作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2021/6/17 14:04:55
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孙绪彬:加强技术创新,让城市交通更高效节能

 

无人驾驶、多车协同、深度集成……以数字化、网联化、智能化为主线,科技创新正在赋能我国交通运输发展。

“在碳减排和碳中和的背景下,交通领域节能降耗迫在眉睫,通过技术创新,实现基础设施智能化、运营管理方式智慧化是重要举措。”北京交通大学电子信息工程学院副教授孙绪彬近日在接受《中国科学报》采访时说。

无人驾驶,让交通更高效

从地铁到高铁,当前我国城市轨道交通和高速铁路部分线路已实现无人驾驶。

2017年底,北京地铁燕房线载客试运营,这是我国第一条自主研发的全自动运行示范线路,标志着中国成为世界上第四个拥有轨道交通全自动运行技术的国家。

2019年底,京张高铁通车,首次采用北斗卫星导航系统,实现了高铁列车有人值守的无人驾驶。从百年前京张线“零的突破”到世界最先进水平的京张高铁,见证了中国综合国力的飞跃。

“无论是有人驾驶,还是无人驾驶系统,保证安全是第一位的。”在近日举行的2021年北京地区广受关注学术成果报告会“自动化及人工智能领域”专场活动上,孙绪彬说,“不要担心无人驾驶没有司机,从北京市轨道交通指挥中心到线路调度中心、从信号到车辆等各专业部门,实际上有很多双‘眼睛’在关注乘客的安全。”

据了解,燕房线列车每节车厢都有两个摄像头,能够无死角拍摄,线路上每隔200米会有一个摄像头,一列车大约有1万个点位的信息在实时上传,保证控制中心能够实时掌握车辆状态及线路状况。

同时,如果地铁列车自动防护装置(ATP)检测到系统故障或前方障碍物,会主动地停车,排除故障后继续运行。如果车辆出现问题,也会采用应急方案把车驶出区间,保证乘客的安全。

孙绪彬表示,无人驾驶能大大降低运营成本。如燕房线无人驾驶列车不再需要司机确认乘客上车、瞭望前方有无异常、关门、启动列车,无人驾驶执行这些任务只需要一两秒,是有人驾驶的1/10,全程9个车站一天下来节约的时间相当可观,可以用更少的车去完成更多任务。“目前大部分地铁运营都处于亏损状态,需要政府补贴,降低成本有助于地铁可持续发展。”他说。

像燕房线一样,未来北京其他新建的地铁3号线和12号线等线路也将采用无人驾驶技术。孙绪彬表示,这些新线路客流密度预计比燕房线大,这也为无人驾驶技术提出了更高的要求,期待无人驾驶技术能够应用于更多的地铁线路中。

不过,即使不能满足无人驾驶条件,孙绪彬表示,现在列车大都装有ATO系统(列车自动运行系统),主要功能包括列车加速、巡航、减速、精确停车以及停车后自动开启车门和站台安全门等。

“有了ATO,可以人机配合,比如司机在客流量较多时就负责关门和发车的任务,保证乘客上下车的安全,并且承担应急处置的任务。”他说,随着自动驾驶技术的日益成熟,将为后续节能技术的应用奠定基础。

多车协同,助力制动能量循环利用

城市轨道交通历来是城市基础建设的耗电大户,在碳达峰、碳中和的目标背景下,城市轨道交通的节能降耗呼唤着更先进的技术和方法。

制动能量的处理和回收正是这样一种先进的节能方式。制动能量回馈,又称“再生制动”,通俗来说就是刹车发电。“目前很多汽车都具备再生制动能量的功能,列车也是如此。”孙绪彬说。

据介绍,目前再生制动利用方式包括超电容储能、飞轮储能、逆变器能量回馈等不同方式。如果不加再生制动能量利用装置而是通过电阻耗散掉,这不仅造成电能浪费,还会带来隧道温升,加重通风系统负担。因此,可以通过超电容或飞轮储存列车制动时的能量,需要时再把能量反馈给牵引列车;也可以通过逆变器将制动能量回馈到电网里,供其他设备使用。

“但如果采用再生制动能量利用设备,就要投入成本,安装以后还需要后期运营维护,对于地铁公司来讲有经济负担。如果把能量返回直流电网供其他列车使用,这样就不安装其他设备。如果已经安装了超级电容等其他储能或逆变设备,本团队所开发的节能算法也可以减少设备的启动次数或负荷,使其延长寿命,从整体上降低地铁公司的运营成本。”孙绪彬表示。

为此,他与团队正在聚焦基于多车协同的地铁列车节能控制方法。当单个列车制动时,其他列车可通过牵引吸收再生制动能量,通过多车协同,在列车之间把这部分能量利用掉,降低从供电网络吸收的能量,降低列车运营能耗与成本。

“多车协同消纳制动能量不用额外增加设备,不占用场地,软件维护起来比较方便,我们期待节能效果能达到5%~10%。”孙绪彬说。目前他所在的团队已经获得了多项发明专利授权,已经和京港地铁和济南地铁等地铁进行了沟通,多家地铁公司表示期待应用该项节能技术。

根据“十四五”规划,未来30年我国将加快建设交通强国。在孙绪彬看来,建设更安全、高效、绿色现代化的综合交通运输体系,需要进一步通过技术和方法创新实现交通基础设施智能化,提高运营管理的智慧化水平。

 
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