ایجاد سیستمهای حمل و نقل هوشمند، سازگار با محیط زیست و کاربرپسند از جمله ابعادی است که به تکامل سامانه حمل و نقل در سراسر جهان کمک میکند. حمل و نقل ریلی به عنوان بخش حیاتی این فرآیند شناخته میشود. درک کامل مفهوم دگرگونی دیجیتال در توسعه حمل و نقل ریلی در اقتصاد امروز جهان بسیار مهم است. دیجیتالی شدن، به عنوان یک فرآیند مداوم در جهت رسیدن به همگرایی دنیای فیزیکی و مجازی ملزوم ایجاد سیستمهای فیزیکی-سایبری وابسته است. نوآوری و تغییر در بخشهای مختلف اقتصاد منجر به شکلگیری فناوریها و راهحلهای بدیعی گشته که در سالهای اخیر تحول دیجیتال را در بخش راهآهن تسریع کردهاند. محصولات و خدمات جدید به بخشی جدایی ناپذیر از عملیات شرکتهای راهآهن، عملکرد مدیران و سازندگان زیرساختهای این صنعت تبدیل شده است. در سالهای اخیر، شرکتهای راهآهن در کشورهای مختلف برنامه های دیجیتالیسازی خود را توسعه داده و به این فرآیند سرعت بخشیدهاند. به عنوان مثال طرحهای بزرگی مانند Shift2Rail و پلتفرم دیجیتال UIC، تحول دیجیتالی را در صنعت حمل و نقل ریلی در اروپا ترویج میکنند.
فناوری و نوآوریهای جدید در صنعت
به طور خلاصه به مواردی از فناوریها و نوآوریهایی که در حال حاضر توسط ناوگان حمل و نقل ریلی در کشورهای مختلف جهان مورد استفاده هستند، اشاره میکنیم:
- اینترنت اشیا؛ حمل و نقل ریلی کارآمدتر و کمهزینهتر؛ که از شبکههای حسگرها، دوربینهای دیجیتال و سیستمهای ارتباطی برای افزایش ظرفیت سیستم و افزایش ایمنی و راحتی مسافران و در عین حال کاهش هزینهها و خطرات استفاده میکند.
- هوش مصنوعی؛ همانند دیگر صنایع پیشرو در اقتصاد، صنعت حمل و نقل ریلی از این قابلیت دیجیتالی در به کارگیری در تجزیه و تحلیل انواع دادهها استفاده میکند.
- حمل و نقل ریلی سازگار با محیط زیست و بدون انتشار گازهای گلخانهای.
- سیستم Connected Commuter؛ سامانه یکپارچهای که از طریق وبسایت و اپلیکیشن کاربرپسند تمامی خدمات مورد نیاز یک مسافر مانند خرید بلیط، زمانبندی حرکت قطارها و واگنهای شخصیسازی شده مخصوص را در اختیار او قرار می دهد.
- پلتفرمهای پیشرفته Mobility-as-a-Service (MaaS)؛ با فرآیند دیجیتالیشدن اقتصاد و جامعه، مدیریت موثر زمان برای زندگی همزمان در دو دنیای واقعی و مجازی ضروری میشود. این امر توسط سیستمهای دیجیتالی جدید برای مسافران امکانی را فراهم ساخته که در سراسر خطوط ریلی همیشه و هر زمان، ارتباط صوتی و تصویری دائمی با بالاترین کیفیت ممکن را داشته باشند.
- سامانۀ PMAAS: خدمات دیجیتالی برای نگهداری و تعمیرات واگن ها و لوکوموتیوهای باری؛ این سیستم پردازش دادههای دیجیتال در تعمیر و نگهداری زیرساختها و انبارهای قطار که بر اساس میلیونها داده به دست آمده را انجام داده و با استفاده از حسگرهای اجزای حیاتی قطار، تجزیه و تحلیلهای نقصهای احتمالی قطار را شناسایی کرده و بر اساس سیستم پیشبینی کنندۀ هوش مصنوعی، تعمیر و نگهداری فقط در صورتی انجام میشود که لازم باشد.
- سیستم GOA4: اتوماسیون و یکپارچهسازی سیستمهای کنترل قطار.
ترندهای نوآوری در صنعت
ترندهای موسسۀ StartUs-Insights در سال 2022 در حوزۀ تحول دیجیتال در صنعت حمل و نقل ریلی:
- قطارهای خودران
- اینترنت قطار
- هوش مصنوعی
- کربنزدایی
- اتصالات ریلی
- تجربه خوشایند مسافر در سفر
- سیستم ریلی پر سرعت
- اتوماسیون ریلی
- کلان داده و تجزیه و تحلیل دیتا
- واقعیت افزوده و مجازی
در ادامه به معرفی یکی از این ترندها که فناوری سیستم کنترل خودکار قطار در قطارهای خودران است میپردازیم.
فناوری سیستم قطارهای خودران
برای پیبردن به اهمیت موضوع Autonomous Trains، به گزارش اخیر موسسۀ StartUs-Insights در سال 2022 که نمونهای از 1633 عدد از استارتآپهای برتر جهانی در صنعت حمل و نقل ریلی را تجزیه و تحلیل کرده نگاهی میاندازیم. این گزارش به ما نشان می دهد که چرا این ترند دارای اهمیت به خصوصی است. نتیجه این تحقیق، یک نوع هوش نوآوری مبتنی بر داده است که با ارائه یک نمای کلی از فناوریها و استارتآپهای نوظهور در صنعت ریلی، توان تصمیمگیری استراتژیک ما را بهبود میبخشد. این کار از طریق پلتفرم تحلیل دادۀ مجموعه StartUs Insights مبتنی بر یک دیتای بزرگ و استفاده از هوش مصنوعی به دست آمده است که در مجموع دیتای بیش از دو میلیون استارتآپ و اسکیلآپ در سراسر جهان را پوشش میدهد. این پلتفرم یک نمای کلی و جامع از فناوریهای نوظهور در یک زمینه خاص را پیش روی ما میگذارد.
نقشه پراکندگی استارتآپهای صنعت حمل و نقل ریلی. منبع: StartUs Insights
در نقشه نوآوری زیر، یک نمای کلی از 10 روند و نوآوری برتر صنعت حمل و نقل ریلی در سراسر جهان مشاهده میکنیم. علاوه بر این، نقشه زیر نوآوری ریلی 20 استارتآپ را نشان میدهد که همگی بر روی فناوریهای نوظهوری کار میکنند که حوزه فعالیت خود را ارتقا میدهند.
ده ترند و نوآوری جدید در صنعت حمل و نقل ریلی. منبع: StartUs Insights – ژانویۀ 2022
بر اساس نقشه بالا، نقشه درختی زیر تأثیر 10 روند برتر صنعت ریلی در سال 2022 را نشان میدهد. استارتآپها و شرکتهای بزرگ در حال توسعۀ سیستمهای قطارهای خودران جدیدی هستند که کارایی و قابلیت اطمینان و امنیت حمل و نقل ریلی را افزایش میدهد. این سیستمها به شدت بر توسعه اینترنت اشیا (IOT)، هوش مصنوعی (AI) و فناوریهای ارتباطی متکی هستند. علاوه بر این، طرحهای تولیدِ بدون آلاینده، صنعت ریلی را به سمت اجرای استراتژیهای کربنزدایی سوق میدهد.
ده ترند و نوآوری صنعت حمل و نقل ریلی
با مشاهده این نقشه که بر اساس یک مطالعه قابل اطمینان جهانی به دست آمده به اهمیت موضوع قطارهای خودران پی میبریم؛ این قطارها با فناوری حسگرهای پیشرفته و انتقال آنی داده ها، راهحلی موثر برای بهبود دقت، قابلیت اطمینان و بهینهسازی ظرفیت در صنعت راهآهن می باشند. ارتقاء فناوری سیگنالینگ و سیستم کنترل خودکار قطار (ATC) خطاهای فنی را کاهش می دهد، جریان اطلاعات ترافیکی را بهبود می بخشد و اعتماد مسافران را به حمل و نقل ریلی تقویت میکند. به عنوان مثال، یک سیستم درجه اتوماسیون 4 (GoA4) به طور مستقل موقعیت اضطراری و تشخیص موانع را کنترل کرده و همچنین سرعت قطار، ترمزها و درها را کنترل میکند. در زیر به معرفی یک استارتاپ فعال این حوزه می پردازیم:
استارتآپ بلژیکی OTIV، در سال 2020 سیستم پیشرفته کمک راننده (ADAS) و فناوریهای جدیدی را برای قطارهای کاملا خودران (FSD) جهت انجام عملیات Light Rail and Shunting توسعه میدهد. این استارت آپ از هوش مصنوعی، یادگیری عمیق، بینایی کامپیوتری و حسگرها برای توسعه سیستم خودروهای ریلی سبک OTIV با درصد انتشار کربن و آلایندههای صفر و کاملا محیطزیست دوستانه استفاده میکند و لوکوموتیوها را با محیط شهری تطبیق می دهد. سیستمهای ADAS و FSD مجهز به فناوریهای تشخیص اشیا و جلوگیری از برخورد، ایمنی و کارایی حمل و نقل ریلی را افزایش می دهند.
معرفی سیستم کنترل اتوماتیک قطارهای خودران و ATO
عملیات خودکار قطار یا به اصطلاح ATO می تواند نقشهای متعددی ایفا کند: میتواند کار راننده را با کنترل سرعت، توقف دقیق و پیروی از جدول زمانی ساده کند. با بهینهسازی سرعت قطار میتواند مصرف انرژی را کاهش دهد. این می تواند هزینههای تعمیر و نگهداری قطار و دارایی را با کاهش سرعت و ترمز در طول قطار کاهش دهد.
سطوح اتوماسیون در سیستم ATO
انجمن بین المللی حمل و نقل عمومی (UITP) اتوماسیون حمل و نقل ریلی را از طریق استانداردهای IEC 62267 در پنج درجه خلاصه می کند:
سطوح اتوماسیون |
انواع عملیات قطار | قراردادن قطار در موقعیت حرکت | متوقف کردن قطار | بستن درب ها | عملیات در مواقع بروز اختلال |
GOA0 – TOS |
عملیات رصد قطار | توسط راننده | توسط راننده |
توسط راننده |
توسط راننده |
GOA1 – NTO |
عملیات قطار غیر خودران (ATP با راننده) |
توسط راننده |
توسط راننده |
توسط راننده |
توسط راننده |
GOA2 – STO |
عملکرد قطار نیمه اتوماتیک (ATP و ATO با راننده) | اتوماتیک | اتوماتیک | توسط راننده |
توسط راننده |
GOA3 – DTO |
عملیات قطار بدون راننده |
اتوماتیک |
اتوماتیک |
متصدی قطار |
متصدی قطار |
GOA4 – UTO |
عملیات قطار بدون مراقبت |
اتوماتیک | اتوماتیک | اتوماتیک |
اتوماتیک |
سطوح اتوماسیون در حمل و نقل ریلی
نحوه عملکرد فناوری ATO
سیستم عملکردی ATO به اینگونه است که باید دستوراتی را به زیرسیستمهای وسیلۀ نقلیه، به ویژه واحد پیشران دهد تا در نهایت خدماتی مطمئن و راحت برای مسافران ارائه شود. این دستورات به شرح زیر می باشد:
- کنترل شتاب قطار، کاهش سرعت و توقف در ایستگاه.
- کنترل سرعت وسیله نقلیه برای تامین شتاب و اجرای محدودیتهای لازم در سرعتهای بالا.
- به حداقل رساندن زمان راه افتادن قطار یا تنظیم و تطبیق زمان راه افتادن با زمان مورد نیاز مرکز کنترل عملیات.
- خودداری از ترمز و سرعت غیر ضروری و همچنین جلوگیری از راهافتادن با شتاب بیش از حد تا در نهایت شرایطی ایجاد شود که نرم ترین سواری ممکن را برای مسافران فراهم کند.
- دستور دادن به سیستم راهنما و هماهنگ سازی درهای قطار که باید به طور همزمان باز و بسته شوند و همزمان صدا و سیگنال بصری جهت اطلاع مسافران از زمان توقف در ایستگاه ها به نمایش گذاشته شود.
- توقف در ایستگاههای برنامهریزی شده.
- نمایش سایر عملکردهای فرعی (مانند اطلاعات شناسایی قطار، کنترل PSD، زمان اعزام قطار، نظارت بر پارامترهای سلامت قطار، راه اندازی خودکار مسیر، انتخاب مسیر و غیره).
قطارهای خودران در دبی
متروی دبی یکی از پیشرفته ترین متروها در سطح دنیاست که شاید بتوان آن را مدرن ترین متروی دنیا نامید. این مترو بیشترین امکانات رفاهی را در اختیار مسافران خود قرار می دهد و طولانی ترین مسیر زیرزمینی در دنیاست. ایستگاه ها و قطارهای خطوط حمل ونقل ریلی در دبی بسیار مجلل هستند و حتی یکی از جاذبههای توریستی محسوب می شوند. متروی دبی به صورت کاملا اتوماتیک و بدون حضور راننده در مسیرهای مشخص شده حرکت می کند. در واقع اگر بخواهیم تصویری از آینده سیستمهای حمل و نقل ریلی در سطح دنیا ترسیم کنیم، بدون تردید باید بپذیریم که در ترسیم این دورنما، فناوریهای نوین و بویژه فناوریهای دیجیتالی و ارتباطی اصلی ترین نقش را برعهده خواهند داشت. جالب است بدانید که اپراتور ارتباطات سیار امارات متحده عربی با همکاری موتورولا که از بزرگ ترین تولیدکنندگان تجهیزات مخابراتی است امکان استفاده از شبکه وایمکس موبایل را در متروی دبی ایجاد کرده و به این ترتیب همه مسافران علاوه بر ایستگاههای مترو در مسیر حرکت قطار نیز میتوانند از امکان دسترسی به شبکه WIFI برای ایجاد تماسهای تلفنی استفاده کنند. با راهاندازی شبکه وایمکس در متروی دبی دسترسی به اینترنت پرسرعت بیسیم نیز امکان پذیر خواهد بود.
منابع:
- Automatic Train Operation: History and Open Questions, January 2020 at Conference: 6th International Conference on Vehicle Technology and Intelligent Transport Systems. DOI:10.5220/0009418002600267
- https://www.startus-insights.com/innovators-guide/top-10-rail-industry-trends-innovations-2021-beyond/#:~:text=Rail%20transportation%20is%20undergoing%20significant,automatic%20train%20control%20(ATC).
- https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/automatic-train-control-market
- https://www.sgtrains.com/technology-signalling.html
- https://www.khaleejtimes.com/transport/video-this-is-how-dubai-metros-driverless-trains-run-like-clockwork
کلیدواژهها:
Automatic Train Operation, ATO Strategy, Human-Machine Interface, Digital Transformation