物聯網驅使軌道交通邁向智能化

論及偌大的智慧城市構面，除了涵蓋政府、警政、防救災、電力與水資源管理…等攸關人民生命財產安全的題材外，緊接著最能令民眾有感的項目，無疑即是智慧型大眾運輸系統。

綜觀 ITS項下的七大分類，包含先進交通管理系統(Advanced Traffic Management Systems；ATMS)、先進用路人資訊系統(Advanced Traveler Information Systems；ATIS)、先進車輛控制及安全系統(Advanced Vehicle Control and Safety Systems；AVCSS)、商用車輛營運系統(Commercial Vehicle Operations；CVO)、先進公共運輸系統(Advanced Public Transportation Systems；APTS)，先進鄉區運輸系統(Advanced Rural Transportation Systems；ARTS)，乃至於自動公路系統(Automatic Highway Systems；AHS)，其中最亟待突破的重要一環，顯然就是APTS。

為何如此？長年以來，肇因於公共運輸轉乘的不便與欠缺效率，使不少民眾對公共運具望而卻步，寧可選用自主性高且無需轉乘的私人運具，究其主因，乃在於扣除部分工作、上學等日常性通勤旅次外，多數公共運輸旅次，皆需仰靠至少兩種公共運具始可完成，在此前提下，各種公共運具不再是各自獨立的系統。

考量及此，政府機關遂於多年前推動研究計畫，順勢把原以公路運輸為主的國家級ITS/APTS系統架構，擴展到了海空運及軌道運輸系統；連帶也使得發展歷程至為久遠(逾200年)的軌道交通運輸產業，開始為業界關注，認為相關列車行控系統架構已顯封閉，不利於智慧控制需求，實應儘速思索如何促使其走向現代化。

一個讓人看來怵目驚心的真實案例，凸顯軌道交通運輸亟需融入新科技應用的迫切性。2013年期間，一輛行駛在南迴鐵路的自強號列車，途中遭遇突如其來的土石流撞擊，造成部分車廂為之分離，險些釀成巨大災厄，使得維繫列車安全的行車監控系統，因而成為矚目焦點。

百年軌道系統　因新科技注入而產生智慧

因應諸如前述案例，新科技可以幫上什麼忙？業者剖析，現有的行車監控系統的核心元件，可稱之為ATC(Automatic Train Control System)，它主要是由列車自動防護(ATP)、列車自動駕駛(ATO)、列車自動監督(ATS)等子系統聯袂組成。其中的ATS，係利用電腦設備執行自動控制，控制範圍除了包括列車發車、自動路徑乃至預定排班等主要項目，也負責偵測車廂內例如供電不穩、消防失靈等異常狀態。

至於ATO，負責輔助駕駛正確執行開車、停車、開關車門等操作程序。另在ATP部分，則是挽救災難事故的關鍵所在，ATP子系統主要是透過其與道旁(Wayside)間的通訊，進而與道旁ATP設備串聯運作，一旦經由速度感應、超速偵測、列車間距偵測等手段察覺潛在危險訊號，就會適時啟動電子連鎖(Interlocking)的處置機制。

針對ATP、ATO及ATS等既存系統，業者認為可供搭配運用，提高其運作效率的新科技項目著實不少。第一個頗為適用的技術為RFID，其一方面可用於平交道，藉以偵測即將前來的列車，然後將訊息傳送到控制箱，進而自動執行燈號切換，以期保障用路人安全；另一方面則可運用在列車與軌道之間的通訊，其具體做法，係將Tag埋設於軌道，以便與列車下方的Reader交互運作，藉以讀取精準位置座標，有助於行控中心正確掌握列車到站或離站時間。

第二項適用技術為GPS，其用途與RFID相似，同樣有助於列車定位追蹤。儘管有人認為，GPS是一項有欠精準的技術，只因平均誤差值高達5米，可能妨礙軌道交通運輸業主定位問題點，但也並非全無解決之道，只要搭配運用差分定位或陀螺儀修正等系統，即不難將誤差值折半為2.5米，對於判讀列車的大致位置，依然可發揮一定助益。

接著可用的技術工具為CCTV/IP攝影機(Camera)，其可架設於平交道，隨時偵測有無人員擅闖柵欄，另外也架設於列車內部環境，藉以監測駕駛狀態或車廂內狀況。

至於最後一項、也是邇來最炙手可熱的科技工具，即是感測器(Sensor)，它的用途很廣，但如果呼應前面提到的土石流事故，則可被部署於列車行經的山坡、隧道或橋樑，據此偵測溫濕度、落石或風速變化，以便於及早察覺外在環境因素趨於異常的癥候，並將相關訊息回傳至行控中心，避免列車慘遭突發意外事故之逆襲。

不可否認，單就「安全」而論，絕對是軌道現代化需求之中，一項極為重要的指標，然而除此之外，如何對於乘客營造更高的「便利」與「舒適」，亦可謂當下重大課題；凡此種種，都大幅提高了列車控制系統走向IP化的迫切性，也就是說，一直以來任由軌道車輛、號誌及通訊、列車行控等核心項目各行其事的狀況，應該被有效打破，繼而藉助現今當紅的物聯網技術，俾使各個系統所產生的影像、聲音、資料、控制指令等不同類型重要資訊，皆能透過網路上傳行控中心，終至發揮智慧控制功能。

CBTC加IEC-61375　實現列車安全、便利與舒適

在此前提下，全球不少軌道營運商，都亟思建構新世代的列車網路通訊與自動化系統，因而對於通訊式列車集中控制裝置(CBTC)，乃至於放諸四海皆準的IEC-61375列車通訊網路標準，都寄予愈來愈濃厚的興趣。而一名身繫北捷機電系統設計重任的專業人士指出，隨著CBTC應運而生，此後軌道運輸環境就不再需要倚靠軌道電路，換言之，也順勢擺脫了舊有輪軌型式的包袱，取而代之的，是讓每一節列車都可被追蹤與控制，且改採間距概念確保行車安全、不能再以換道規避風險。

至於IEC-61375標準，則讓列車通訊網路(TCN)設計趨勢為之底定，也方便軌道營運商據此拓展加值服務空間，如同許多歐洲業者，都利用奠基於IEC-61375標準的TCN，同時滿足乘客多媒體資訊、電子商務服務、客流分析等多項系統的建構需求，繼而在基本的運輸服務外，創造更大收益。

也有解決方案供應商，試圖串聯車載、軌旁、行控中心(OCC)等不同應用場域，藉以構築完整的智慧軌道交通運輸解決方案。綜觀此一方案架構，先從列車本身、也就是車載來看，裡頭不僅含括了前面提及的多媒體資訊系統，也有Passenger Wi-Fi、旅客到站系統、CCTV系統，而這些系統所擷取到的資訊，都會經由車對地無線通訊管道傳遞到軌旁，然後再透過串聯車站與行控中心的通訊骨幹網路，加以集中收納。

當然，行控中心必須擁有一套足以綜觀車載、軌旁、通訊骨幹等全局的網路管理機制，便於管理者集中監測所有設備資訊，另外藉由CCTV即時監控系統，一併集中監視來自於車載、軌旁與車站的全部監視畫面，萬一驚覺列車上有隨機傷人事件正在發生，即使列車尚未進站，也可提前調派員警、醫療救護等人力資源，以便於緊急處理。

另一個值得軌道交通運輸行業留意的趨勢，便是國際鐵路產業標準(IRIS)。主要是因為，軌道控制系統一經使用，動輒30~40年甚至更久，生命週期相當長，其間也牽涉大量從業人員與零件設備，即便管理複雜程度偏高，也不容出現絲毫閃失，以免危及行車安全；在此前提下，舉凡與軌道設備項目管理、生命週期成本管理、消失物料？商源管理、FA首件檢查、組態管理、產品管理等一干需求的設計與製造商，乃至於專案前期的評估規劃、專案後期的維護保養，每一個環節，皆需謹守IRIS，確使軌道控制系統品質恆常維持於高水準。