歷史悠久的軌道運輸業正在架設新式IP化、智慧化網路系統，不僅用於強化行車控制、管理及營運效能，更延伸提供更多元的服務滿足旅客需求，創造更大效益，逐步實踐更安全、更舒適、更便利的軌道交通運輸品質與服務。
根據國際知名調研機構Frost & Sullivan在2013年中的調查指出，鐵道系統自動化將帶來雙重效果，不但大幅提升運行效率，也確保高度安全性。報告中也舉例，西歐鐵道系統自動化積極採用以射頻(RF)為基礎的通訊式列車控制(Communication-based Train Control, CBTC) 網路系統，預計到2030年將達到22.8%的年複合成長率。
而自動化系統也有助於提供乘客更即時的資訊服務，促進產業間即時的資訊轉移與分享，對旅行及相關規劃有極大的助益。
有鑑於此，在世界各國都可見到軌道交通營運公司開始積極導入網路系統，並提供車廂內的聯網及安全維護服務，這也推進了利用網路基礎開發出各種新一代多媒體應用，為未來新型態的智慧軌道交通應用預先鋪建共通的基礎平台。
物聯網(IoT)技術的快速發展與平台整合，快速推動了各項智慧應用的建構發展，如智慧製造、智慧城市。對於講求穩健安全的軌道運輸產業而言，本無追逐新穎技術的迫切性，但隨著各類資訊交流愈來愈透明與即時，民眾對運輸服務的品質要求提升，如對行車相關資訊的即時取得、乘車安全保護、乘車時的舒適與高速移動聯網服務等。也因此世界各國包括台灣在內的鐵道營運公司，都積極進行升級規畫及建構，逐步走向IP網路化，以便將影像、聲音、資料、控制指令等重要資訊，透過高效能的網通技術，傳遞至行控中心執行智慧控制與管理，以營造更高度的安全性、便利性及舒適性。
世界各國軌道運輸產業發展歷史悠久，多年來往往因應不同時期的不同問題與需求，先後進行汰換更新的部署架設，造成系統架構新舊雜陳，導致新舊系統間無法兼容，資訊難以完整互聯，也因此無法整合串接各種數據資料以便讓行控中心有效追蹤分析行車及乘客服務相關資訊。
洞悉CBTC與IEC-61375打造新式列車通訊網路
軌道營運商若要投入建置新一代列車網路通訊與自動化系統，則無可避免須正式面對CBTC及IEC-61375列車通訊網路標準等關鍵議題。Moxa於全球參與百餘件智慧軌道交通建置案，涵蓋CBTC、訊號控制系統、列車自動監控系統(ATS)、列車資訊及多媒體系統、車站與行控中心無線通訊、道岔控制系統、列車閉路電視(CCTV)監控系統等，因此以下分享一些實作歷練的經驗。
軌道交通的架設需同時兼顧營運效率與安全性，不論如何提升行車速度、縮短車距以增進調度彈性，皆須以安全為前提，而CBTC正是足以兼顧效率與安全兩者需求的可行技術，運作邏輯簡單有效，由行控中心根據動態資訊計算最佳車速並控制車距，若遇通訊系統失靈，將啟用自動防撞、自動加減速等機制避免危機。至於成功打造CBTC的關鍵，為高效率的無線通訊技術，及可防範單點失效的分散式控制系統(Distributed Control System, DCS)網路架構。
另一方面，IEC-61375標準已確立為列車通訊網路(Train Communication Network, TCN)的設計趨勢。歐洲軌道營運商也以此為據，建構乘客多媒體應用資訊系統，如娛樂平台、個人化資訊分享、電子商務服務、個人化廣告播放及客流分析等功能，進而提升對乘客的服務內容，創造更大的營運收益。
而在日本，列車透過車載Wi-Fi系統提供個人連網應用，提高乘客對旅程的滿意度，也利於相關產業業主提供旅遊相關資訊分享服務，提高國內外觀光客搭乘列車旅遊的意願，創造對產業更大的經濟效益。
在中國，因應國家發展政策，軌道市場更是成長快速，許多列車網路通訊與自動化系統專案需求也因應而生，例如透過乙太網路交換器、車載交換器協助建置列車控制管理系統(Train Control & Management System, TCMS)；透過戶外型無線網路存取點(AP)協助建立停車場故障無線下載系統；或藉由一站式整合車載交換器、車載AP、串列聯網設備，協助建構自動收費系統(Automatic Fee Collection, AFC)。
軌道控制系統使用年限動輒逾30年，在漫長的運作期間，有眾多負責不同項目人員與複雜的零件設備牽涉其中，對安全度要求非常嚴苛，所以管理複雜性極高，需施以嚴格品質控制，因此國際鐵路產業標準(International Railway Industry Standard, IRIS)應運而生。
IRIS規範重點包括專案管理、生命週期成本管理、消失物料/商源管理、首件檢查(FAI)、組態管理、產品管理，且適用範圍不僅止於產品設計與製造，就連布建專案前期的Engagement階段(旨在釐清專案需求、評估專案可行性與風險)以及後期維護服務，皆制定嚴格的品質標準要求，期使專案風險最小化，並協助業主便於評估建置與維運成本最佳化的投資準備。
軌道交通解決方案 涵蓋三大環境
藉由眾多的各國布建案例，可見全球軌道業者對系統設計，已不僅限於營建安全穩健的系統，更以滿足乘客需求作為進一步的考量，因此紛紛著手推動系統升級，使各系統不同資訊趨於整合進而推進自動化與智慧化，更著眼於系統長期穩健發展，積極導入IRIS框架，為服務品質嚴格把關。
當然業界也有通過IRIS認證的設計製造商如Moxa，延伸其在工業網通及自動化領域的專業，建構提供軌道交通應用解決方案，在車載、軌旁、車站與行控中心(OCC)等三大環境使用，可作為舉例呈現出智慧軌道通訊網路的設計涵蓋範圍(如圖1)。
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| 圖1 四零四科技Moxa提供包括車載、軌旁、車站及行控中心的智慧軌道交通應用解決方案，滿足各種環境需求。 |
車載方面，運用乙太網路的互通性與可擴充性，整合包含旅客用Wi-Fi、旅客到站系統、多媒體資訊系統、TCMS系統等多種不同設備通訊介面，同時藉由高頻寬的傳輸效能，讓列車長至能隨時監控列車CCTV系統，同時也透過車對地無線通訊，將列車內資訊與影像資料傳送至軌旁，再經由車站與行控中心的通訊骨幹加以收整。
綜觀前述場景中，以車載通訊網路設計最為複雜，例如列車對地通訊，即須縮短因不同AP切換而導致的訊號中斷間距。以Moxa為例，便提供獨特開發的Turbo Roaming技術，將此間隔縮減至50毫秒差內，確保車對地通訊不間斷，並進一步採用獨家研發的彈性定位智慧(Flexible Location-awareness Intelligence, FLI)技術，使得交換器、Wi-Fi或CCTV等設備一經開機，即自動向設定檔配置伺服器取得該設備所需設定的IP位址，不需複雜的設定程序或人力介入，簡化裝設管理並使維護負擔降至最低。在行控中心場域，則以MXview網路管理軟體，使系統管理者能綜覽車載、軌旁及通訊骨幹上所有聯網設備資訊及狀態的全貌，並藉助CCTV即時監控系統，集中監看車載、軌旁與車站等所有即時側錄畫面，以便於因應特殊狀況，採取即時的緊急處理。
今日軌道運輸已逐漸跳脫傳統獨立封閉式系統架構，架設布建趨向新時代的IP化、智慧化，提供多元豐富的可能性，但最大挑戰將在於如何有效整合影像、聲音、資料、控制指令等列車行控資訊，再結合運算技術，藉以強化行車控制、管理及營運效能，進一步發展乘客服務相關的多媒體資訊、自動收費系統或數位電子看板系統等創新應用，延伸提供更多元的服務滿足旅客需求，創造更大效益，逐步實踐更安全、更舒適、更便利的軌道交通運輸品質與服務。
(本文作者為四零四科技Moxa台灣區業務經理)