柳慧鵬，廖明軍

（鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 24051）

1 虛擬軌道交通系統(tǒng)交通快運(yùn)系統(tǒng)

虛擬軌道交通系統(tǒng)交通快運(yùn)系統(tǒng)（SRT）是以地面虛擬軌道導(dǎo)向運(yùn)行的超軌列車（車長約36米），融合了軌道交通與常規(guī)公交的優(yōu)點(diǎn)，集“低成本、中運(yùn)量、智能、環(huán)保、便捷”于一身，是介于有軌電車與BRT之間的新型軌道交通系統(tǒng)，是國家倡導(dǎo)的“新基建”項(xiàng)目，也是新一代5G智能城市軌道交通產(chǎn)品，具有無污染、無噪音、載客大、低成本、建設(shè)流程短等特點(diǎn)。

根據(jù)其他軌道交通類似經(jīng)驗(yàn)，隨著SRT線路規(guī)模逐步擴(kuò)大，SRT線路運(yùn)營的安全、效率和可靠性等問題也將會變得日益重要和嚴(yán)峻。公共路權(quán)運(yùn)行環(huán)境下非輪軌接觸導(dǎo)向運(yùn)輸系統(tǒng)SRT作為一種全新的中運(yùn)量城市軌道交通模式，在調(diào)度管理、智能化行車等方面缺乏關(guān)鍵技術(shù)，目前針對該類型導(dǎo)向運(yùn)輸系統(tǒng)的相關(guān)研究尚少。因此，融合5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)SRT列車運(yùn)營的生態(tài)化、數(shù)字化、智能化和自動(dòng)化，對于提高智能化行車和運(yùn)營管理水平至關(guān)重要，也是智慧城市和交通強(qiáng)國的重要建設(shè)內(nèi)容。

2 智慧虛擬軌道交通系統(tǒng)

虛擬軌道交通與其他交通系統(tǒng)類似，系統(tǒng)由人、車、路和環(huán)境構(gòu)成，其中人包括乘客和駕駛員以及運(yùn)維人員等，車指列車，路主要混合或?qū)Ｓ玫缆?，環(huán)境主要指交通環(huán)境、天氣環(huán)境等。智慧虛擬軌道交通系統(tǒng)主要由智慧乘客服務(wù)系統(tǒng)、智能運(yùn)輸組織系統(tǒng)、智能能源系統(tǒng)、智能列車運(yùn)行系統(tǒng)、智能技術(shù)裝備系統(tǒng)、智能基礎(chǔ)設(shè)系統(tǒng)、智能運(yùn)維安全管理系統(tǒng)、智慧網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成。

各系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)和優(yōu)化應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、衛(wèi)星通信、區(qū)塊鏈等新興信息技術(shù)，全面感知、深度互聯(lián)和智能融合乘客、設(shè)施、設(shè)備、環(huán)境等實(shí)體信息，經(jīng)自主進(jìn)化，創(chuàng)新服務(wù)、運(yùn)營、建設(shè)管理模式，構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的新一代中國式智慧型城市軌道，以實(shí)現(xiàn)智慧乘客服務(wù)便捷化、智能運(yùn)輸效率效益最大化、智能資源環(huán)境綠色化、智能列車運(yùn)行全自動(dòng)化、智能技術(shù)裝備自主化、智能基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、智能運(yùn)維安全感知化、智慧網(wǎng)絡(luò)管理高效化、城軌云與大數(shù)據(jù)平臺集約化。

3 智慧虛擬軌道交通系統(tǒng)研究內(nèi)容

3.1 智慧乘客服務(wù)

實(shí)現(xiàn)智能售檢票的實(shí)名制乘車、生物識別、無感支付；智慧車站的自動(dòng)開關(guān)站、語音問詢、信息服務(wù)、動(dòng)態(tài)引導(dǎo)、環(huán)境調(diào)控等服務(wù)功能齊全；智能列車的信息服務(wù)溫馨實(shí)用、個(gè)性化需求多樣完善；緊急情況下智能管理、引導(dǎo)與應(yīng)急疏散客流，乘客服務(wù)安全有序；智能線網(wǎng)運(yùn)力服務(wù)精準(zhǔn)匹配、安全、快捷、高效。

3.2 智能運(yùn)輸組織

研究基于共享數(shù)據(jù)、智能設(shè)備、智能軟件的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)輸組織系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)客流分布的實(shí)時(shí)預(yù)測、運(yùn)輸計(jì)劃的智能化編制、運(yùn)力與客流的精準(zhǔn)匹配；智能調(diào)度與應(yīng)急指揮中心深度融合，初步建成智能化線網(wǎng)運(yùn)輸組織輔助決策系統(tǒng)。

3.3 智能列車運(yùn)行

研究環(huán)境狀態(tài)感知、多源傳感信息融合、多目標(biāo)自動(dòng)決策、協(xié)同運(yùn)行控制的自主化列車控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人駕駛。

3.4 智能基礎(chǔ)設(shè)施

智能基礎(chǔ)設(shè)施是列車載體，需要確保車輛高效和安全行駛，需要研究智能基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、智能基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)聯(lián)化；研究智能基礎(chǔ)設(shè)施的綜合評價(jià)分析平臺；

3.5 智能運(yùn)維安全

研究車輛、能源、通信、信號等系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、健康狀態(tài)監(jiān)測以及維護(hù)決策支持系統(tǒng)。

4 智慧虛擬軌道交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 5G技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)是能提供20Gbps速率，時(shí)延1毫秒，每平方公里100萬連接，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性99.999%的下一代蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)。5G技術(shù)可實(shí)現(xiàn)信息高速實(shí)時(shí)傳遞，這對于要求低延時(shí)的控制性系統(tǒng)尤為重要，5G技術(shù)是無人駕駛的保障。

4.2 V2X技術(shù)

V2X，即vehicle to everything，車聯(lián)萬物。簡單來說，就是賦予車輛通信能力，通過V2V（車對車）、V2P（車對行人）、V2I（車對基礎(chǔ)設(shè)施）、V2N（車對網(wǎng)絡(luò)），讓駕乘體驗(yàn)更加舒適，交通環(huán)境更加安全，使能未來的自動(dòng)駕駛。V2X技術(shù)理解為高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的一部分。V2X和其他多種多樣的傳感器（如攝像頭，激光雷達(dá)等）相輔相成，共同輔助完成高級別的自動(dòng)駕駛。V2X主要作用時(shí)實(shí)時(shí)傳輸和接受交通場景各個(gè)參與者狀態(tài)信息（比如車輛的速度、位置、加減速、轉(zhuǎn)向等信息）供本車和其他車輛進(jìn)行駕駛決策分分析。大致有如下應(yīng)用場景：前方靜止/慢速車輛告警；異常車輛提示；摩托車接近提示；交叉口防撞提示；換道決策與輔助提示；逆向行駛告警；信號燈違章告警指示；緊急電子剎車燈告警；逆向超車提示；非機(jī)動(dòng)車（電動(dòng)車、自行車等）橫穿預(yù)警/行人橫穿預(yù)警；道路危險(xiǎn)情況提示；車隊(duì)協(xié)作式自動(dòng)巡航；基于環(huán)境物體感知的安全駕駛輔助提示；危險(xiǎn)路段識別；超速告警；車載診斷與維護(hù)；彎道限速告警；SOS服務(wù)等。

4.3 車輛網(wǎng)

車聯(lián)網(wǎng)：借助新一代信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)、車與車、車與人、車與服務(wù)平臺的全方位網(wǎng)絡(luò)連接，以提升汽車智能化水平和自動(dòng)駕駛能力，構(gòu)建汽車和交通服務(wù)新業(yè)態(tài)，從而提高交通效率，改善汽車駕乘感受。車聯(lián)網(wǎng)是一種通信管道，是用無線方式連接人端、車端、路端和云端的通信方式，可有效保障整個(gè) ITS 相關(guān)信息的高效流轉(zhuǎn)。車聯(lián)網(wǎng)包括 5 個(gè)組成部分：人、車、路、V2X 和云。其中，“人”是道路環(huán)境的參與者和車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的使用端；“車”是車聯(lián)網(wǎng)的核心，主要涉及車聯(lián)網(wǎng)、智能決策系統(tǒng)和車輛控制系統(tǒng)；“V2X”是信息交互的載體，負(fù)責(zé)打通車內(nèi)、車間、車路、車人和車云信息流；“云”是實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)云端服務(wù)能力的業(yè)務(wù)載體和數(shù)據(jù)載體。

4.4 視覺分析技術(shù)

為了安全與準(zhǔn)確地感知，無人車駕駛系統(tǒng)使用了多種傳感器，其中可以被廣義地劃分為“視覺”的有超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、LiDAR，以及攝像頭。超聲波雷達(dá)由于反應(yīng)速度和分辨率的特性主要用于倒車?yán)走_(dá)。激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)則主要承擔(dān)了中長距測距和環(huán)境感知的功能。在智慧虛擬軌道交通系統(tǒng)中，視覺/激光雷達(dá)用于車輛、行人、障礙物以及道路基礎(chǔ)設(shè)施特征近距離目標(biāo)識別和檢測；毫米波雷達(dá)進(jìn)行中長距的目標(biāo)檢測。

4.5 無人駕駛定位技術(shù)

北斗定位和GPS定位雖然在路徑規(guī)劃上得到應(yīng)用，但是由于定位信號接受問題、更新頻頻問題以及定位精度問題，不能滿足自動(dòng)駕駛定位需求。慣性導(dǎo)航雖然可以測量物體位移速度和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是在實(shí)際測量中存在一定的誤差，融合北斗定位和慣性導(dǎo)航能實(shí)現(xiàn)較高精度的定位，但還是不能滿足高精度自動(dòng)駕駛需求，只還需要融合其他傳感器比如LiDAR點(diǎn)云與高精地圖、甚至視頻圖像，對其進(jìn)行匹配計(jì)算定位，讓各種定位法互相糾正以達(dá)到更精準(zhǔn)的定位。

4.6 城軌云與大數(shù)據(jù)平臺

無人駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無人駕駛所需要的各種算法，包括定位、環(huán)境感知、路徑規(guī)劃和控制等，無人駕駛系統(tǒng)是無人駕駛軟件的核心部分。最后云平臺提供了無人駕駛所需要的各種基礎(chǔ)服務(wù)，共同構(gòu)成了整個(gè)無人駕駛軟件系統(tǒng)。從整體上看，自動(dòng)駕駛包括存儲、計(jì)算和基礎(chǔ)服務(wù)3個(gè)基本需求。

由于終端存儲能力有限，各種場景中實(shí)時(shí)產(chǎn)生的海量信息通過5G傳輸?shù)皆破脚_進(jìn)行存儲和處理。

云平臺出了存儲外，云計(jì)算也是云平臺一個(gè)核心能力或功能。計(jì)算分為在線計(jì)算和離線計(jì)算。在線計(jì)算主要是運(yùn)行無人駕駛所需要的各種算法，主要關(guān)注算法的魯棒性，能否適應(yīng)各種環(huán)境；同時(shí)還要關(guān)注算法的時(shí)效性，通常需要在100ms之內(nèi)完成一次計(jì)算。離線計(jì)算主要是處理離線數(shù)據(jù)，要處理的數(shù)據(jù)量非常大，但對時(shí)效性的要求沒那么高，可以通過并行分布式計(jì)算來提高效率。

云平臺除了服務(wù)于無人駕駛外，還提供其他服務(wù)，信息的發(fā)布，打車和物流等應(yīng)用服務(wù)等。

5 虛擬軌道交通智能化路線

目前虛擬軌道交通項(xiàng)目是新一代的中運(yùn)量交通系統(tǒng)，目前處于路試階段，雖然不久投入使用，但在智能化方面尚要根據(jù)運(yùn)營場景和運(yùn)營問題提出解決方案，智能化需要經(jīng)歷一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。虛擬軌道列車與具有物理固定軌道的列車以及小汽車在運(yùn)行條件和規(guī)則上都有顯著的差異，目前階段，建議虛擬軌道交通智能化主要關(guān)注列車智能化輔助駕駛以及系統(tǒng)運(yùn)行安全保障系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

虛擬軌道交通系統(tǒng)智能化遵循《智慧城軌發(fā)展綱要》要求和框架外，要充分借鑒現(xiàn)有的小汽車無人駕駛和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及實(shí)軌全自動(dòng)駕駛技術(shù)，形成具有自己特色和核心產(chǎn)品，推進(jìn)我國軌道交通產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展，立足國外，推向世界。