SBB在提高能源效率方面的综合和协作方法

铁路是瑞士可持续交通的支柱。瑞士联邦铁路公司(SBB)拥有世界上最繁忙的铁路网，每天约有1万列火车运行。除了混合交通带来的挑战外，网络使用率的上升也对铁路服务提出了重大要求。即使是时间表上的微小偏差也会对业务稳定性产生负面影响，产生重大的连锁反应。

这条铁路也是瑞士最大的电力消耗单位之一。涉及客运和货运的铁路企业每年为铁路电力支付约2.5亿瑞士法郎。由于服务的扩大，到2030年，SBB的能源消耗将比2010年进一步增加30%。

然而，为了确保环境和财务表现，作为节能计划的一部分，SBB正在努力到2025年将预计的年度能源消耗减少20%。该项目由管理委员会于2012年委托实施，在2017年期间节约了300吉瓦时，这意味着SBB已经完成了一半的宏伟目标。

该方案的一些关键支柱是在机车车辆、固定装置和建筑物方面的技术革新、节能服务结构和铁路服务方面的革新。最有力的措施是自适应控制(ADL)，这对于确保精确和节能的铁路服务至关重要。

交通控制系统和自适应控制:准时和节能运营的关键

SBB基础设施运营部门与铁路企业合作，负责铁路服务的基础设施方面，如交通控制、客户信息和干预。该业务部门的位置集中在四个列车控制中心和用于网络管理的运营中心基础设施中。铁路控制系统(RCS)是SBB内部开发的中央调度工具。

RCS包括ADL系统，该系统使铁路服务以最小的能源和最大的容量运行。ADL有两个核心功能:

1. 通过冲突优化减少信号的影响:ADL识别列车之间的调度冲突，并计算出列车运行的理想速度，使它们能够在没有计划外停靠的情况下到达目的地(“绿波”)
2. 通过节能驾驶(EcoDrive)减少列车提前运行:ADL检测列车何时会提前到达，并计算出最节能的运行速度，以确保列车按时到达下一站。

列车控制中心的调度员批准ADL计算出的驾驶建议，然后立即通知机车乘务人员。这些只是建议，不是明确的指示。赛道信号仍然是引擎司机的首要任务。

在日常操作中采用自适应控制

自2015年以来，ADL系统已在铁路服务的核心网络范围内使用，使调度员和机车人员能够更有效地协同工作。他们有一个共同的目标，即按照安全、准时和经济效率的相关优先事项，提供精确和节能的铁路服务。

成功的控制取决于精确的预测和由此产生的无冲突调度决策。通过与RCS的交互，ADL涵盖了在服务器端执行的以下进程:

• 记录列车的位置
• 网络范围的预测和冲突识别
• 预测信号的非预定停留及其持续时间
• 计算可以在不影响其他列车的情况下使用能源优化驾驶剖面的走廊
• 产生消息，向发动机驾驶员提供有关能量优化驾驶剖面的信息
• 通过LEA、智能手机、笔记本电脑或GSM-R CabRadio向司机室及时传达驾驶建议。

如图1，以便在铁路服务控制电路中，透过将速度建议传送至机车司机室，在调度员与机车司机之间架起桥梁。建议是通过数据连接传达的——这通常是机车人员的平板电脑:

• 引擎驾驶员通过“哔”的一声了解到驾驶建议，并在屏幕上出现的窗口(即ADL面板)中查看该建议
• 每条ADL消息都有一个“生存时间”(TTL)，即持续时间，表示消息将显示多长时间
• 如果时间到了，消息和ADL面板将被隐藏。只有当驾驶建议更改或取消时，该消息才会再次显示，这意味着驾驶员不会被非活动窗口分散注意力。

铁路公司与SBB基础设施公司的密切合作使其获得成功

混合流量的网络利用率已经处于很高的水平，并且还在继续上升，这对SBB构成了重大挑战。最大限度地利用运力和提高能源效益是铁路服务中相互依存的两个方面。有了ADL，铁路服务在降低能源成本和巧妙地管理网络上日益增长的交通方面做出了重大贡献，即使在严格的准点率标准的情况下也是如此。

由于冲突优化，实现了主要的节省

实际上，从技术角度来看，ADL冲突优化在处理混合流量方面效果特别好。基于集中计算的全网络冲突解决方案可优化所有铁路企业的车辆，减少因运营情况而产生的冲突数量，从而提高准点率和能源效率。

2017年，由于ADL(冲突优化和EcoDrive)，在总计63.5万份驾驶建议中节约了约74 GWh的能源，如图所示图2．这比2016年增长了48%。根据行动情况和由此产生的冲突，这一数字在今后几年将进一步上升。

ADL的持续进一步发展

即使在ADL的开发阶段，SBB客运部门、SBB货运部门和其他铁路企业也密切参与了测试。在目前的运作中，个别机构在进一步开发和微调算法方面的密切合作已证明是成功的。例如，机车机组人员、调度员和IT部门的用户代表参加每月一次的会议，以探索进一步优化的机会。除了技术优化外，调度员和引擎司机的初始和进一步的ADL主题培训也是合作组织的。

由BLS和SBB Infrastructure进行的联合测试，以优化ADL EcoDrive

然而，当谈到ADL EcoDrive时，可用的节能潜力还没有被充分利用。造成这种情况的原因之一是目前的规定，只有提前一分钟以上的列车才会收到驾驶建议。同样地，给机车乘员的信息的积累会导致某种“调出”的感觉，这意味着并非所有的控制都被实际执行。

这就是为什么SBB在2017年的一项研究中研究并研究了进一步开发EcoDrive的可能性，该研究由SBB基础设施、SBB客运部门、SBB货运部门以及能源和IT部门的专家组成。

劳工统计局此前在与SBB基础设施的试点项目中测试了三个驾驶推荐系统。试运行和分析表明，如果在中间站点允许偏离运行时间表，并根据人体工程学显示机车人员的驾驶建议，那么区域列车运行的净能源消耗可减少15%。如果认真执行，驾驶建议将继续保证较高的准点率，并有助于减少驾驶风格的变化。

前景

当涉及到冲突优化和能源效率时，自适应控制已经取得了很多成就。然而，在人力、技术和组织层面仍有进一步优化的潜力。ADL工具由SBB基础设施和铁路公司合作开发，作为控制中心和发动机司机室之间的纽带。

ADL正在改善控制中心和发动机驾驶员室之间的实时通信

在瑞士的货运中，超过30%的列车偏离预定的列车路线超过30分钟。在这种情况下，调度员控制着列车精确到分钟的预报，但机车乘员却不知道这个问题。他们只收到标有目标时间的每日时间表和他们的工作时间表。随着ADL的进一步发展，机车乘员将获得与控制中心调度员相同的信息。

静态驱动建议为正常操作，ADL消息发生冲突

对于机车乘员来说，尽快收到必要的信息是很重要的，这样他们才能确定驾驶策略。驾驶建议也应尽可能保持静态，尽量减少司机室的干扰。在ADL EcoDrive的进一步开发中，我们将以以下方式考虑这一点:

• 对于每辆列车，优化的驾驶剖面(Veco:经济和生态速度)将被计算出来，并在引擎驱动板(LEA)上显示为每条路线允许的速度旁边的额外一栏
• 有了这些Veco信息，发动机驾驶员将知道以最佳的能量和准时的方式到达目标目的地的理想速度，如图图3．可以通过标准化的建议来减少驱动变异。

以ADL为核心的数字化铁路服务

数字运营管理工具RCS、ADL和HOT(枢纽优化技术)已经成为现代铁路服务的一部分。在数字化的未来，铁路服务中重复性任务的自动化程度将进一步提高。在评估备选调度方案时，人的因素将主要发挥其优势，而调度系统根据实际数据和预测确定所有可能的方案将越来越多地自主进行。对未来交通机动性的专业描述，在容量和能源方面都是高效的，是在极其繁忙的混合交通网络中现代铁路服务的突破性创新。