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發表于 2018/6/10 14:02:29  |  來自 軌道世界  |  查看 2369
當人工智能遇上列車自主駕駛技術

當人工智能遇上列車自主駕駛技術


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、包括已經在青島港運行的無人碼頭,人工智能的探索和實現已經超出了人類的想象。

如今,無人駕駛技術也越來越多的運用在了軌道交通領域,而對于這個“智能駕駛員”的改造升級,還在不斷繼續。

隨著人工智能逐步滲透到軌道交通領域,技術的融合、軟硬件的協同將成為發展趨勢,這不禁讓我們對列車自主駕駛這項新技術浮想聯翩:

“未來會出現能獨立思考的列車嗎?“

“未來的人工智能列控系統會發展到什么程度?”

“如何做到低成本運營維護?”

“對于普通乘客會有什么影響?”

......

讓我們揭開在軌道交通中運用人工智能的神秘面紗,一起來聊一聊列車自主運行技術吧~

從列車駕駛控制技術說起

要想全面了解軌道交通列車自主駕駛技術,還得從列車駕駛控制技術說起。依據國際公共交通協會(UITP)發布的標準規范,將軌道交通列車駕駛控制技術分為以下4種不同的等級:

第一等級(GoA1級)是非自動駕駛 (NTO)模式,即由司機在自動列車保護系統下的人工負責控制列車啟動、運行、停止、開關車門等操作事項,以及對突發情況進行處理;

第二等級(GoA2級)是半自動駕駛(STO)模式,即由司機負責控制列車從站臺發車以及處理突發情況等操作事項,而列車的啟動、運行和停止則是自動完成的;

 第三等級(GoA3級)是有人值守的全自動駕駛(DTO)模式,列車需配備一名隨車人員進行全程監督,系統或司機負責關門和從站臺發車;

第四等級(GoA4級)是無人值守的全自動駕駛(UTO)模式,即列車的喚醒、啟動、停止、開關車門以及應對突發情況全部實現自動化,無需配備隨車工作人員。

不難看出,列車駕駛控制技術經歷了從非自動駕駛(NTO)、半自動駕駛(STO)到自動駕駛(ATO)的發展過程,按照標準規范的定義,軌道交通列車自動駕駛(ATO)模式包括有兩個等級,即第三等級DTO和第四等級UTO。

數據來源:IEC 62290-1

目前,國內大多數軌道交通列車的駕駛控制技術是屬于第二等級STO模式,它們廣泛應用基于通信列車控制(CBTC)的信號系統;近年來,諸如上海地鐵10號線、北京地鐵燕房線等全自動無人駕駛模式也在國內初露鋒芒,它是一種基于CBTC信號系統的FAO模式?v觀國外軌道交通技術發展歷程,列車全自動駕駛技術經40多年的發展和使用驗證,包括DTO和UTO在內的自動駕駛技術已經相當成熟,成為世界城市軌道交通今后發展的主要方向。 

國產的黑科技”--自主駕駛的魅力

目前國內縱然已出現冠以“自動化、無人化”美名的列車自動駕駛系統,但實質還是基于“車-地-車”的通信和控制架構,兩列運行的車輛間無法進行信息交互,它仍需由地面控制中心及軌旁設備發送指揮、控制、監督等各種指令,才能完成全部運行過程;與其相反,列車自主駕駛則是一種高級的智能化系統,它像智能機器人一樣有視覺、會思考、能自行判斷作決定。這,就是國產新科技--列車自主運行系統(簡稱TACS)。

首先,如今的列車自動駕駛主要是依靠地面控制室來實現列車自動化運行的功能,即由控制室工作人員借助計算機、軌旁裝置等包括聯鎖、移動授權控制器在內的信號系統,對列車運行進行全方位控制,也就是說,列車能夠行進多遠仍然受地面控制;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、高清晰相機等設備,它們就像給列車裝上了“大腦”和“眼睛”一樣,也就是說,列車有了獲取運行環境以及獨立思考決斷的能力,列車在整個運行過程中,始終扮演一個主導者的角色,無需工作人員參與其中,真正做到了自動化和無人化。

其次,TACS系統對車輛和信號車載設備進行了深度融合,大大提升行車承載主體-列車的智能化水平。信號車載設備和車輛之間通過列車上統一的以太網平臺將互相提供更為豐富的狀態、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,信號系統和牽引、制動系統更為緊密結合,使列車控制過程更為精確,從而提高了運營組織的靈活性。同時,基于車車通信的列車追蹤,TACS系統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行速度,也就是說,對同一條線路而言它可以比“自動駕駛”模式提高發車頻次,縮短列車運行間隔時間,改善上下班、節假日高峰時段擁擠及等候狀況。除此之外,“自主駕駛”工作模式還擺脫了“自動駕駛”模式高度依賴地面設施的局面,可將投資龐大的地面設施減少到最低程度,有利于舊線改造或節省新線建設、運行和維護成本,甚至可以降低車票價格……真是一舉多得。 

TACS為何是個香餑餑



在城市化進程持續不斷推進的今天,人們不禁要問:未來,什么東西最昂貴?專家們的回答是,在快節奏的城市環境中,空間和時間將會變得越來越珍貴稀缺。

一直以來,空間和時間始終是城市軌道交通追求更高層次發展的一個重要目標,這是因為盡管不少城市軌道交通已經實現了網絡化,但終極目標是基于現有CBTC車-地-車架構的互聯互通,實現自動駕駛列車在多條線路上運行,從而提高乘客出行的便利性以及運營組織的靈活性。

近年來,青島地鐵集團公司聯合軌道交通車輛裝備核心制造的企業對此癥結進行了卓有成效的探索,并提出了一種稱之為列車自主運行系統(TACS)的一體化信號控制系統,旨在將時間和空間的束縛降至最低,以達成人們出行愿景的終極目標。

      所謂TACS,實際上就是利用4G移動通信(地鐵專用LTE-M)高速安全信息傳輸平臺,以實現列車與列車間的通信(簡稱為車-車通信),從而為列車跨線網絡化運行提供關鍵的技術支持和安全保障。

而目前的列車運行是通過基于通信列車控制(CBTC)的信號系統來實現“自動駕駛”模式的,CBTC信號系統的工作架構是一種車-地-車的通信方式,也就是說,控制列車運行的所有數據信息,都必須經過地面設施才能完成“上傳下達”,正因如此,所以很難實現列車互聯互通的網絡化運行或其代價昂貴。

顯而易見,TACS的車-車通信是比CBTC--車通信更高層級的信號控制系統,它使得同城軌交網絡中左右、前后多個列車之間達成互聯互通、協調運行,是新一代具有更高可靠性、更高運行效率、更節省時間、更低成本的列控技術。

難怪乎,以車-車通信為設計核心的TACS列車自主運行系統,已成為未來軌道交通建設發展的“香餑餑”。

TACS技術落地青島地鐵6號線示范工程

2015年底,以青島市6號線一期建設項目為依托,由青島地鐵集團公司、中車青島四方車輛研究所、中車青島四方機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通信技術有限公司等單位共同研發實施列車自主運行軌道交通技術創新項目,受到國家發展改革委、中國城市軌道交通協會的大力支持,后正式獲批列車自主運行系統(TACS)示范工程項目。


(青島地鐵6號線“列車自主運行系統(TACS)示范工程”項目)

該項目采用TACS系統,同時,系統采用無人駕駛技術,具有列車主動為自己辦理進路、列車自主進行安全防護等技術特點。全新系統將在“安全性、智能化、高效運營”方面有顯著提高,簡單的通信接口也為線路間的互聯互通提供基礎。

最先進的下一代列控技術

自從1998年,世界上第一條全自動無人駕駛地鐵線路在巴黎投入運營以來,至今全球已有50多條全自動無人駕駛地鐵線路。智能化自主駕駛模式代表著未來城市軌道技術發展方向,有著很大的發展空間和潛力,能夠更好地滿足城市軌道交通運營的網絡化和靈活性要求,其安全、智能、高效的特點亦是未來城市軌交系統建設及升級換代的首選。或許在不久的將來,將會涌現大量自主駕駛列車地鐵線路。

屆時,人們將告別CBTC信號控制系統,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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