人工智能在城市軌道交通的應用

趙宗見

摘要：高效性、安全性、可靠性、實時性是城市軌道交通行業(yè)面向智能化運維工作的重要衡量指標。隨著人工智能行業(yè)如火如荼的發(fā)展、技術研究的深入、成果的應用落地，如何引入人工智能相關成熟及前沿技術，并與列車重要零部件的性能監(jiān)測、預測進行有效的融合，是城市軌道交通行業(yè)未來向工業(yè)4.0時代智能運營、智能運維的關鍵。基于以上問題本文簡要的闡述了人工智能方向的應用現(xiàn)狀，結合兩種應用場景探討了人工智能相對于傳統(tǒng)方式對于行車效率與安全的提升。

關鍵詞：人工智能；城市軌道交通；應用

引言

目前城市軌道交通行業(yè)主要包括：有軌電車、懸掛列車、地鐵、動車、高鐵，及下一代高、低速磁懸浮列車等，并具備多種類、多路況、運營多樣化的特點?；谥皣鴥鹊奶厥鈬榧肮I(yè)化進度的局限性因素，有軌電車及磁懸浮列車僅以試點性運營，普及率不足，隨著政策的導向指引，后期普及率會曲線增長。但機車在運營、運維階段仍停留半自動化時代，智能化不足。為減少資源消耗、信息化提速，打造一張軌道交通行業(yè)的工業(yè)4.0時代，如何提升列車智能感知能力的研究勢在必行。隨著近幾年人工智能在機器視覺、語音識別、自動駕駛等方向的研發(fā)應用，將其引入軌道交通行業(yè)，會極大的提升列車智能能力。本文便主要介紹智能交通是如何應用人工智能技術的。

1列車運行圖場景

1.1編制列車運行圖

廣泛應用于我國地鐵信號系統(tǒng)的列車運行圖是指利用坐標原理對列車運行的時間與空間關系的圖解。它規(guī)定了各次列車占用區(qū)間的順序、列車在一個車站到達和出發(fā)的時刻、列車區(qū)間運行時分、站停時分、折返作業(yè)時間等，是行車組織工作的基礎。在編制列車運行圖時，需要綜合考慮地鐵線路的列車運行參數(shù)、線路參數(shù)、信號系統(tǒng)行車能力、客流分布情況等因素。其中，前三個因素屬于固定因素，一旦地鐵線路建成，一般不會有變動；最后一個客流分布因素則會隨著運營而出現(xiàn)變化，屬于變動的因素。客流分布的變化既可以是空間分布的變動，也可以是時間分布的變動。一條線路開通后，會隨著網(wǎng)絡化線路的完善或者線路周邊的發(fā)展變化，出現(xiàn)客流的調整。根據(jù)多年的運營經驗，乘客集中出行的時間在一周內呈現(xiàn)工作日與周末不同的分布特點，在一天內也會有早高峰、晚高峰、平峰的分布特點。在制定運行圖時，在固定因素一定的情況下，需要充分考慮客流需求，力爭使運行圖提供的運能與實際需求相匹配，最大化地鐵的社會效益。

2.2輔助運行圖編制

人工智能系統(tǒng)可以通過地鐵的票務清分系統(tǒng)獲取一定周期內線網(wǎng)全部客流的空間與時間分布。然后根據(jù)線網(wǎng)的網(wǎng)絡結構、實際的列車供給、實際的客流情況進行運能的供需比較，分析出客流集中出現(xiàn)的時間段（可以分為尖峰、高峰、平峰）、車站、以及滯留時間，進一步得出運能的匹配度。OCC運行圖編制人員根據(jù)系統(tǒng)得出的結論可以有針對性地根據(jù)客流分布對運行圖進行優(yōu)化，調整列車在某些站的站停時間，對于客流尖峰時段可以最大化行車密度，高峰時段適當增加行車密度，平峰時段減少列車密度。如此一來，不但可以滿足實際的運能需求，也可以減少平峰的運能浪費，實現(xiàn)運營的經濟效益最大化。

2智能交通系統(tǒng)發(fā)展的隱患

2.1技術性問題

目前技術上的難關是阻礙智能交通系統(tǒng)發(fā)展的重要因素。我國盡管在科研創(chuàng)新上投入力度較大，且取得了眾多成果與突破，但因起步時間與發(fā)達國家相比較晚，存在著設施不完善、基礎薄弱等缺陷。同時在無人汽車領域有多項技術停留在實驗或概念層面。以環(huán)境感知技術與人機交互方式為例，利用視覺傳感器容易在車速變化率較大時造成圖像失真，受環(huán)境影響程度大，利用雷達探測受環(huán)境影響程度小但存在較大視覺盲區(qū)，人-車協(xié)同發(fā)展難以實現(xiàn)，人車交互存在技術不足。突破無人駕駛技術難題，為推廣智能交通系統(tǒng)掃清障礙。

2.2實用性問題

智能交通系統(tǒng)能否普及化實施，無人駕駛技術的發(fā)展是關鍵。人工智能技術能否引領時代潮流，AI能否頂替司機的位置進行無人駕駛，這些結果都尚未可知。假設無人駕駛技術普及到了各個交通行業(yè)，那大量的司機將會失業(yè)，這會加大政府的財政支出，而所產生的經濟效益短期內并不一定能夠彌補損失，同時待就業(yè)人口大量增加，也會增大就業(yè)壓力，影響社會秩序。

2.3安全性問題

智能交通系統(tǒng)是以人的安全為根本服務宗旨。李彥宏提出，AI的最高原則是安全可控。并以無人車舉例，一輛無人車如果被黑客攻擊了，它有可能變成一個殺人武器。畢竟，開發(fā)出高新技術，究其根本是為了人類更好的生活，是為人類服務，倘若安全得不到保障，就是在做無用功甚至是負功。特斯拉的無人駕駛汽車致死事件三番五次地發(fā)生，又有沃爾沃的無人駕駛汽車撞袋鼠，事故有大有小，但從其中暴露出的安全性問題不容忽視。

3城市智能交通的發(fā)展趨勢

3.1智能城市公路系統(tǒng)

作為發(fā)展城市智能交通最先開始的領域，智能城市公路系統(tǒng)起步最早，基礎設施也較為完善，預測后續(xù)的發(fā)展將會真正與無人駕駛技術相結合，推動無人駕駛技術的實用化進程。不久的將來，隨著無人駕駛汽車的量產與普及，智能城市公路系統(tǒng)才算大致建成，這將會提高城市交通效率，維護社會秩序，保障人民出行，促進經濟、社會、環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。智能交通系統(tǒng)中的智能城市公路系統(tǒng)必將是最先應用并推廣無人駕駛技術的領域。

3.2智能城市軌道系統(tǒng)

眾所周知，城市軌道交通包括地鐵、輕軌、自動導向、單軌鐵路、短途磁懸浮等。其智能化運行，核心技術在于控制，即控制列車的出站、運行、進站、?？亢蚩?。城市軌道交通的發(fā)展，離不開人工智能的開發(fā)。AI協(xié)助控制列車，安全事故發(fā)生的可能性將會大大降低，列車運行的安全性將會大大提高。預計城市的軌道交通將會向著安全可靠、高速省時、全自動的無人駕駛的方向發(fā)展，將來的出行會更加便捷、高效。

3.3智能水運系統(tǒng)

目前還尚未有專家、學者提出相關的概念，但我們不妨類比智能城市公路系統(tǒng)和智能城市軌道系統(tǒng)來指出智能水運系統(tǒng)的概念。智能水運系統(tǒng)可能就是水運交通系統(tǒng)智能化，將現(xiàn)代科學技術運用到輔助船只航行、?？俊⒀b卸貨物?，F(xiàn)在考慮其可行性，若要將人工智能應用到水運系統(tǒng)的無人駕駛中，則需要考慮的環(huán)境因素以及其他客觀因素眾多，以當前的高級計算機的普及性和算法的水平，難以迅速地做出正確而又合理的判斷，面對突發(fā)情況時的應對很難有效，船員的安全難以得到保障。想要真正做到水運系統(tǒng)的無人駕駛，技術上還需要很大的突破，而這或許還要有一段很長的時間。

3.4提升電話閉塞法作業(yè)安全

電話閉塞法行車作為一種應急的降級運行方式，在實際應用中存在著很大的人為安全隱患。國內外都曾發(fā)生過在采取電話閉塞法后發(fā)生嚴重行車事故的悲慘案例。在傳統(tǒng)電話閉塞法流程中引入人工智能，可以消除人為因素造成的安全隱患：輔助行車調度員準確、快速地下發(fā)調令，確保車站接受調令的一致性，防止錯誤接受調令引起的行車事故；減少人工鋪畫的延遲，及時對列車進行監(jiān)控，防止車站錯誤辦理閉塞而引發(fā)的行車事故。

結語

本文就一些地鐵行車指揮場景探討了人工智能應用情況。當然，人工智能在地鐵的應用場景遠遠不止這些?？梢灶A見，隨著人工智能的逐漸應用，地鐵行車的指揮工作將會越來越高效安全。

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（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司）