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當(dāng)人工智能遇上列車自主駕駛技術(shù)
忽然之間，我們的周圍被越來越多的人工智能包圍，無人售票、無人超市、無人倉儲(chǔ)、包括已經(jīng)在青島港運(yùn)行的無人碼頭，人工智能的探索和實(shí)現(xiàn)已經(jīng)超出了人類的想象。
如今，無人駕駛技術(shù)也越來越多的運(yùn)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(xù)。
隨著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自主駕駛這項(xiàng)新技術(shù)浮想聯(lián)翩：
“未來會(huì)出現(xiàn)能獨(dú)立思考的列車嗎？“
“未來的人工智能列控系統(tǒng)會(huì)發(fā)展到什么程度？”
“如何做到低成本運(yùn)營維護(hù)？”
“對于普通乘客會(huì)有什么影響？”
......
讓我們揭開在軌道交通中運(yùn)用人工智能的神秘面紗，一起來聊一聊列車自主運(yùn)行技術(shù)吧~
從列車駕駛控制技術(shù)說起
要想全面了解軌道交通列車自主駕駛技術(shù)，還得從列車駕駛控制技術(shù)說起。依據(jù)國際公共交通協(xié)會(huì)（UITP）發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將軌道交通列車駕駛控制技術(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(jī)在自動(dòng)列車保護(hù)系統(tǒng)下的人工負(fù)責(zé)控制列車啟動(dòng)、運(yùn)行、停止、開關(guān)車門等操作事項(xiàng)，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(jī)負(fù)責(zé)控制列車從站臺發(fā)車以及處理突發(fā)情況等操作事項(xiàng)，而列車的啟動(dòng)、運(yùn)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，列車需配備一名隨車人員進(jìn)行全程監(jiān)督，系統(tǒng)或司機(jī)負(fù)責(zé)關(guān)門和從站臺發(fā)車；
第四等級（GoA4級）是無人值守的全自動(dòng)駕駛（UTO）模式，即列車的喚醒、啟動(dòng)、停止、開關(guān)車門以及應(yīng)對突發(fā)情況全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無需配備隨車工作人員。
不難看出，列車駕駛控制技術(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)展過程，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的定義，軌道交通列車自動(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(shù)據(jù)來源：IEC
62290-1
目前，國內(nèi)大多數(shù)軌道交通列車的駕駛控制技術(shù)是屬于第二等級STO模式，它們廣泛應(yīng)用基于通信列車控制（CBTC）的信號系統(tǒng)；近年來，諸如上海地鐵10號線、北京地鐵燕房線等全自動(dòng)無人駕駛模式也在國內(nèi)初露鋒芒，它是一種基于CBTC信號系統(tǒng)的FAO模式�？v觀國外軌道交通技術(shù)發(fā)展歷程，列車全自動(dòng)駕駛技術(shù)經(jīng)40多年的發(fā)展和使用驗(yàn)證，包括DTO和UTO在內(nèi)的自動(dòng)駕駛技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)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(nèi)縱然已出現(xiàn)冠以“自動(dòng)化、無人化”美名的列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，但實(shí)質(zhì)還是基于“車-地-車”的通信和控制架構(gòu)，兩列運(yùn)行的車輛間無法進(jìn)行信息交互，它仍需由地面控制中心及軌旁設(shè)備發(fā)送指揮、控制、監(jiān)督等各種指令，才能完成全部運(yùn)行過程；與其相反，列車自主駕駛則是一種高級的智能化系統(tǒng)，它像智能機(jī)器人一樣有視覺、會(huì)思考、能自行判斷作決定。這，就是國產(chǎn)新科技--列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（簡稱TACS）。
首先，如今的列車自動(dòng)駕駛主要是依靠地面控制室來實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)化運(yùn)行的功能，即由控制室工作人員借助計(jì)算機(jī)、軌旁裝置等包括聯(lián)鎖、移動(dòng)授權(quán)控制器在內(nèi)的信號系統(tǒng)，對列車運(yùn)行進(jìn)行全方位控制，也就是說，列車能夠行進(jìn)多遠(yuǎn)仍然受地面控制；而對于列車自主駕駛而言，它除了具備自動(dòng)駕駛功能之外，還額外給列車配備了諸如傳感器、控制器、高速定位儀、高清晰相機(jī)等設(shè)備，它們就像給列車裝上了“大腦”和“眼睛”一樣，也就是說，列車有了獲取運(yùn)行環(huán)境以及獨(dú)立思考決斷的能力，列車在整個(gè)運(yùn)行過程中，始終扮演一個(gè)主導(dǎo)者的角色，無需工作人員參與其中，真正做到了自動(dòng)化和無人化。
其次，TACS系統(tǒng)對車輛和信號車載設(shè)備進(jìn)行了深度融合，大大提升行車承載主體-列車的智能化水平。信號車載設(shè)備和車輛之間通過列車上統(tǒng)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，而且通過開放的信息交互，信號系統(tǒng)和牽引、制動(dòng)系統(tǒng)更為緊密結(jié)合，使列車控制過程更為精確，從而提高了運(yùn)營組織的靈活性。同時(shí)，基于車車通信的列車追蹤，TACS系統(tǒng)中后車可通過直接與前車通信，獲取前車更多信息，生成平穩(wěn)的追蹤速度曲線，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的運(yùn)行速度，也就是說，對同一條線路而言它可以比“自動(dòng)駕駛”模式提高發(fā)車頻次，縮短列車運(yùn)行間隔時(shí)間，改善上下班、節(jié)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”模式高度依賴地面設(shè)施的局面，可將投資龐大的地面設(shè)施減少到最低程度，有利于舊線改造或節(jié)省新線建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)成本，甚至可以降低車票價(jià)格……真是一舉多得。
TACS為何是個(gè)“香餑餑”
在城市化進(jìn)程持續(xù)不斷推進(jìn)的今天，人們不禁要問：未來，什么東西最昂貴？專家們的回答是，在快節(jié)奏的城市環(huán)境中，空間和時(shí)間將會(huì)變得越來越珍貴稀缺。
一直以來，空間和時(shí)間始終是城市軌道交通追求更高層次發(fā)展的一個(gè)重要目標(biāo)，這是因?yàn)楸M管不少城市軌道交通已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化，但終極目標(biāo)是基于現(xiàn)有CBTC車-地-車架構(gòu)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛列車在多條線路上運(yùn)行，從而提高乘客出行的便利性以及運(yùn)營組織的靈活性。
近年來，青島地鐵集團(tuán)公司聯(lián)合軌道交通車輛裝備核心制造的企業(yè)對此癥結(jié)進(jìn)行了卓有成效的探索，并提出了一種稱之為列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）的一體化信號控制系統(tǒng)，旨在將時(shí)間和空間的束縛降至最低，以達(dá)成人們出行愿景的終極目標(biāo)。
所謂TACS，實(shí)際上就是利用4G移動(dòng)通信（地鐵專用LTE-M）高速安全信息傳輸平臺，以實(shí)現(xiàn)列車與列車間的通信（簡稱為車-車通信），從而為列車跨線網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行提供關(guān)鍵的技術(shù)支持和安全保障。
而目前的列車運(yùn)行是通過基于通信列車控制（CBTC）的信號系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)駕駛”模式的，CBTC信號系統(tǒng)的工作架構(gòu)是一種車-地-車的通信方式，也就是說，控制列車運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)信息，都必須經(jīng)過地面設(shè)施才能完成“上傳下達(dá)”，正因如此，所以很難實(shí)現(xiàn)列車互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行或其代價(jià)昂貴。
顯而易見，TACS的車-車通信是比CBTC車-地-車通信更高層級的信號控制系統(tǒng)，它使得同城軌交網(wǎng)絡(luò)中“左右、前后”多個(gè)列車之間達(dá)成互聯(lián)互通、協(xié)調(diào)運(yùn)行，是新一代具有更高可靠性、更高運(yùn)行效率、更節(jié)省時(shí)間、更低成本的列控技術(shù)。
 
難怪乎，以車-車通信為設(shè)計(jì)核心的TACS列車自主運(yùn)行系統(tǒng)，已成為未來軌道交通建設(shè)發(fā)展的“香餑餑”。
TACS技術(shù)落地青島地鐵6號線示范工程
2015年底，以青島市6號線一期建設(shè)項(xiàng)目為依托，由青島地鐵集團(tuán)公司、中車青島四方車輛研究所、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、上海富欣智能交通控制有限公司與北京中興高達(dá)通信技術(shù)有限公司等單位共同研發(fā)實(shí)施列車自主運(yùn)行軌道交通技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)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“列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）示范工程”項(xiàng)目。
（青島地鐵6號線“列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）示范工程”項(xiàng)目）
該項(xiàng)目采用TACS系統(tǒng)，同時(shí)，系統(tǒng)采用無人駕駛技術(shù)，具有列車主動(dòng)為自己辦理進(jìn)路、列車自主進(jìn)行安全防護(hù)等技術(shù)特點(diǎn)。全新系統(tǒng)將在“安全性、智能化、高效運(yùn)營”方面有顯著提高，簡單的通信接口也為線路間的互聯(lián)互通提供基礎(chǔ)。
最先進(jìn)的下一代列控技術(shù)
自從1998年，世界上第一條全自動(dòng)無人駕駛地鐵線路在巴黎投入運(yùn)營以來，至今全球已有50多條全自動(dòng)無人駕駛地鐵線路。智能化自主駕駛模式代表著未來城市軌道技術(shù)發(fā)展方向，有著很大的發(fā)展空間和潛力，能夠更好地滿足城市軌道交通運(yùn)營的網(wǎng)絡(luò)化和靈活性要求，其安全、智能、高效的特點(diǎn)亦是未來城市軌交系統(tǒng)建設(shè)及升級換代的首選。或許在不久的將來，將會(huì)涌現(xiàn)大量自主駕駛列車地鐵線路。
屆時(shí)，人們將告別CBTC信號控制系統(tǒng)，一顆人見人愛以車-車通信為核心的"TACS"新星，將在城市軌交界冉冉升起。
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