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IT如何提升交通容量

當(dāng)今世界的大部分經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值是由大城市創(chuàng)造的。但是它們需要依賴無縫信息流，以確保貨物在運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)的順暢流通。來自西門子的自動化技術(shù)使得交通基礎(chǔ)設(shè)施變得更為高效。未來，這種系統(tǒng)將能從經(jīng)驗中學(xué)習(xí)，并能對跨區(qū)域交通進(jìn)行整體優(yōu)化。

世界各地的航空運(yùn)輸一派繁榮，客運(yùn)里程每年增加5%-6%。在新德里，英迪拉?甘地國際機(jī)場的3號航站樓于2010年開通。在法蘭克福機(jī)場這個德國最大的航空樞紐，第四條跑道于2011年正式開通。在美國，“新一代”*機(jī)場基礎(chǔ)設(shè)施和跑道投資繼續(xù)穩(wěn)步增長。僅以洛杉磯國際機(jī)場為例，該機(jī)場是 第六大機(jī)場，每年的客流量達(dá)6000萬人次，目前正在進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)建。公路、鐵路和船舶的客運(yùn)和貨運(yùn)量也在不斷攀升。國際交通論壇預(yù)計，從2000年到2050年，全球各種交通工具的客運(yùn)量將增長兩倍或三倍，而貨運(yùn)量將增長2.5倍到3.5倍。

大城市最切實(shí)地感受到交通運(yùn)輸?shù)拇蠓鲩L。大城市既是這種發(fā)展的受益者，又是受害者。由于大城市占全球經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的80%左右，因此是全球客運(yùn)和貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)的樞紐。就像在互聯(lián)網(wǎng)上交換數(shù)據(jù)一樣，樞紐或節(jié)點(diǎn)對于保持整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。城市認(rèn)識到了這一事實(shí)。在西門子幾年前委托開展的一項調(diào)查中，全球各地超過500名市長和城市專家認(rèn)為，如果他們的城市要想保持商業(yè)吸引力，交通基礎(chǔ)設(shè)施是迄今為止較為重要的因素。

未來交通樞紐創(chuàng)意。 這是否意味著公路和鐵路網(wǎng)絡(luò)需要繼續(xù)擴(kuò)張？參與調(diào)查的交通專家卻另有高見。他們想要做的最重要的事是更好地利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施——這不僅成本更低，而且更為環(huán)保。這種方式也是西門子交通與物流集團(tuán)以及該集團(tuán)舉辦的“交通樞紐未來”創(chuàng)意大賽所設(shè)想的未來場景的焦點(diǎn)所在。“我們的員工提交了140項創(chuàng)意。”項目發(fā)起人Huschke Diekmann說道。這些新創(chuàng)意被發(fā)布到內(nèi)部網(wǎng)上，以便同事們對它們進(jìn)行評估和評論。那些獲得*贊同的 創(chuàng)意都有一個共同點(diǎn)：它們都認(rèn)同不同交通方式的聯(lián)合具有特別大的潛力。

獲獎項目被稱之為“聯(lián)運(yùn)乘客信息平臺”。該項目要在一個軟件解決方案中將城市各種交通方式的信息融合在一起。該平臺可提供當(dāng)?shù)馗鞣N公交方式的時刻表以及街道上的交通狀況。這就可以利用一個應(yīng)用程序進(jìn)行道路規(guī)劃，而且能實(shí)時進(jìn)行可替代路線檢測并提供 路線建議。西門子于2011年底在第六屆德國信息技術(shù)峰會上展示了該系統(tǒng)的原型。展示內(nèi)容為一名商人通過利用智能手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，通過聯(lián)運(yùn)方式避開了交通擁堵。在這個過程中，他從汽車轉(zhuǎn)乘火車，然后再騎電動自行車，并最終步行到達(dá)目的地。

“聯(lián)合貨物運(yùn)輸”創(chuàng)意獲得了該項比賽的第二名。從裝滿集裝箱的貨運(yùn)列車上卸貨平均需要12個小時。車廂首先需要與電氣化機(jī)車脫鉤，然后利用柴油動力機(jī)車驅(qū)動到上空沒有電纜的軌道上。港口起重機(jī)再把集裝箱吊運(yùn)到卡車上。而西門子發(fā)明家認(rèn)為，利用更簡單、更輕便的卸貨橋，這個轉(zhuǎn)運(yùn)過程可以在上有架空電纜的情況下進(jìn)行，集裝箱可通過類似傳送帶的并行軌道進(jìn)行運(yùn)送。一輛貨運(yùn)列車可以在不到兩小時內(nèi)卸貨完畢，然后繼續(xù)其運(yùn)輸旅程。利用類似技術(shù)，港口的集裝箱也可從船上直接卸到列車車廂中。智能集裝箱可在未來貨物運(yùn)輸中扮演關(guān)鍵角色：自動向物流IT系統(tǒng)提供關(guān)于其目的地和交付日期的信息。

統(tǒng)一的控制中心。 在德國，一個由聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部資助的被稱之為“TAMS（機(jī)場全面管理套件）”的研究項目，旨在充分挖掘聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的潛力。作為該項目的牽頭人，西門子與德國宇航中心、斯圖加特機(jī)場和其他合作伙伴進(jìn)行了緊密合作，并于2012年初完成了該項目。

TAMS項目的基本理念非常簡單：連接一切。因此，在機(jī)場，比如起飛降落容量和次數(shù)等關(guān)鍵因素應(yīng)與航班計劃和其他諸多相關(guān)系統(tǒng)協(xié)調(diào)在一起，比如加油和行李裝運(yùn)時間、登機(jī)手續(xù)辦理人數(shù)、登機(jī)口容量以及餐飲卡車的目的地。目前，這些任務(wù)以及其他任務(wù)通常都是由獨(dú)立服務(wù)提供商完成的。每個服務(wù)提供商根據(jù)協(xié)調(diào)*的計劃分派自己的員工，但是都是通過自己的控制點(diǎn)。就像時鐘一樣，每個齒輪環(huán)環(huán)相扣，精密運(yùn)行——直到比如暴風(fēng)雪這樣的大混亂發(fā)生。迄今為止，服務(wù)提供商的IT系統(tǒng)最多通過共享數(shù)據(jù)庫連接在一起。這樣，替代性計劃必須由運(yùn)行負(fù)責(zé)人費(fèi)力地協(xié)調(diào)。

在TAMS自動化環(huán)境中，局面則大不相同。在這里，所有服務(wù)提供商都與一個協(xié)調(diào)機(jī)場所有業(yè)務(wù)的控制中心連接在一起。不同公司的IT系統(tǒng)連接在一起，以致他們的員工在做決策時可獲得綜合性輔助功能的支持。

上圖：西門子的研究人員正在開發(fā)一種能實(shí)時監(jiān)控城市所有交通方式并給用戶提供路線指導(dǎo)的程序。

“在接近容量上限運(yùn)行的機(jī)場，TAMS可使每小時起降航班次數(shù)增加大約10%。”西門子交通與物流集團(tuán)機(jī)場IT負(fù)責(zé)人Christoph Meier博士表示。這個估算是以位于Braunschweig的德國宇航中心的模擬為基礎(chǔ)的。TAMS還對二氧化碳排放產(chǎn)生了積極影響。這是因為綜合性空管意味著任何一架飛機(jī)只有在很快就起飛的情況下，才能滑行至起飛地點(diǎn)。成群結(jié)隊的飛機(jī)排隊等候起飛的情況可以*避免，這還可節(jié)省燃料。因為空管作出的決策，比如改變起飛方向，對于機(jī)場的其他操作人員而言不再突然，因此準(zhǔn)點(diǎn)率也提高了20%。這可以在經(jīng)濟(jì)上給航空公司帶來明顯的好處。歐洲航空安全管理機(jī)構(gòu)Eurocontrol估計歐洲每年的航班延誤成本高達(dá)10億歐元。

TAMS研究項目的結(jié)果是如此鼓舞人心，以致西門子打算在2012年盡早將TAMS轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品。機(jī)場將能從西門子購買完整的軟件架構(gòu)和控制中心。

從乘客的角度而言，不僅飛機(jī)準(zhǔn)時降落關(guān)鍵，迅速抵達(dá)目的地同樣關(guān)鍵。然而，在許多情況下，抵達(dá)乘客發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施沒有跟上經(jīng)濟(jì)增長的步伐。如果他們乘坐出租車，這種感受會更為明顯。在許多城市，高峰時的出租車平均時速還不到20公里。

技術(shù)戰(zhàn)略師Diekmann認(rèn)為沒有所謂的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。“每個城市都不同。”他說道。為了找到不僅較快而且環(huán)境影響最小的路線，許多參數(shù)必須考慮在內(nèi)，包括不同交通方式的排放數(shù)據(jù)以及交通擁堵時間。解決方案取決于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。這些數(shù)據(jù)必須由交通誘導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行登記和處理，西門子在1000多個城市安裝了該系統(tǒng)。

2005年，西門子在柏林交付了較為*的交通誘導(dǎo)中心之一。該市的交通狀況通過利用攝像探頭和大約2000個傳感器（大多數(shù)是嵌在瀝青路面里的感應(yīng)線圈）進(jìn)行監(jiān)控。通過該市的交通控制中心，基于交通流量和時間，可對1700多個交通燈和300個交通標(biāo)志架進(jìn)行全自動化控制。但是，即使這種高科技的裝置也可利用超現(xiàn)代化的控制技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

直觀決策。一個更為*的解決方案是西門子中央研究院自動化專家Georg von Wichert博士開發(fā)的認(rèn)知性軟件系統(tǒng)。Wichert為系統(tǒng)加載了為期四周的柏林交通數(shù)據(jù)。“在這種情況下，‘認(rèn)知’意味著系統(tǒng)自身可創(chuàng)建柏林交通過程模型，然后作出決策。”他解釋道。換句話說，該系統(tǒng)并不以獨(dú)立的傳感器感測數(shù)據(jù)和獨(dú)立街道上的情況進(jìn)行交通狀況評估。相反，它會在整個城市背景下評估傳感器數(shù)據(jù)，并“了解”整體情況。這是一種直觀智能，充分說明了為什么控制中心的工作人員喜歡在不同程序之間切換，以了解總體概況。

認(rèn)知系統(tǒng)的優(yōu)勢是它能并行觀察復(fù)雜的數(shù)據(jù)，因此能比人為方式更快地發(fā)現(xiàn)偏離正常擁堵模式的情況。然而，它必須有一個學(xué)習(xí)階段。在該系統(tǒng)完成其學(xué)習(xí)階段之后，就能正確預(yù)測該市的交通流量情況和定期發(fā)生的擁堵。交通事故或短期建設(shè)造成的擁堵等特殊情況也可實(shí)現(xiàn)可靠探測。利用這些數(shù)據(jù)，在開始階段可創(chuàng)建一個輔助系統(tǒng)，幫助控制中心人員為該市的交通燈選擇 的控制方案。

認(rèn)知系統(tǒng)的另外一個優(yōu)勢是它能夠進(jìn)行學(xué)習(xí)。“下一步，我們可對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，測試系統(tǒng)的整體反應(yīng)，對控制程序進(jìn)行細(xì)節(jié)優(yōu)化，而不影響交通運(yùn)行。” Wichert說道。

更大規(guī)模的測試將會顯示認(rèn)知性系統(tǒng)能給大城市的交通運(yùn)行帶來多大幫助。但Wichert堅信，在復(fù)雜情況下，他的基于學(xué)習(xí)模式的控制系統(tǒng)比控制中心的人為操作更加*。

Diekmann還認(rèn)為自動化控制系統(tǒng)所能作的不僅僅是道路交通管理。他預(yù)計在未來幾十年內(nèi)，交通控制中心、本地公交系統(tǒng)甚至快遞和貨運(yùn)服務(wù)調(diào)度中心將全部實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。“到那時，城市將會擁有一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使其能對廣大區(qū)域內(nèi)的交通進(jìn)行全面優(yōu)化。”他這樣表示。

如果認(rèn)知智能有一天被用來協(xié)調(diào)各種交通方式和所有交通樞紐，超級交通應(yīng)用程序的夢想也許就可變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。其使用方式具體如下：用戶在程序中輸入任何一個目的地，應(yīng)用程序會建議比如三條不同的聯(lián)運(yùn)路線，這三條路線都會考慮 的路途時間、成本和二氧化碳排放。這種建議不是基于理論性的時刻表，而是基于交通狀況的實(shí)時預(yù)測。如果在路途中情況發(fā)生了變化，路線建議將會實(shí)時進(jìn)行調(diào)整。