从1969年北京长安街下的地铁1号线建成到现在，我国城市轨道交通实现了长足的发展和进步。特别是随着我们国家城市化进程的加快和小汽车的普及，道路交互与通行压力慢慢的变大，城轨建设进入了加快速度进行发展时期。

  据中国轨道交通协会多个方面数据显示，截至2020年底，中国大陆地区共有45个城市开通城市轨道交通运营线年，城轨交通总牵引能耗为84亿千瓦时。

  “随着城轨投产新线的增加，运营能耗也在大幅度的增加，其中牵引能耗约占50%。”在日前举行的2021年北京地区广受关注学术成果报告会（自动化及AI领域）上，北京交通大学副教授孙绪彬告诉科技日报记者，借助多车协同的地铁列车节能操控方法，能轻松实现列车间再生制动能量利用，节约能源的效果有望达到5%-10%。

  在节能减排的大背景下，城市轨道交通的能耗问题引起了人们的关注。孙绪彬介绍说，现在地铁列车有两种制动方式，一种是机械制动，靠摩擦去制动，摩擦本身会造成制动部件的磨损，产生的碎末对环境也有污染；另一种是电制动，电制动又分为电阻制动和再生制动。列车在速度较高时采用电制动，在速度较低时加入机械制动作为制动力的补充。当采用电制动时，列车电动机转为发电机，产生制动力和电能，电阻制动将该部分电能用电阻耗散掉，再生制动则通过不同方式利用该部分电能。

  孙绪彬强调，如果采用储能或逆变等设备利用再生制动能量，需要前期投入和后期维护。如果用节能控制算法及软件实现列车节能，那么前期投入和后期维护成本将大大降低。

  “当某一列车采用再生制动的时候，同一供电分区的其他列车能够最终靠牵引吸收该车的再生制动能量。本团队所研究的多车协同节能算法，不但可以实现启动牵引列车与停车制动列车间的协同，而且还能够最终靠引入列车途中牵引过程吸收其他制动列车的再生制动能量。”孙绪彬说，这种基于多车协同的地铁列车节能操控方法，减少了列车从供电网络吸收的能量，实现了节能，降低了运营成本。

  考虑线路情况和客流情况等多因素的仿真根据结果得出，这种方法的节约能源的效果可达到5%-10%。

  列车辅助驾驶系统对于实现更优化的列车控制有何作用？对此，孙绪彬表示，列车辅助驾驶系统是针对人工驾驶而设计的，它可以向司机提供优化的操纵建议。“因为司机看不到其他列车运作情况，我们大家都希望列车之间的工况匹配起来，所以通过提供相关建议辅助司机操纵列车，利用好其他列车的再生制动能量。”

  近年来，无人驾驶在轨道交通领域有了新的尝试，列车节能也迎来了新的机遇。“以北京为例，燕房线已经实现了无人驾驶，今后要建设的一些地铁线号线等也将采用无人驾驶技术。”孙绪彬强调，无人驾驶技术为多车协同节能提供了良好的平台，有助于节能等先进算法更好地落地应用。

  实际上，列车节能有很多种实现方式，孙绪彬介绍：“可以从线路设计、列车车体设计、列车调度、时刻表编制、列车速度曲线优化、列车控制算法等方面着手。”

  他举例说，在线路设计方面，能够使用节能坡，让车站高于两侧区间，列车下坡出站势能转为动能，上坡进站动能转为势能；在车体设计方面，可使用先进的轻量化材料和流线型设计，尽量减小列车运行阻力；在列车调度方面，当乘客比较少时，可以适当压缩列车停站时间，增加列车区间运行时间，减少能耗……

  “在编制时刻表时，可以尽量增加同一供电分区不同列车的启动牵引过程和停车制动过程的匹配比例。如果列车能够按照该计划运行，那么列车的部分再生制动能量就自然被利用了。”孙绪彬表示，这种方法会受列车晚点的影响，适用于列车较为准点的线路。

  “对于未采用无人驾驶技术的地铁线路，其地铁列车也具有ATO功能，也就是说列车可以在区间自动运行，司机只负责开关门，注意乘客安全。当车门关上之后，一按按钮，ATO就控车了。列车在发车前自动接收ATS发来的运行计划，调用相对应的目标速度曲线运行。”孙绪彬团队的主要工作就是根据列车间的配合需求，动态生成目标速度曲线，以此来实现列车节能。

  孙绪彬坦言，铁路是一个技术保守型行业，技术要验证成熟以后才会去应用。“随着节能算法的不断成熟，人工智能、大数据等新技术的慢慢的提升，地铁列车运行控制将会采用更先进的节能方法和技术，使列车更加节能和环保，为实现‘碳达峰’和‘碳中和’贡献力量。”

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