در مواجهه با روند افزایش سریع تقاضا برای “سرعت و چگالی (ظرفیت) بالا” در حمل‌ونقل ریلی، این صنعت ناچار است به سمت هوشمند‌سازی سیستم‌های ریلی گام بردارد. زیرا در طول دهه‌های اخیر با توسعه و گسترش زیرساخت‌های ریلی و مراحل پایه‌ای بکارگیری انفورماتیک، تقریباً حداکثر بهره‌برداری ممکن با استفاده از روش‌های سنتی حاصل شده است. در کشورهای توسعه‌یافته، فرآیند اطلاع‌رسانی و نظارت در حمل‌ونقل ریلی به طور کامل پایان یافته است. بر این اساس، فرآیند هوشمند‌سازی در حال حاضر با هدف افزایش سرعت و کارایی بالا رو به پیشرفت است. تبدیل حمل‌ونقل ریلی به سیستم حمل‌ونقل هوشمند ریلی از طریق هوشمندسازی صنایع ریلی، استراتژی اصلی جهت بهبود رقابت‌پذیری حمل‌ونقل ریلی نسبت به سایر وسایل عمومی حمل‌ونقل در قرن بیست و یکم خواهد بود.

بیشتر کشورهای جهان با گسترش پدیده شهرنشینی مواجه‌اند، در طول زمان، تغییر شیوه‌های تولید و بهبود فناوری سبب مهاجرت مردم از روستاها به شهرها شده است و شهرهای موجود بزرگتر شده و شهرهای جدیدی نیز شکل گرفته‌اند. با افزایش سهم جمعیت جهانی که در شهرها زندگی می‌کنند، شهرنشینی به فرایند غالب معاصر تبدیل شده است. با توجه به این مسئله، حمل‌ونقل شهری اهمیت فراوانی می‌یابد. در مناطق شهری، با توجه به انواع مدل‌ها، کثرت مبدأ و مقصدها و میزان ترافیک، حمل‌ونقل پیچیدگی زیادی دارد.

معرفی سیستم‌های حمل‌ونقل ریلی هوشمند 

سیستم حمل‌ونقل هوشمند به معنی استفاده و بکارگیری فناوريی‌های نوین از قبیل الکترونیک ارتباطات، سیستم‌های کنترل و سایر فناوريی‌های پیشرفته می‌باشد که جابجایی، ایمنی، امنیت و کارایی را در بخش حمل‌ونقل ایجاد می‌کند و در رابطه با سایر اقدامات با کاهش مصرف انرژی شاخص‌های زیست‌محیطی از جمله کیفیت هوا را بهبود بخشیده و بر میزان دسترسی به وسایل حمل‌و‌نقل می‌افزاید.

سیستم حمل‌ونقل هوشمند با بهره‌گیری از فناوری ارتباطات، اطلاعات مربوط به جابجایی کالا و مسافر را جمع‌آوری، نگهداری، پردازش و توزیع نموده و باعث افزایش بهره‌وری و ارتقاء سطح ایمنی در حمل‌ونقل می‌گردد، این حمل‌ونقل روان، کارا و ایمن را سیستم حمل‌ونقل هوشمند می‌نامند.

مهم‌ترین هدف‌های برقراری سیستم‌های هوشمند عبارتند از:

۱) کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و استفاده بهینه از منابع موجود در حمل‌ونقل ریلی و سایر مدل‌های حمل‌ونقل

۲) ارتقاء سطح ایمنی و فرهنگ عبور و مرور و بهبود ارائه خدمات حمل‌ونقل به دلیل وجود برنامه‌ریزی دقیق و کارآمد

۳) افزایش سرعت جابجایی کالا و مسافر و صرفه‌جویی در وقت مشتریان و نهایتاً جذب مشتری بیشتر

۴) کاهش بار ترافیکی و کنترل سرعت در مسیر خطوط با سرعت‌سنج‌های هوشمند از طریق ردیابی و جمع‌آوری اطلاعات سفر

۵) تعیین موقعیت تصادفات از طریق دریافت اطلاعات و سعی بر کاهش تصادفات و خسارات ناشی از آن و سهولت اطلاع‌رسانی

۶) بهینه‌سازی مصرف سوخت و کاهش آلودگی هوا و کاهش تخریب محیط‌زیست

در حال حاضر به دلیل ارتقای سطح زندگی و بالا رفتن ارزش زمان برای مردم، از یک طرف و مشکلات ناشی از افزایش زیرساخت‌های حمل‌و‌نقل از قبیل؛ زمان‌بر بودن، هزینه بالا و محدودیت‌های منابع از طرف دیگر، راه‌آهن و سایر مدل‌های حمل‌و‌نقل را وادار کرده است تا به فکر استفاده بهینه از زیرساخت‌های موجود به منظور پاسخ‌گویی به نیازهای حمل‌و‌نقلی باشند.

سیستم‌های حمل‌و‌نقل هوشمند با استفاده از تکنولوژيی‌های الکترونیکی و اطلاع‌رسانی پیشرفته برای بهبود عملکرد قطارها، خطوط ریلی و سیستم‌های کنترل و نظارتی عمل می‌کنند.

سیستم‌های حمل و نقل هوشمند گونه‌های مختلف خدمات در شهرهای بزرگ و مناطق برون شهری را ارائه می‌دهد که برخی از آن‌ها عبارتند از:

• کنترل چراغ‌های ترافیک ریلی یا سیگنالینگ
• مدیریت خط راه‌آهن
• مدیریت جابجایی مسافر و حمل‌و‌نقل کالا
• مدیریت تصادفات و سوانح و کنترل تقاطع‌های همسطح ریلی – جاده‌ای به منظور جلوگیری از سوانح
• افزایش درآمد
• ایجاد اشتغال

معرفی کاربرد هوش مصنوعی در سیستم‌های حمل‌و‌نقل ریلی شهری

از جمله بارزترین کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت حمل‌ونقل ریلی، کمک به خودکارسازی عملیات ریلی با ATO (Automatic Train Operation) است. ATO مسئولیت مدیریت عملیات قطار را با درجات مختلفی از خودکار بودن، از راننده به سیستم کنترل واگذار می‌کند. کمیسیون بین‌المللی الکترونیکال چهار درجه استاندارد خودکار بودن قطار را مشخص کرده است که درجه سوم مربوط به عملیات بدون راننده ولی با حضور اعضای خدمه قطار در کابین و درجه چهارم مربوط به قطارهای کاملاً مستقل و بدون مراقبت است.

برای اپراتورهای ریلی و مدیران زیرساخت، آگاهی از خرابی‌های احتمالی قبل از وقوع، برای جلوگیری از هرگونه وقفه در ارائه خدمات بسیار با ارزش است.

چارچوب نیازمنديی‌های هوشمند‌سازی حمل‌ونقل ریلی از مرحله مطالعه تا اجرا را به طور کلی می‌توان در دستیابی به موارد ذیل خلاصه نمود: تعاریف و رویکردهای هوشمندسازی در حمل‌و‌نقل ریلی، ضرورت طرح موضوع هوشمندسازی در حمل‌و‌نقل ریلی کشور، زیرسیستم‌های هوشمند موجود در دنیا، رویکرد برخی از کشورها به موضوع هوشمند‌سازی حمل‌ونقل ریلی و یک پارچه‌سازی سیستم‌های هوشمند، نحوه ارزیابی عملکرد سیستم‌های هوشمند حمل‌و‌نقل ریلی، بکارگیری سیستم‌های هوشمند حمل‌و‌نقل ریلی در کشور، ساختار تشکیلاتی حمل‌و‌نقل ریلی، معرفی پروژه‌ها و سیستم‌های هوشمند دارای اولویت اجرایی در کشور.

مثال‌های کاربردی از کاربرد هوش مصنوعی در حمل‌ونقل ریلی

در سال ۲۰۱۸ حدود ۱۰۰۰ کیلومتر خط متروی خودکار در ۴۱ شهر ۱۹ کشور جهان وجود داشت و پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۲۵ مقدار آن به بیش از ۲۳۰۰ کیلومتر خط خودکار با استفاده از فناوری هوش مصنوعی برسد. همچنین موسسه فناوری Railenium (فرانسوی با حروف اختصاری SNCF) دو کنسرسیوم برای توسعه دو نمونه قطار بدون راننده راه‌اندازی کرده است: اولین کنسرسیوم وظیفه طراحی قطار باربری خودمختار و دومی وظیفه طراحی قطار مسافربری پرسرعت خودمختار را برعهده دارد. در حالت دوم، هدف طراحی ماژولی است که عملکرد مسافران در سکوهای راه‌آهن را درك کرده و امکان بسته شدن بی‌خطر درب واگن‌های قطار را فراهم کند. این مؤسسه تصمیم دارد قطارهای نیمه خودمختار را تا پایان سال ۲۰۲۳ راه‌اندازی کند. از جمله پروژه‌های هوش مصنوعی این قطار درباره سرپرستی ناوگان است، تا بتواند از راه دور و از طریق مؤسسه امکان ارسال نرم‌افزارهای تشخیص صدا، تعمیر و نگهداری قطار را ساماندهی کند. همچنین در برخی از شهرهای چین با استفاده از هوش مصنوعی در مترو، عبور از گیت مترو به آسانی صورت گرفته است.

اثربخشی استفاده از هوش مصنوعی درسیستم ریلی شهری

کسانی که از ITS سود می‌برند، کاربران راه و سایر مسافران هستند که معمولاً به نام کاربران نهایی شناخته می‌شوند. رانندگان خودرو، کامیون و وسایل نقلیه باری، همه می‌توانند از جنبه‌های مختلف ITS مانند ایمنی بیشتر، اطمینان بالاتر در سفرها، زمان سفر کوتاه‌تر، مسیرهای مستقیم‌تر و دستیابی آسان‌تر به پارکینگ سود ببرند. عابران پیاده و سایر کاربران آسیب‌پذیر راه، می‌توانند ایمنی بیشتر و تعادل در اولویت‌های ترافیکی برای حمایت از خود را تجربه کنند. کاربران حمل‌و‌نقل عمومی می‌توانند زمان سفر کوتاه‌تری داشته باشند و به اطلاعات بهتری نیز دسترسی داشته باشند.

دومین گروه مهمی که ITS  را تجربه می‌کنند ساکنان و مشاغلی هستند که در محل توسعه ITS مستقر هستند. خودروها، کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و ترن‌ها همگی بر زندگی، کار، پیاده‌روی، بازی و روابط اجتماعی مردمی که در مجاورت آنها زندگی می‌کنند، تاثیرگذار است. ITS می‌تواند خدماتی از قبیل طرح‌های کنترل دسترسی، مدیریت پارکینگ، اخذ عوارض از مسیرهای باری و کاربران راه ارائه دهد که همگی تأثیرات قابل توجهی داشته باشند.

مهم‌ترین مشتریان این سیستم‌ها سازمان‌های دولتی، به ویژه پلیس و شهرداريی‌ها هستند که با هدف افزایش ایمنی و بهره‌وری جاده‌ها، خیابان‌ها و وسایل نقلیه به سمت سیستم‌های هوشمند متمایل می‌شوند و هزینه‌های سنگینی را در این خصوص متحمل می‌گردند.

سومین گروه اصلی که می‌توانند از ITS سود ببرند، متخصصان حمل‌ونقل هستند ITS می‌تواند برای انجام بهتر کار، به آن‌ها (چه برنامه‌ریزان و چه بهره‌برداران و مدیران شبکه حمل‌و‌نقل و سیستم‌ها) کمک کند. یک سرمایه‌گذاری در ITS می‌تواند به آن‌ها در ارائه خدمات بهتر جهت انجام سفرهای مطمئن‌تر و آرام‌تر، کاهش اثرات تخریبی بر محیط، اولویت‌دهی به حمل‌و‌نقل باری، ترافیک مسافر روزانه، ترانزیت یا عابر پیاده و هر چه که بخش اصلی بازار است، حتی بخش اصلی بازار در یک بازه زمانی مشخص در روز کمک کند.

سخن پایانی

دیجیتالی‌سازی صنعت حمل‌و‌نقل علاوه بر کاربريی‌های ساده مانند تسهیل ارتباط یا مدیریت منابع، خلق مدل‌های کسب‌و‌کاری نوین، تولید فرآیند‌های پویا و ایجاد انواع جدید تراکنش‌ها و مکان‌هایی که تراکنش‌ها در آن شکل می‌گیرند را نیز به همراه دارد. بکار بردن هوش مصنوعی در صنعت حمل‌ونقل موجب کاهش تصادفات و ترافیک، افزایش امنیت، کاهش آلودگی هوا و به حداقل رساندن هزینه‌ها شده است. از آنجا که حمل‌و‌نقل رابطه‌ای مستقیم و مستحکم با سایر بخش‌های اقتصادی – اجتماعی کشور دارد، بنابراین صنعت حمل‌و‌نقل تبدیل به ارکان مهم اقتصادی شده است، به طوری که برای ارزیابی رشد و توسعه اقتصادی کشورها بخش حمل‌و‌نقل کشورها نیز مورد ارزیابی و سنجش قرار می‌گیرد.

در ایران به دلیل عدم رشد مناسب و هماهنگ در گونه‌های مختلف حمل‌ونقل، برنامه‌ریزی مشخص و معینی در استفاده از تکنولوژيی‌های موجود و فرهنگ استفاده آن‌ها وجود نداشته است. به عنوان مثال شاید استفاده از  زیرسیستم‌های هوشمند ابتدایی که در بسیاری از کشورها از سال‌ها پیش مورد استفاده بوده است، در مدیریت حمل‌ونقل ریلی و جاده‌ای ایران به دلیل آنکه در ارتباط با دنیای حمل‌ونقل بیرون از مرزها تقریباً به صورت منزوی فعالیت نموده است، فاصله بسیار بیشتری نسبت به فاصله تکنولوژیکی حمل‌ونقل هوایی و دریایی داشته باشد. بنابراین اشاره به این نکته بسیار مهم است که از سیستم‌های حمل‌ونقل هوشمند در چه بستری بحث خواهد شد. در حال حاضر حتی استفاده از ابتدایی‌ترین زیرسیستم‌های هوشمند نیز در ایران عمومیت نیافته است، اگرچه فقدان تجربه بکارگیری سیستم‌های حمل‌ونقل هوشمند به عنوان یک کاستی در بستر حمل‌ونقل ریلی و سایر گونه‌های حمل‌ونقل ایران احساس می‌شود، اما واقعیت آن است که به دلایلی نظیر رشد روز افزون تقاضا و معضلات و مشکلات ناشی از آن و هزینه بالا و زمان‌بر بودن ایجاد زیرساخت‌های جدید، توجه زیادی به استفاده از سیستم‌های هوشمند حمل‌ونقل در کشور معطوف شده است.