未来的交通：我们何时可以期待铁路信号变得完全智能？

为了梳理智能铁路的视角，PSA 的 Julia Mitchell 从铁路信号解决方案的角度进行了深入研究，看看我们离智能铁路到底有多远

10年前，智慧城市的概念被称为乌托邦，但现在的数字表明了它的美好前景。 根据 Market.us 报告，我们预计到 2032 年智慧城市市场将增长八倍，复合年增长率 (CAGR) 达到 23%！ 智能铁路市场的情况也基本如此，复合年增长率为 22.4%。 据我们所知，人们对这种模式寄予厚望。 由于其可持续性、可预测性和效率，铁路是成为未来城市第一交通的绝佳候选者。

关注铁路信号有多重要？ 虽然习惯上不太广泛谈论，但作为列车控制的基础，信号系统是其他铁路部件中最不容易受到创新影响的。 全球许多地方的铁路仍然使用上个世纪的路边设备，利用一个世纪前的技术。 城市轨道交通升级计划几乎与智慧城市的愿景不符。 现代数字铁路信号系统（例如基于通信的列车控制（CBTC）或欧洲列车控制系统（ETCS））的引入进展缓慢，并且与一系列经济问题有关。 为了梳理智能铁路的视角，PSA 希望从铁路信号解决方案的角度进行深入研究，并表明我们离智能铁路到底有多近。

什么样的铁路才能称为智慧铁路？ 它与先进铁路信号有何关系

任何传输网络都不可能脱离其运行环境。 智慧铁路也是如此，应该分别推动智慧城市的三个主要理念——效率、移动性和可持续性。 铁路要满足这些理念，一般需要努力实现以下目标：

消除延迟并减少信号故障的数量。  增加容量并优化流量。  提升乘客体验。  减少开支。  减少对环境的影响。

所有提到的要点都以某种方式与铁路信号相关。 惊讶吗？ 铁路信号系统的设备类型会影响列车时刻表的灵活性、对当前客流的适应性、服务成本（包括预测性维护的可能性）以及乘客体验。

一般来说，智能铁路是“自给自足”的铁路，需要最少的人力控制来保持列车安全、最佳运行。 它利用物联网 (IoT) 技术使所有铁路子系统更加互联，从而更加可用和可预测，以达到 SIL 4（最高安全级别）。 它利用人工智能 (AI) 建立数据驱动的铁路运营并达到 GoA 4——即自动驾驶列车的最高自动化程度。 它提供先进的移动应用程序，让乘客可以相应地计划自己的行程。 这一切只有通过数字信号系统才能完成。

铁路信号需要哪些增强功能才能变得更加智能？

全新的数字基础设施

智能列车必须以更短的间隔快速运行，同时保持最高的安全水平。 现在可以通过 CBTC、列车主动控制 (PTC) 和 ETCS 等现代铁路信号系统实现，这些系统还具有自我诊断功能。 然而，它们的实施会带来巨大的成本，迫使铁路当局在铁路网络内部分引入它们，避开低负荷区域。 如果不在线路上实施，则需要更换所有控制器和车载设备，删除不必要的信号，并安装信号传输塔。 部分引入数字信号系统在经济上是完全合理的，不会影响安全，但可能会因缺乏连接而给智慧城市环境带来问题。

为什么智能铁路需要这个？ 它允许在一段时间内通过更多的列车，更容易适应实时客流量。 另一种适合这里的应用是智能摄像头，它可以捕获乘客流量数据并将其持续传输到运营中心。

由于我们正在谈论大量费用，因此此类升级意味着是渐进式的。 然而，我们毫不怀疑智慧城市内的所有快速交通都将尽快转向数字化。 虽然通勤铁路通常负载较少，但可能需要更多时间来改变铁路信号系统构建原理。

无人驾驶列车的高级监管

我们提到的数字信号系统还允许我们摆脱驾驶员，因为所有火车操作均由计算机计算。 无人驾驶列车随后需要先进的监管和轨道监控。 最强大的AI算法应计算主要网络中每列火车的精确路线，考虑到速度，位置和时间表的变化，对紧急情况做出反应，并在需要时重新计算路线。 否则，我们认为无人驾驶列车在全球范围内的采用取决于乘客何时克服迫使他们怀疑此类列车的可靠性和安全性的心理障碍。

高级监管还应包括环境监测，以发现危险情况，例如轨道上的障碍物。 由于火车需要超过0.62英里才能停止，因此值得装备它或带有激光射击或最高质量摄像机的轨道部分以从远处检测障碍物。

强大的网络安全

智能城市的集中式网络可能会分别危害其每个组件，从而为关键的安全铁路系统带来重大风险。 铁路的网络安全措施相对较新。 这意味着铁路公司意识到研究定制安全解决方案的重要性。 为了保护铁路资产，数字铁路信号传导使用钥匙管理系统来对机车，路边设备和后台之间的安全数据进行加密和传输安全数据已成为普遍。

至于乘客，使用站和训练Wi-Fi会使他们面临额外的危险。 当中国地铁泄漏了1.46亿多个数据记录或违反该案件时，有一个已知的网络导轨案例，此后被盗了超过500万乘客的信息。 这就是为什么铁路公司需要在增强模式下保护Wi-Fi连接及其内部数据库的原因。 例如，多重身份验证和增强加密在这里可能会有所帮助。

实时监控和预测性维护

不要破坏用于火车控制的所有增强功能，但还需要使铁路基础设施保持完美状态。 意思是，在监视中实现了巨大的自主权。 铁路交叉，桥梁，隧道和轨道配备了智能传感器的系统，直接将数据传输到操作中心不仅可以在瞬间提供惊人的可靠性，而且还有助于预测性维护。 部署在云端的强大人工智能算法可以分析所有设备或施工数据，以发现暗示未来故障的不一致之处。

由于对振动、湿度、偏转等进行连续实时监控，可以在导致交通被迫停止之前很久就发现问题。 智能运输网络应在24/7可用平台上运行，以在检测到问题后自动安排维护。 这也使我们能够减轻环境风险并完全符合标准。 事实上，预测性维护是目前推动整个行业“智能化”的主流趋势。

什么将促进铁路信号“智能化”？

如我们所见，它需要大量的增强功能，然后才能将铁路完全聪明。 铁路系统计划和开发的整体方法确实可以在这里提供帮助。

智能铁路与智能城市计划的一致性

铁路信号升级是冗长，复杂且昂贵的工作，最多可能需要五年，甚至需要一行。 在这段时间里，在新线路投入运行之时，在铁路线上使用的技术就会过时也就不足为奇了。 因此，它需要新的投资流程来使新更新的线路适应智慧城市。

智慧城市的概念还应纠缠与失业相关的社会问题。 轨道交通也是如此，高度自治带来劳动力成本降低30-50%！ 到目前为止，铁路公司旨在维护工作，即使这导致了员工责任的减少。

牢记的工程学

不可能预测铁路线投入使用时将会流行的技术。 但是，鉴于一般趋势，可以开始升级升级。 例如，值得考虑的是在低负载区域经常被忽视的连接，或者优于有线的无线通信。 因此，铁路行业需要开发替代性，更负担得起的解决方案，以促进空中的连通性和整体可用性。

那么，我们什么时候可以谈论智能铁路？

由于传统信号系统的生命周期约为 20 至 25 年，因此我们不能指望铁路一夜之间就能实现自动化。 但尽管需要更多时间进行变革，铁路模式仍然有机会走在智慧城市环境的最前沿。 利用这个时间可以高估轨道交通模式在未来城市环境中的价值，并规划其在智慧城市中的发展。

全自动铁路预计将在本十年末出现。 如果他们的发射成功，我们可能会面临新的突破。 无论如何，服务公司和铁路部门都需要为城市铁路的自动化场景做好准备，以实现与智慧城市的无缝集成。

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