智能城市大动脉 轨道交通技术现况
- DIGITIMES企划
-
轨道交通智能城市中相当重要的一环，大至国与国、城与城的互联，小至各城区的联结，对轨道交通的倚靠都相当深，也因此被视为是城市中非常重要的运输动脉，轨道交通更被视为国内大陆智能交通三大核心重点「铁公机」(铁路、公路、机场)之首。
轨道交通与一般的智能交通建设相比，不但所需的专业更深，其中各类形式的建设、营运模式也大不相同，以城市之中的地铁、捷运为例，就与一般铁路差异甚深，例如城市轨道交通系统建设受投资、徵地等诸多因素制约，不可能像铁路一次设计、一次建设，需要分阶段建设和实施，一般的做法是逐线建设，即使是一条线也要求分段建设，这种建设模式对系统运作带来相当大的挑战，分阶段实施的作法，其系统扩充性非常高。
弹性调度 打造智能系统
由于扮演城市的的重要运输角色，轨道交通的系统运作必须多样化，所谓的多样化指的是根据城市状况而可弹性调整，例如在节庆假日和重大活动时，可适时调整运输计划，要达到此目标，系统初期规划时的在线运输计划系统就必须纳入。
除了特殊节日外，轨道车辆运行时，每日载客量的尖离峰发车密度的调整也是必须，而这和行车指挥系统密切相关，在此需求下，必须同时有两条不同的技术方式：信息集中控制集中，信息集中控制分散，至于如何进行选择，则用下面的事例说明。
以日本为例，日本的新干线由JR东日本，JR西日本，JR东海道等铁路公司营运。因此，新干线的运输调度指挥系统分为二大类：1.COMTRAC(JR西日本，JR东海道采用)，2.COSMOS(JR东日本采用)。COMTRAC采用的是信息集中控制集中模式，而COSMOS采用的是信息集中控制分散模式，信息集中是指列车计划信息的集中，以及列车运行信息的集中。控制分散是指列车进路控制由各个车站的系统「程序进路控制装置」(PRC)完成。
由此可以看出，车站PRC只要有运行图信息就可以实施路线控制，在正常情况下，由调度中心向车站PRC传送运行图信息；而在非正常情况下(灾害)，由各车站PRC定期撷取并建立基本运行图数据库，以备紧急情况使用。
至于列车在线信息的集中，在灾害发生时，只需收集列车运行状态的最低基本信息，并不必建设1：1的备用中心。
日本东京圈自律交通运行控制系统(ATOS)是目前世界上最大的自律分布系统，这套系统管理东京地区200多个车站和2000多公里的轨道线路，达到行车指挥、设备监控和旅客信息服务综合自动化、列车的高密度运行(120秒)、系统的分阶段的目标。这一系统也是采用的信息集中控制分散模式。
列车自动控制系统主要有两种模式，一是在地面系统制定出速度指令，发送到轨道电路上，列车按速度指令行车；一个是地面系统只发送停车点信息，列车以此一信息，再加上自身的位置与制动性，自动产生平滑的制动曲线，这种模式也可以称为(列车位置)信息集中(制动)控制分散，可以适应不同车辆的不同制动性能，达到高密度运行。
安全是轨道交通的第一考量
安全性是城市轨道交通系统的基本要求，轨道交通系统的各个环节如通讯信号、行车指挥、列车控制、牵引供电和车辆等，都必须注意稳定性原则，稳定性涉及软硬件和通讯编码等方面，如何让系统更稳定，是轨道交通产业永远的课题。
弹性架构灵活运用
对城市轨道交通系统来说，要达到预期的稳定性，光是快速排除故障的方式是不够的，故障排除属于被动的技术措施，如何保持运输服务的连续稳定性是轨道公司的首要目标，不过维持稳定度的技术，要可快速导入并做到100%的可用，在理论上虽可办得到，但仍要评估成本要素，有时由于外界因素(如灾害、人身伤亡事故等)的影响导致服务中断仍不可避免，因此轨道系统运作，非正常情况下的快速恢复作业的制定，仍是相对务实的作法。
在高密度运行区间，为防止列车故障或事故时引发混乱、列车误点，需要灵活快速的列车群自动控制系统，在正常情况下，列车群自动控制依赖运行图；在非正常情况下，要让列车的避让、折返、避免在站间停车，则由调度员的指挥。
为保证运输服务的可用性，稳定的列车群自动控制系统势必不可少，从技术上看，系统可用性也有两种技术路线：容错和防错。防错主要采用备援技术，不过100%的备用，系统的成本太高，规划者必须在风险与成本中，取得最佳平衡，至于容错则是容许模块错误和故障发生，采用模块化设计，在建置初期与后续维修两方面，都是目前最佳作法。
轨道交通设计开发理念
6大重点 架构城市轨道交通系统
由前文所叙，可以知道满足城市轨道交通系统的技术需求，需要建立新的设计开发理念和方法，其主要方法包括：
1.信息集中、控制分散的技术方式，为达成城市轨道交通系统运输组织的多样化和高密度化，采用信息集中、控制分散的技术路线是最佳选择。
2.调度中心、车站、现场作业人员协同的作业分摊模式，这一模式对城市轨道交通系统的高效协同运行有重要意义。
3.城市轨道交通自动化系统架构方面，目前广泛采用集中式结构和客户？服务体系结构，对大规模城市轨道交通自动化系统而言，集中式的系统结构已不能满足系统动态变化和扩展需求，而客户？服务器结构又有系统负荷过度集中的问题。因此，研究适合于大规模城市轨道交通自动化系统结构，以满足系统动态扩展的要求是一项重大课题。
4.系统设计方法论。目前，系统设计大多采用由上而下的方式，包括结构化设计和应用族群规划等方法，这些方法假定在设计阶段系统的结构、规模和功能是确定的，系统的扩展和变化，必将引起整个系统的变化，可谓“牵一发动全身”，对于大规模系统而言，不可能一次设计、一次完工，而需要分阶段设计和建设实施，采用由下向上，由子系统逐步构成整个系统的系统设计方法学势在必行。
5.系统容错技术。目前的双机或多机备援技术，基本上属于防错技术，在实际应用中，有着成本高，错误覆盖率难以全面等问题，针对城市轨道交通自动化系统的特点，研究低开发成本、已达到实质意义上的容错技术仍属必要。
6.快速故障排除技术。轨道交通自动化这类要求快速排除故障的系统，需要从软硬件和通信等层进行系统研究，并重点解决工程实用化问题，目前这一方面的研究仍有待加强。
由旁切入 分食庞大商机
这几年城市轨道交通自动化系统的设计开发概念，越来越完整，其概念又直接刺激相关技术研发与导入，就目前来看，轨道交通的主要自动化技术，仍以相关自动化大厂如西门子、庞巴迪等公司最为先进，这些公司不只在技术，建置经验与握有资源也都更充沛，尤其是与各国官方主事单位长久以来所建立的合作默契，更筑起了高耸的竞争门槛，在此情况下，其他自动化厂商如工业电脑业者，想要切入发展，就只能先由不涉及行车主控的周边子系统如售票、监控等部分跨入，要将触角延伸到后端主系统，除了投入大量资源进行研发外，新概念的提出或旧概念的再解释再延伸，也是取得市场主导权的方式之一，有意往轨道交通发展的自动化业者，可仔细评估、考虑此方向的可行性。
