人工智能在城市軌道交通的應(yīng)用

趙宗見

摘要：高效性、安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性是城市軌道交通行業(yè)面向智能化運(yùn)維工作的重要衡量指標(biāo)。隨著人工智能行業(yè)如火如荼的發(fā)展、技術(shù)研究的深入、成果的應(yīng)用落地，如何引入人工智能相關(guān)成熟及前沿技術(shù)，并與列車重要零部件的性能監(jiān)測、預(yù)測進(jìn)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(shí)代智能運(yùn)營、智能運(yùn)維的關(guān)鍵。基于以上問題本文簡要的闡述了人工智能方向的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合兩種應(yīng)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(guān)鍵詞：人工智能；城市軌道交通；應(yīng)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(yùn)營多樣化的特點(diǎn)。基于之前國內(nèi)的特殊國情及工業(yè)化進(jìn)度的局限性因素，有軌電車及磁懸浮列車僅以試點(diǎn)性運(yùn)營，普及率不足，隨著政策的導(dǎo)向指引，后期普及率會曲線增長。但機(jī)車在運(yùn)營、運(yùn)維階段仍停留半自動化時(shí)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(shí)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(jī)器視覺、語音識別、自動駕駛等方向的研發(fā)應(yīng)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(yīng)用人工智能技術(shù)的。

1列車運(yùn)行圖場景

1.1編制列車運(yùn)行圖

廣泛應(yīng)用于我國地鐵信號系統(tǒng)的列車運(yùn)行圖是指利用坐標(biāo)原理對列車運(yùn)行的時(shí)間與空間關(guān)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(gè)車站到達(dá)和出發(fā)的時(shí)刻、列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)分、站停時(shí)分、折返作業(yè)時(shí)間等，是行車組織工作的基礎(chǔ)。在編制列車運(yùn)行圖時(shí)，需要綜合考慮地鐵線路的列車運(yùn)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(gè)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(gè)客流分布因素則會隨著運(yùn)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(shí)間分布的變動。一條線路開通后，會隨著網(wǎng)絡(luò)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(diào)整。根據(jù)多年的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，乘客集中出行的時(shí)間在一周內(nèi)呈現(xiàn)工作日與周末不同的分布特點(diǎn)，在一天內(nèi)也會有早高峰、晚高峰、平峰的分布特點(diǎn)。在制定運(yùn)行圖時(shí)，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(yùn)行圖提供的運(yùn)能與實(shí)際需求相匹配，最大化地鐵的社會效益。

2.2輔助運(yùn)行圖編制

人工智能系統(tǒng)可以通過地鐵的票務(wù)清分系統(tǒng)獲取一定周期內(nèi)線網(wǎng)全部客流的空間與時(shí)間分布。然后根據(jù)線網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、實(shí)際的列車供給、實(shí)際的客流情況進(jìn)行運(yùn)能的供需比較，分析出客流集中出現(xiàn)的時(shí)間段（可以分為尖峰、高峰、平峰）、車站、以及滯留時(shí)間，進(jìn)一步得出運(yùn)能的匹配度。OCC運(yùn)行圖編制人員根據(jù)系統(tǒng)得出的結(jié)論可以有針對性地根據(jù)客流分布對運(yùn)行圖進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整列車在某些站的站停時(shí)間，對于客流尖峰時(shí)段可以最大化行車密度，高峰時(shí)段適當(dāng)增加行車密度，平峰時(shí)段減少列車密度。如此一來，不但可以滿足實(shí)際的運(yùn)能需求，也可以減少平峰的運(yùn)能浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2智能交通系統(tǒng)發(fā)展的隱患

2.1技術(shù)性問題

目前技術(shù)上的難關(guān)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(shí)間與發(fā)達(dá)國家相比較晚，存在著設(shè)施不完善、基礎(chǔ)薄弱等缺陷。同時(shí)在無人汽車領(lǐng)域有多項(xiàng)技術(shù)停留在實(shí)驗(yàn)或概念層面。以環(huán)境感知技術(shù)與人機(jī)交互方式為例，利用視覺傳感器容易在車速變化率較大時(shí)造成圖像失真，受環(huán)境影響程度大，利用雷達(dá)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(shí)現(xiàn)，人車交互存在技術(shù)不足。突破無人駕駛技術(shù)難題，為推廣智能交通系統(tǒng)掃清障礙。

2.2實(shí)用性問題

智能交通系統(tǒng)能否普及化實(shí)施，無人駕駛技術(shù)的發(fā)展是關(guān)鍵。人工智能技術(shù)能否引領(lǐng)時(shí)代潮流，AI能否頂替司機(jī)的位置進(jìn)行無人駕駛，這些結(jié)果都尚未可知。假設(shè)無人駕駛技術(shù)普及到了各個(gè)交通行業(yè)，那大量的司機(jī)將會失業(yè)，這會加大政府的財(cái)政支出，而所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益短期內(nèi)并不一定能夠彌補(bǔ)損失，同時(shí)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(wù)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(gè)殺人武器。畢竟，開發(fā)出高新技術(shù)，究其根本是為了人類更好的生活，是為人類服務(wù)，倘若安全得不到保障，就是在做無用功甚至是負(fù)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(lǐng)域，智能城市公路系統(tǒng)起步最早，基礎(chǔ)設(shè)施也較為完善，預(yù)測后續(xù)的發(fā)展將會真正與無人駕駛技術(shù)相結(jié)合，推動無人駕駛技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。不久的將來，隨著無人駕駛汽車的量產(chǎn)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(hù)社會秩序，保障人民出行，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境的協(xié)調(diào)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(yīng)用并推廣無人駕駛技術(shù)的領(lǐng)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(dǎo)向、單軌鐵路、短途磁懸浮等。其智能化運(yùn)行，核心技術(shù)在于控制，即控制列車的出站、運(yùn)行、進(jìn)站、停靠候客。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(yùn)行的安全性將會大大提高。預(yù)計(jì)城市的軌道交通將會向著安全可靠、高速省時(shí)、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(yùn)系統(tǒng)

目前還尚未有專家、學(xué)者提出相關(guān)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(yùn)系統(tǒng)的概念。智能水運(yùn)系統(tǒng)可能就是水運(yùn)交通系統(tǒng)智能化，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)運(yùn)用到輔助船只航行、停靠、裝卸貨物。現(xiàn)在考慮其可行性，若要將人工智能應(yīng)用到水運(yùn)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(dāng)前的高級計(jì)算機(jī)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(shí)的應(yīng)對很難有效，船員的安全難以得到保障。想要真正做到水運(yùn)系統(tǒng)的無人駕駛，技術(shù)上還需要很大的突破，而這或許還要有一段很長的時(shí)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(yīng)急的降級運(yùn)行方式，在實(shí)際應(yīng)用中存在著很大的人為安全隱患。國內(nèi)外都曾發(fā)生過在采取電話閉塞法后發(fā)生嚴(yán)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(diào)度員準(zhǔn)確、快速地下發(fā)調(diào)令，確保車站接受調(diào)令的一致性，防止錯(cuò)誤接受調(diào)令引起的行車事故；減少人工鋪畫的延遲，及時(shí)對列車進(jìn)行監(jiān)控，防止車站錯(cuò)誤辦理閉塞而引發(fā)的行車事故。

結(jié)語

本文就一些地鐵行車指揮場景探討了人工智能應(yīng)用情況。當(dāng)然，人工智能在地鐵的應(yīng)用場景遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。可以預(yù)見，隨著人工智能的逐漸應(yīng)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(jī)車車輛股份有限公司）