控制、调度指挥高度自动化，可大幅提升系统可靠度与效率，节省人力成本。 　　台北捷运已经走向无人驾驶，包含文湖线及未来的环状线、台中捷运等中运量（单方向运量5，000～30，000人次/小时）系统，捷运工程局机电系统设计处处长苏瑞文说明，台北捷运可依据高低峰时间自动调整发车班距与运行车辆数，不会有明显加速或减速的感觉，自动化技术的重点是无人驾驶，而安全是保障系统长期成功运行的核心。无人驾驶轨道运输系统主要是通过行控中心，以先进的监控与通讯系统，监视、调度整个轨道系统的运作，其优点在于借助全自动监控技术，保持列车安全的行车距离，避免如错误启动、加速及超速等人为操作失误问题，统一由行控中心做出应变措施。 　　虽然如此，对于高运量（单方向运量30，000以上人次/小时）在营运时间仍会配置司机员，仅负责察看乘客上下车及月台开关门情形，并在系统出现异常时即刻处理，列车的启动及运行皆为信号计算机自动驾驶，不需人手动控制，尤其郑捷事件发生后，司机员的配置有助于先行了解车厢内状况，再通报至行控中心做后续处理。 　　全世界都朝向无人驾驶发展，捷运也全面自动化，为何捷运文湖线还需增派随车人员？自动化的目的即是节省人力成本，现行做法似乎有违系统建置的初衷。针对此问题，苏瑞文无奈表示，捷运文湖线每年确实花费诸多经费聘请随车人员，此预算也常遭议会质询，即使随车人员与无人驾驶系统背道而驰，但囿于台北捷运加入国际捷运组织CoMET及Nova轨道运输标竿联盟，每年在世界评比中皆取得不错的成绩与评价，其中系统是否稳定、障碍是否能在短时间排除更是其中一项指标，为提升北捷在国际间的竞争力，随车人员变成必要之恶。 　　此外，国情问题也是另一项主因，大众对于公共运输系统出错零容忍，过去捷运发生列车故障、系统异常造成班次延迟时，往往引起极大的舆论和反响，却未思考自动驾驶的目的为安全第一，当列车有安全疑虑时，系统便设定自动停驶，待操作人员排除故障。未来中运量捷运必定可以达到全面性无人驾驶，但依现行文湖线所面临的种种难题，随车人员的存在仍是稳定民心不可或缺的重要角色。 智慧联网下　轨道运输新商机 　　要引领轨道交通再升级，创造便捷交通网，必须拥有完善的智能轨道运输系统。智能轨道运输结合系统的智能与人的智慧，运用物联网、云端运算做诸如行车安全、运输管理、旅客服务或外部合作等加值应用，在智能城市的目标下，带动轨道运输市场商机。 　　如同钟维力提及，旅客安全与服务是成就智能轨道运输的重要核心，高铁在防灾应变上具备智能联网技术，其灾害监测系统以Google earth与GIS整合实时防救灾地理空间信息，在轨道沿线布建传感器（Sensor）搜集监控轨道周边，并连结外部气象、水文、交通机具等实时查询信息，提供防台、落石、地震等灾后回报与查检功能。 　　轨道运输首重旅客安全，考虑高铁车站人潮聚集，易成恐怖份子犯案地点，高铁因应日渐升高的暴力犯罪问题，为提升安全监控系统，正与中科院合作进行实验计划，运用智能影像分析技术对进出站旅客做脸部表情识别，或就旅客之异常滞留或奔跑、留置物品等实时分析是否潜藏犯罪行为，通过网络传输予警政单位事先加以防范。台北捷运也正着手通过网通技术，将高运量车厢内的实时影像直接传送至行控中心，而无须再经由车内司机员得知现场情形。 　　在智慧联网之下，传输的稳定性将愈形重要，高铁目前已计划在沿线原有的光纤、漏波电缆等骨干网络之下，持续更新系统组件，以及增加4G无线网络的应用，未来可通过4G通讯进行实时告警影像传输。 　　另外，高铁新设的苗栗、彰化、云林等三站，已把车站与设备等所有系统信息转为数字影像，并将建筑信息模型（BIM）技术与维修管理系统（MMS）整合，从设计规划、施工、完工至交付营运单位，全部予以图像化，藉此建立维修管理数据库，监测设备何时该汰旧换新，甚至与备品采购及会计登帐做到同步更新。 　　综观上述，可以了解安全是轨道运输一致重视的核心议题，但要达成完整、完善的智能轨道运输系统，背后需要许多尚待耕耘的技术与应用设备环环相扣。从张辰秋所谈的4G通讯平台、备援系统，到钟维力分享的智能影像分析、App旅客服务，以及苏瑞文提出将监视摄影机实时传输至行控中心等，这些都要结合无线通信基地台的建置，更高分辨率的影像画质，以及通过传感器收集数据做大数据运算，最后产生足够的安全参数以完备智慧分析技术。捷运及高铁在系统的软硬件方面已拥有先进技术，而轨道运输纳在智慧城市底下，旅客的安全与服务将备受重视，成为可发展的重点商机。 　　无人驾驶已经不是问题，重点是人在其中所扮演的角色，作为智能城市里的重要应用，轨道与人的生活紧密联系在一起，将小区、出游、购物、通勤通通打包；物联网串联的不仅是物与物，还有人与人之间的关系。轨道运输系统因为新科技的注入而产生智慧，唯有持续开发传感器、智能分析技术、大数据及后端整合平台，实际应用在轨道运输系统上，可靠度与稳定度都安全无虞，业主才会真正有感，逐步实践更安全、舒适、便利的智能轨道运输服务。