【孫緒彬:加強技術創新,讓城市交通更高效節能】無人駕駛、多車協同、深度集成……以數字化、網聯化、智能化為主線,科技創新正在賦能我國交通運輸發展。

“在碳減排和碳中和的背景下,交通領域節能降耗迫在眉睫,通過技術創新,實現基礎設施智能化、運營管理方式智慧化是重要舉措。”北京交通大學電子訊息工程學院副教授孫緒彬近日在接受《中國科學報》採訪時說。

▲ 無人駕駛,讓交通更高效

從地鐵到高鐵,當前我國城市軌道交通和高速鐵路部分線路已實現無人駕駛。

2017年底,北京地鐵燕房線載客試運營,這是我國第一條自主研發的全自動運行示范線路,標志著中國成為世界上第四個擁有軌道交通全自動運行技術的國家。

2019年底,京張高鐵通車,首次采用北鬥衛星導航系統,實現了高鐵列車有人值守的無人駕駛。從百年前京張線“零的突破”到世界最先進水平的京張高鐵,見證了中國綜合國力的飛躍。

“無論是有人駕駛,還是無人駕駛系統,保證安全是第一位的。”在近日舉行的2021年北京地區廣受關注學術成果報告會“自動化及人工智能領域”專場活動上,孫緒彬說,“不要擔心無人駕駛沒有司機,從北京市軌道交通指揮中心到線路調度中心、從信號到車輛等各專業部門,實際上有很多雙‘眼睛’在關注乘客的安全。”

據了解,燕房線列車每節車廂都有兩個攝像頭,能夠無死角拍攝,線路上每隔200米會有一個攝像頭,一列車大約有1萬個點位的訊息在實時上傳,保證控制中心能夠實時掌握車輛狀態及線路狀況。

同時,如果地鐵列車自動防護裝置(ATP)檢測到系統故障或前方障礙物,會主動地停車,排除故障後繼續運行。如果車輛出現問題,也會采用應急方案把車駛出區間,保證乘客的安全。

孫緒彬表示,無人駕駛能大大降低運營成本。如燕房線無人駕駛列車不再需要司機確認乘客上車、瞭望前方有無異常、關門、啟動列車,無人駕駛執行這些任務只需要一兩秒,是有人駕駛的1/10,全程9個車站一天下來節約的時間相儅可觀,可以用更少的車去完成更多任務。“目前大部分地鐵運營都處於虧損狀態,需要政府補貼,降低成本有助於地鐵可持續發展。”他說。

像燕房線一樣,未來北京其他新建的地鐵3號線和12號線等線路也將采用無人駕駛技術。孫緒彬表示,這些新線路客流密度預計比燕房線大,這也為無人駕駛技術提出了更高的要求,期待無人駕駛技術能夠應用於更多的地鐵線路中。

不過,即使不能滿足無人駕駛條件,孫緒彬表示,現在列車大都裝有ATO系統(列車自動運行系統),主要功能包括列車加速、巡航、減速、精確停車以及停車後自動開啟車門和站台安全門等。

“有了ATO,可以人機配合,比如司機在客流量較多時就負責關門和發車的任務,保證乘客上下車的安全,並且承擔應急處置的任務。”他說,隨著自動駕駛技術的日益成熟,將為後續節能技術的應用奠定基礎。

▲ 多車協同,助力制動能量循環利用

城市軌道交通曆來是城市基礎建設的耗電大戶,在碳達峰、碳中和的目標背景下,城市軌道交通的節能降耗呼喚著更先進的技術和方法。

制動能量的處理和回收正是這樣一種先進的節能方式。制動能量回饋,又稱“再生制動”,通俗來說就是刹車發電。“目前很多汽車都具備再生制動能量的功能,列車也是如此。”孫緒彬說。

據介紹,目前再生制動利用方式包括超電容儲能、飛輪儲能、逆變器能量回饋等不同方式。如果不加再生制動能量利用裝置而是通過電阻耗散掉,這不僅造成電能浪費,還會帶來隧道溫升,加重通風系統負擔。因此,可以通過超電容或飛輪儲存列車制動時的能量,需要時再把能量反饋給牽引列車;也可以通過逆變器將制動能量回饋到電網里,供其他設備使用。

“但如果采用再生制動能量利用設備,就要投入成本,安裝以後還需要後期運營維護,對於地鐵公司來講有經濟負擔。如果把能量返回直流電網供其他列車使用,這樣就不安裝其他設備。如果已經安裝了超級電容等其他儲能或逆變設備,本團隊所開發的節能算法也可以減少設備的啟動次數或負荷,使其延長壽命,從整體上降低地鐵公司的運營成本。”孫緒彬表示。

為此,他與團隊正在聚焦基於多車協同的地鐵列車節能控制方法。當單個列車制動時,其他列車可通過牽引吸收再生制動能量,通過多車協同,在列車之間把這部分能量利用掉,降低從供電網路吸收的能量,降低列車運營能耗與成本。

“多車協同消納制動能量不用額外增加設備,不占用場地,軟件維護起來比較方便,我們期待節能效果能達到5%~10%。”孫緒彬說。目前他所在的團隊已經獲得了多項發明專利授權,已經和京港地鐵和濟南地鐵等地鐵進行了溝通,多家地鐵公司表示期待應用該項節能技術。

根據“十四五”規劃,未來30年我國將加快建設交通強國。在孫緒彬看來,建設更安全、高效、綠色現代化的綜合交通運輸體系,需要進一步通過技術和方法創新實現交通基礎設施智能化,提高運營管理的智慧化水平。http://t.cn/A6f7EazA

更多學習動態

全站最新消息

d