智慧虛擬軌道交通系統框架研究

柳慧鵬，廖明軍

（鹽城工學院，江蘇 鹽城 24051）

1 虛擬軌道交通系統交通快運系統

虛擬軌道交通系統交通快運系統（SRT）是以地面虛擬軌道導向運行的超軌列車（車長約36米），融合了軌道交通與常規公交的優點，集“低成本、中運量、智能、環保、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，是國家倡導的“新基建”項目，也是新一代5G智能城市軌道交通產品，具有無污染、無噪音、載客大、低成本、建設流程短等特點。

根據其他軌道交通類似經驗，隨著SRT線路規模逐步擴大，SRT線路運營的安全、效率和可靠性等問題也將會變得日益重要和嚴峻。公共路權運行環境下非輪軌接觸導向運輸系統SRT作為一種全新的中運量城市軌道交通模式，在調度管理、智能化行車等方面缺乏關鍵技術，目前針對該類型導向運輸系統的相關研究尚少。因此，融合5G、人工智能、大數據、云計算、物聯網、衛星通信技術等現代技術，實現SRT列車運營的生態化、數字化、智能化和自動化，對于提高智能化行車和運營管理水平至關重要，也是智慧城市和交通強國的重要建設內容。

2 智慧虛擬軌道交通系統

虛擬軌道交通與其他交通系統類似，系統由人、車、路和環境構成，其中人包括乘客和駕駛員以及運維人員等，車指列車，路主要混合或專用道路，環境主要指交通環境、天氣環境等。智慧虛擬軌道交通系統主要由智慧乘客服務系統、智能運輸組織系統、智能能源系統、智能列車運行系統、智能技術裝備系統、智能基礎設系統、智能運維安全管理系統、智慧網絡管理系統組成。

各系統相互協調和優化應用云計算、大數據、物聯網、人工智能、5G、衛星通信、區塊鏈等新興信息技術，全面感知、深度互聯和智能融合乘客、設施、設備、環境等實體信息，經自主進化，創新服務、運營、建設管理模式，構建安全、便捷、高效、綠色、經濟的新一代中國式智慧型城市軌道，以實現智慧乘客服務便捷化、智能運輸效率效益最大化、智能資源環境綠色化、智能列車運行全自動化、智能技術裝備自主化、智能基礎設施數字化、智能運維安全感知化、智慧網絡管理高效化、城軌云與大數據平臺集約化。

3 智慧虛擬軌道交通系統研究內容

3.1 智慧乘客服務

實現智能售檢票的實名制乘車、生物識別、無感支付；智慧車站的自動開關站、語音問詢、信息服務、動態引導、環境調控等服務功能齊全；智能列車的信息服務溫馨實用、個性化需求多樣完善；緊急情況下智能管理、引導與應急疏散客流，乘客服務安全有序；智能線網運力服務精準匹配、安全、快捷、高效。

3.2 智能運輸組織

研究基于共享數據、智能設備、智能軟件的網絡化運輸組織系統平臺，實現客流分布的實時預測、運輸計劃的智能化編制、運力與客流的精準匹配；智能調度與應急指揮中心深度融合，初步建成智能化線網運輸組織輔助決策系統。

3.3 智能列車運行

研究環境狀態感知、多源傳感信息融合、多目標自動決策、協同運行控制的自主化列車控制系統，最終實現全自動無人駕駛。

3.4 智能基礎設施

智能基礎設施是列車載體，需要確保車輛高效和安全行駛，需要研究智能基礎設施數字化、智能基礎設施的網聯化；研究智能基礎設施的綜合評價分析平臺；

3.5 智能運維安全

研究車輛、能源、通信、信號等系統數據采集、健康狀態監測以及維護決策支持系統。

4 智慧虛擬軌道交通系統關鍵技術

4.1 5G技術

5G網絡是能提供20Gbps速率，時延1毫秒，每平方公里100萬連接，網絡穩定性99.999%的下一代蜂窩無線通信網絡。5G技術可實現信息高速實時傳遞，這對于要求低延時的控制性系統尤為重要，5G技術是無人駕駛的保障。

4.2 V2X技術

V2X，即vehicle to everything，車聯萬物。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（車對基礎設施）、V2N（車對網絡），讓駕乘體驗更加舒適，交通環境更加安全，使能未來的自動駕駛。V2X技術理解為高級駕駛輔助系統（ADAS）的一部分。V2X和其他多種多樣的傳感器（如攝像頭，激光雷達等）相輔相成，共同輔助完成高級別的自動駕駛。V2X主要作用時實時傳輸和接受交通場景各個參與者狀態信息（比如車輛的速度、位置、加減速、轉向等信息）供本車和其他車輛進行駕駛決策分分析。大致有如下應用場景：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；非機動車（電動車、自行車等）橫穿預警/行人橫穿預警；道路危險情況提示；車隊協作式自動巡航；基于環境物體感知的安全駕駛輔助提示；危險路段識別；超速告警；車載診斷與維護；彎道限速告警；SOS服務等。

4.3 車輛網

車聯網：借助新一代信息通信技術，實現車內、車與車、車與人、車與服務平臺的全方位網絡連接，以提升汽車智能化水平和自動駕駛能力，構建汽車和交通服務新業態，從而提高交通效率，改善汽車駕乘感受。車聯網是一種通信管道，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 ITS 相關信息的高效流轉。車聯網包括 5 個組成部分：人、車、路、V2X 和云。其中，“人”是道路環境的參與者和車聯網服務的使用端；“車”是車聯網的核心，主要涉及車聯網、智能決策系統和車輛控制系統；“V2X”是信息交互的載體，負責打通車內、車間、車路、車人和車云信息流；“云”是實現車聯網云端服務能力的業務載體和數據載體。

4.4 視覺分析技術

為了安全與準確地感知，無人車駕駛系統使用了多種傳感器，其中可以被廣義地劃分為“視覺”的有超聲波雷達、毫米波雷達、LiDAR，以及攝像頭。超聲波雷達由于反應速度和分辨率的特性主要用于倒車雷達。激光雷達和毫米波雷達則主要承擔了中長距測距和環境感知的功能。在智慧虛擬軌道交通系統中，視覺/激光雷達用于車輛、行人、障礙物以及道路基礎設施特征近距離目標識別和檢測；毫米波雷達進行中長距的目標檢測。

4.5 無人駕駛定位技術

北斗定位和GPS定位雖然在路徑規劃上得到應用，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，不能滿足自動駕駛定位需求。慣性導航雖然可以測量物體位移速度和旋轉運動，但是在實際測量中存在一定的誤差，融合北斗定位和慣性導航能實現較高精度的定位，但還是不能滿足高精度自動駕駛需求，只還需要融合其他傳感器比如LiDAR點云與高精地圖、甚至視頻圖像，對其進行匹配計算定位，讓各種定位法互相糾正以達到更精準的定位。

4.6 城軌云與大數據平臺

無人駕駛系統實現了無人駕駛所需要的各種算法，包括定位、環境感知、路徑規劃和控制等，無人駕駛系統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服務，共同構成了整個無人駕駛軟件系統。從整體上看，自動駕駛包括存儲、計算和基礎服務3個基本需求。

由于終端存儲能力有限，各種場景中實時產生的海量信息通過5G傳輸到云平臺進行存儲和處理。

云平臺出了存儲外，云計算也是云平臺一個核心能力或功能。計算分為在線計算和離線計算。在線計算主要是運行無人駕駛所需要的各種算法，主要關注算法的魯棒性，能否適應各種環境；同時還要關注算法的時效性，通常需要在100ms之內完成一次計算。離線計算主要是處理離線數據，要處理的數據量非常大，但對時效性的要求沒那么高，可以通過并行分布式計算來提高效率。

云平臺除了服務于無人駕駛外，還提供其他服務，信息的發布，打車和物流等應用服務等。

5 虛擬軌道交通智能化路線

目前虛擬軌道交通項目是新一代的中運量交通系統，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運營場景和運營問題提出解決方案，智能化需要經歷一個循序漸進的過程。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行條件和規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注列車智能化輔助駕駛以及系統運行安全保障系統。

6 結束語

虛擬軌道交通系統智能化遵循《智慧城軌發展綱要》要求和框架外，要充分借鑒現有的小汽車無人駕駛和車聯網技術以及實軌全自動駕駛技術，形成具有自己特色和核心產品，推進我國軌道交通產品高質量發展，立足國外，推向世界。