在機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別和 NVIDIA GPU 的助力下，列車即將開(kāi)啟自主運(yùn)輸?shù)南群印?/p>

自動(dòng)駕駛汽車和卡車已經(jīng)成為人們熱議的話題。但事實(shí)上，最有可能搶先一步、成為首款全自動(dòng)交通工具的是列車。

原因是不同于載客汽車或長(zhǎng)途卡車，列車是在軌道上運(yùn)行的。其特定的運(yùn)行環(huán)境，決定其需要認(rèn)識(shí)理解的環(huán)境相對(duì)有限，且不涉及太多類型的決策。

無(wú)論是以硬件為基礎(chǔ)的信號(hào)系統(tǒng)，還是射頻調(diào)度系統(tǒng)，運(yùn)用于列車上的眾多技術(shù)都已有數(shù)十年“高齡”。

如今，列車專職人員已開(kāi)始利用互聯(lián)網(wǎng)、精密的傳感設(shè)備，以及日益普及的 GPU 驅(qū)動(dòng)深度學(xué)習(xí)等工具與技術(shù)，來(lái)確保列車準(zhǔn)時(shí)運(yùn)行。

對(duì)于列車運(yùn)輸這一早期工業(yè)革命的標(biāo)志性行業(yè)而言，這無(wú)疑是巨大的變化。

“智能列車的未來(lái)”

“我們正在探索智能列車和無(wú)聲軌道的未來(lái)。從軌道技術(shù)到車內(nèi)技術(shù)，所有技術(shù)都在快速革新。”4TEL Pty Ltd 的總經(jīng)理 Derel Wust 如是說(shuō)。4TEL Pty Ltd 是澳大利亞的一家私營(yíng)企業(yè)，正在新南威爾士開(kāi)發(fā)深度學(xué)習(xí)試點(diǎn)項(xiàng)目。

Wust 在今年早些時(shí)候舉辦的 GPU 技術(shù)大會(huì)上提到了紐約大都會(huì)運(yùn)輸署 (MTA)的案例，它 使用以通信為基礎(chǔ)的列車控制技術(shù)，投入的地鐵項(xiàng)目資金高達(dá)數(shù)十億美元。該案例證明：選擇過(guò)時(shí)的列車技術(shù)將付出高昂的代價(jià)。紐約州州長(zhǎng) Andrew Cuomo 曾在一次講話中表示，按目前的速度，升級(jí)整套地鐵系統(tǒng)需花費(fèi) 40 年的時(shí)間。

某報(bào)告指出，升級(jí)地鐵系統(tǒng)的項(xiàng)目將耗費(fèi)長(zhǎng)達(dá) 35 年時(shí)間，花費(fèi) 200 億美元。而今，Wust 指出，基于列車的人工智能解決方案能夠最大程度地節(jié)省資金、縮短工期。

4TEL 公司致力于提高列車系統(tǒng)的安全性能、減少基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并確保機(jī)器持續(xù)學(xué)習(xí)。許多人認(rèn)為，自動(dòng)加速和制動(dòng)系統(tǒng)能夠改善列車控制情況。Wust 表示：“我們?cè)谌粘Ｉ钪锌吹降脑S多事故，通常都是人為失誤造成的。”

4TEL 公司攜手工程公司 John Holland，將在新南威爾士國(guó)家區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (Country Regional Network) 中的列車上應(yīng)用以機(jī)器學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的全新技術(shù)方法。在當(dāng)前階段，Wust 的目標(biāo)是收集數(shù)據(jù)，并了解該技術(shù)方法與行為模型的配合情況。

4TEL 公司在新南威爾士設(shè)有一個(gè) Horus 系統(tǒng)建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目利用紅外攝像機(jī)、光學(xué)攝像機(jī)以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法，為列車運(yùn)營(yíng)提供軟件支持。該系統(tǒng)在 NVIDIA DRIVE 平臺(tái)上運(yùn)行。

追蹤模擬效果

Wust 所在的公司是少數(shù)幾家運(yùn)用所謂的“數(shù)字孿生”（“digital twin”）模型對(duì)自動(dòng)駕駛列車領(lǐng)域進(jìn)行開(kāi)拓的先驅(qū)型鐵路公司之一。這種模型能夠模擬出軌道上的情況，從而反映其真實(shí)鐵路網(wǎng)絡(luò)。

管理著一國(guó)之中總長(zhǎng)近 5,000 英里、寬度約 200 英里鐵路的瑞士聯(lián)邦鐵路公司曾在 GTC 大會(huì)上談及他們?yōu)榇_保列車系統(tǒng)準(zhǔn)時(shí)運(yùn)行而升級(jí)系統(tǒng)的努力。

該公司維護(hù)的系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，調(diào)度著國(guó)內(nèi)的高速列車和低速貨運(yùn)列車。要讓這個(gè)復(fù)雜的列車運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)作，需要約 13,000 個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行控制。

該公司每天運(yùn)送的旅客超過(guò) 120 萬(wàn)人次。它擁有獨(dú)立發(fā)電廠，為其列車供應(yīng)的幾乎全是可再生能源；它同時(shí)也是瑞士最大的房地產(chǎn)企業(yè)之一。“你可能會(huì)感到驚訝——除此之外，我們還是一家大型軟件公司，”這家公司的業(yè)務(wù)分析員兼人工智能研究員Erik Nygren表示。

該公司的研究與創(chuàng)新平臺(tái)由 Dirk Abels 負(fù)責(zé)。平臺(tái)使用 NVIDIA DGX-1 AI 超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬仿真和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)，以優(yōu)化列車時(shí)刻表和調(diào)度安排。

該公司已將其掌握的所有地理信息整合到模擬環(huán)境中，讓列車調(diào)度員可在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)列車數(shù)據(jù)的交互。

此外，該公司還進(jìn)行了安全性能方面的開(kāi)發(fā)，為列車添加了自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，目前正處于模擬階段。公司業(yè)務(wù)分析員兼 HPC 專家 Adrian Egli 表示：“我們的碰撞檢測(cè)能在半秒內(nèi)完成。

維護(hù)保養(yǎng)

除上述公司之外，通用電氣正致力于開(kāi)發(fā)車內(nèi)列車引導(dǎo)系統(tǒng)，將攝像機(jī)、軟件與 GPU 技術(shù)整合為一體。通用電氣與印度鐵路公司簽署了一份合同，在印度班加羅爾的列車上試用技術(shù)。

這家公司不僅銷售設(shè)備，還通過(guò)訂購(gòu)方式銷售包含分析功能的攝像系統(tǒng)。通用電氣運(yùn)輸系統(tǒng)（GE Transportation） 運(yùn)用 NVIDIA DGX-1 和其他的 NVIDIA GPU 進(jìn)行訓(xùn)練，并運(yùn)用 NVIDIA Xavier 平臺(tái)和 P100 GPU 進(jìn)行車載模型推理。

軌道檢查是一項(xiàng)嚴(yán)峻考驗(yàn)——檢查期間，需要封閉部分軌道，便于工作人員在軌道上行走，找出有問(wèn)題的枕木和其他需要維護(hù)保養(yǎng)的地方。軌道封閉的這段時(shí)間，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)美元的流失。通用電氣運(yùn)輸系統(tǒng)正致力于運(yùn)用人工智能將定期維護(hù)升級(jí)為“預(yù)測(cè)型和規(guī)范型維護(hù)”，從而既可確保安全，又能節(jié)省資金。

此外，通用電氣還致力于鉆研利用其前置攝像頭系統(tǒng)來(lái)確保列車安全、進(jìn)行軌道檢查等，希望打造出足夠智能的列車，讓其自主檢查軌道情況。

與其他公司一樣，通用電氣同樣在運(yùn)用數(shù)字孿生法，即模擬鐵路網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)用此方法，通用電氣得以持續(xù)監(jiān)測(cè)軌道情況，從而有助于定期維護(hù)。

4TEL 公司的 Wust 表示，想要讓列車做到通過(guò)可搜集對(duì)面軌道數(shù)據(jù)（如軌上障礙物）的車載攝像機(jī)和感應(yīng)器即可進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，這其實(shí)并不是難以想象。這些數(shù)據(jù)收集好之后，可整理成類似 Waze （知名社區(qū)化交通導(dǎo)航應(yīng)用程序）中的交通信息，傳輸至鐵路系統(tǒng)，供其他列車參考。

Rao 表示：“我們已經(jīng)開(kāi)始研究這些圖像，希望從中提取出有價(jià)值的內(nèi)容。”