為了梳理智能鐵路的視角，PSA 的 Julia Mitchell 從鐵路信號解決方案的角度進行了深入研究，看看我們離智能鐵路到底有多遠

10年前，智慧城市的概念被稱為烏托邦，但現(xiàn)在的數(shù)字表明了它的美好前景。 根據(jù) Market.us 報告，我們預計到 2032 年智慧城市市場將增長八倍，復合年增長率 (CAGR) 達到 23%！ 智能鐵路市場的情況也基本如此，復合年增長率為 22.4%。 據(jù)我們所知，人們對這種模式寄予厚望。 由于其可持續(xù)性、可預測性和效率，鐵路是成為未來城市第一交通的絕佳候選者。

關(guān)注鐵路信號有多重要？ 雖然習慣上不太廣泛談論，但作為列車控制的基礎(chǔ)，信號系統(tǒng)是其他鐵路部件中最不容易受到創(chuàng)新影響的。 全球許多地方的鐵路仍然使用上個世紀的路邊設(shè)備，利用一個世紀前的技術(shù)。 城市軌道交通升級計劃幾乎與智慧城市的愿景不符。 現(xiàn)代數(shù)字鐵路信號系統(tǒng)（例如基于通信的列車控制（CBTC）或歐洲列車控制系統(tǒng)（ETCS））的引入進展緩慢，并且與一系列經(jīng)濟問題有關(guān)。 為了梳理智能鐵路的視角，PSA 希望從鐵路信號解決方案的角度進行深入研究，并表明我們離智能鐵路到底有多近。

什么樣的鐵路才能稱為智慧鐵路？ 它與先進鐵路信號有何關(guān)系

任何傳輸網(wǎng)絡(luò)都不可能脫離其運行環(huán)境。 智慧鐵路也是如此，應該分別推動智慧城市的三個主要理念——效率、移動性和可持續(xù)性。 鐵路要滿足這些理念，一般需要努力實現(xiàn)以下目標：

消除延遲并減少信號故障的數(shù)量。  增加容量并優(yōu)化流量。  提升乘客體驗。  減少開支。  減少對環(huán)境的影響。

所有提到的要點都以某種方式與鐵路信號相關(guān)。 驚訝嗎？ 鐵路信號系統(tǒng)的設(shè)備類型會影響列車時刻表的靈活性、對當前客流的適應性、服務成本（包括預測性維護的可能性）以及乘客體驗。

一般來說，智能鐵路是“自給自足”的鐵路，需要最少的人力控制來保持列車安全、最佳運行。 它利用物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 技術(shù)使所有鐵路子系統(tǒng)更加互聯(lián)，從而更加可用和可預測，以達到 SIL 4（最高安全級別）。 它利用人工智能 (AI) 建立數(shù)據(jù)驅(qū)動的鐵路運營并達到 GoA 4——即自動駕駛列車的最高自動化程度。 它提供先進的移動應用程序，讓乘客可以相應地計劃自己的行程。 這一切只有通過數(shù)字信號系統(tǒng)才能完成。

鐵路信號需要哪些增強功能才能變得更加智能？

全新的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施

智能列車必須以更短的間隔快速運行，同時保持最高的安全水平。 現(xiàn)在可以通過 CBTC、列車主動控制 (PTC) 和 ETCS 等現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)實現(xiàn)，這些系統(tǒng)還具有自我診斷功能。 然而，它們的實施會帶來巨大的成本，迫使鐵路當局在鐵路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分引入它們，避開低負荷區(qū)域。 如果不在線路上實施，則需要更換所有控制器和車載設(shè)備，刪除不必要的信號，并安裝信號傳輸塔。 部分引入數(shù)字信號系統(tǒng)在經(jīng)濟上是完全合理的，不會影響安全，但可能會因缺乏連接而給智慧城市環(huán)境帶來問題。

為什么智能鐵路需要這個？ 它允許在一段時間內(nèi)通過更多的列車，更容易適應實時客流量。 另一種適合這里的應用是智能攝像頭，它可以捕獲乘客流量數(shù)據(jù)并將其持續(xù)傳輸?shù)竭\營中心。

由于我們正在談論大量費用，因此此類升級意味著是漸進式的。 然而，我們毫不懷疑智慧城市內(nèi)的所有快速交通都將盡快轉(zhuǎn)向數(shù)字化。 雖然通勤鐵路通常負載較少，但可能需要更多時間來改變鐵路信號系統(tǒng)構(gòu)建原理。

無人駕駛列車的高級監(jiān)管

我們提到的數(shù)字信號系統(tǒng)還允許我們擺脫駕駛員，因為所有火車操作均由計算機計算。 無人駕駛列車隨后需要先進的監(jiān)管和軌道監(jiān)控。 最強大的AI算法應計算主要網(wǎng)絡(luò)中每列火車的精確路線，考慮到速度，位置和時間表的變化，對緊急情況做出反應，并在需要時重新計算路線。 否則，我們認為無人駕駛列車在全球范圍內(nèi)的采用取決于乘客何時克服迫使他們懷疑此類列車的可靠性和安全性的心理障礙。

高級監(jiān)管還應包括環(huán)境監(jiān)測，以發(fā)現(xiàn)危險情況，例如軌道上的障礙物。 由于火車需要超過0.62英里才能停止，因此值得裝備它或帶有激光射擊或最高質(zhì)量攝像機的軌道部分以從遠處檢測障礙物。

強大的網(wǎng)絡(luò)安全

智能城市的集中式網(wǎng)絡(luò)可能會分別危害其每個組件，從而為關(guān)鍵的安全鐵路系統(tǒng)帶來重大風險。 鐵路的網(wǎng)絡(luò)安全措施相對較新。 這意味著鐵路公司意識到研究定制安全解決方案的重要性。 為了保護鐵路資產(chǎn)，數(shù)字鐵路信號傳導使用鑰匙管理系統(tǒng)來對機車，路邊設(shè)備和后臺之間的安全數(shù)據(jù)進行加密和傳輸安全數(shù)據(jù)已成為普遍。

至于乘客，使用站和訓練Wi-Fi會使他們面臨額外的危險。 當中國地鐵泄漏了1.46億多個數(shù)據(jù)記錄或違反該案件時，有一個已知的網(wǎng)絡(luò)導軌案例，此后被盜了超過500萬乘客的信息。 這就是為什么鐵路公司需要在增強模式下保護Wi-Fi連接及其內(nèi)部數(shù)據(jù)庫的原因。 例如，多重身份驗證和增強加密在這里可能會有所幫助。

實時監(jiān)控和預測性維護

不要破壞用于火車控制的所有增強功能，但還需要使鐵路基礎(chǔ)設(shè)施保持完美狀態(tài)。 意思是，在監(jiān)視中實現(xiàn)了巨大的自主權(quán)。 鐵路交叉，橋梁，隧道和軌道配備了智能傳感器的系統(tǒng)，直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮髦行牟粌H可以在瞬間提供驚人的可靠性，而且還有助于預測性維護。 部署在云端的強大人工智能算法可以分析所有設(shè)備或施工數(shù)據(jù)，以發(fā)現(xiàn)暗示未來故障的不一致之處。

由于對振動、濕度、偏轉(zhuǎn)等進行連續(xù)實時監(jiān)控，可以在導致交通被迫停止之前很久就發(fā)現(xiàn)問題。 智能運輸網(wǎng)絡(luò)應在24/7可用平臺上運行，以在檢測到問題后自動安排維護。 這也使我們能夠減輕環(huán)境風險并完全符合標準。 事實上，預測性維護是目前推動整個行業(yè)“智能化”的主流趨勢。

什么將促進鐵路信號“智能化”？

如我們所見，它需要大量的增強功能，然后才能將鐵路完全聰明。 鐵路系統(tǒng)計劃和開發(fā)的整體方法確實可以在這里提供幫助。

智能鐵路與智能城市計劃的一致性

鐵路信號升級是冗長，復雜且昂貴的工作，最多可能需要五年，甚至需要一行。 在這段時間里，在新線路投入運行之時，在鐵路線上使用的技術(shù)就會過時也就不足為奇了。 因此，它需要新的投資流程來使新更新的線路適應智慧城市。

智慧城市的概念還應糾纏與失業(yè)相關(guān)的社會問題。 軌道交通也是如此，高度自治帶來勞動力成本降低30-50%！ 到目前為止，鐵路公司旨在維護工作，即使這導致了員工責任的減少。

牢記的工程學

不可能預測鐵路線投入使用時將會流行的技術(shù)。 但是，鑒于一般趨勢，可以開始升級升級。 例如，值得考慮的是在低負載區(qū)域經(jīng)常被忽視的連接，或者優(yōu)于有線的無線通信。 因此，鐵路行業(yè)需要開發(fā)替代性，更負擔得起的解決方案，以促進空中的連通性和整體可用性。

那么，我們什么時候可以談論智能鐵路？

由于傳統(tǒng)信號系統(tǒng)的生命周期約為 20 至 25 年，因此我們不能指望鐵路一夜之間就能實現(xiàn)自動化。 但盡管需要更多時間進行變革，鐵路模式仍然有機會走在智慧城市環(huán)境的最前沿。 利用這個時間可以高估軌道交通模式在未來城市環(huán)境中的價值，并規(guī)劃其在智慧城市中的發(fā)展。

全自動鐵路預計將在本十年末出現(xiàn)。 如果他們的發(fā)射成功，我們可能會面臨新的突破。 無論如何，服務公司和鐵路部門都需要為城市鐵路的自動化場景做好準備，以實現(xiàn)與智慧城市的無縫集成。

v