本文將從台灣目前最具先進智慧軌道系統的台北市政府捷運工程局、交通部高速鐵路工程局，以及中華大學運輸科技與物流管理學系兼任教授張辰秋的角度，試圖分析智慧軌道系統的關鍵要素，從中激發軌道營運之創新思維，進而催生新的應用技術服務。
4G通訊迎接智慧軌道技術變革
軌道交通是城市運輸的主要動脈，在智慧城市的大架構下，軌道運輸系統作為支撐城市經濟社會發展的基礎建設，肩負每日人流輸送轉運的重責大任，也間接推動城市的快速發展。
現任高雄市高階經營管理協會理事長張辰秋，同時也在中華大學教授相關課程，曾擔任前桃園捷運公司總經理、高雄捷運公司營運副總經理、台北市政府捷運工程局機電系統工程處總工程司，現正致力推動CBTC通訊式列車控制（Communication-based Train Control），利用高解析技術偵測列車位置，並以4G通訊方式完成行車監控功能，台北捷運文湖線與桃園國際機場捷運線即採用此系統。4G通訊不但能乘載CBTC訊號，也能解決頻寬問題，適合高速移動，有助於影像傳輸的品質及穩定性，因此，4G網路的佈建成為智慧軌道運輸的重要推手。
佈建4G小型基地台
軌道系統若要達到訊號傳輸的穩定性，必須優化號誌車載（Carborne）軟體，讓無線通訊系統正常運作，同時強化號誌設備的檢修和維護。4G的CBTC備援建置，除可做為現行的行車控制系統外，亦能將PIS（月台資訊系統）和監控攝影機整合為單一系統做有效管理，讓監控設備畫質更清晰，傳輸速度更快，有益於朝向可視化、語音化的操作平台發展，藉由統一集中管理，提供高效率、高品質的CBTC訊號，以維持通訊穩定度。
而要維持無線傳輸的穩定度，4G基地台的普及是首要目標。然而建置一座4G基地台需投入百萬元，即便國家通訊傳播委員會（NCC）於兩年前啟動台灣4G建設大計，加速4G訊號涵蓋率，連線品質卻不見改善。欲解決基地台不足問題，替代之道是在車站、車體及軌道沿線佈建小型4G基地台，針對重要路段設置多點覆蓋，以防單一基地台故障後不至於失去訊號。外部的小型基地台數量建置足夠後，另外在車廂內部裝設無線傳輸設備，可支援GPS定位，作為車輛調度與行進軌跡的追蹤;此外，亦能將4G訊號轉換為Wi-Fi網路，為乘客提供上網服務，甚至延伸為O2O（Online to Offline）電子商務營銷模式，完成車上下單、下車取貨的貼心服務。
網路管理單一化
張辰秋強調，智慧型軌道運輸應該使用最精簡的人力，將其功能發揮至最大化，達到最完整的監控功能。除了通訊，無人駕駛也是智慧軌道運輸的必要元素，但無人駕駛需做配套措施，4G平台可望達成完整監控的目標。網路管理單一化，規劃詳細的SOP流程，使操作人員確實明瞭如何處理、應付各種情況，這些都需要穩定的網管系統。4G作為一種媒介，雖然不如有線訊號來得穩定，但礙於有線網路建置所費不貲，且會隨著時間推移產生線路老舊問題，4G網路勢必成為整合通訊相關系統，形成高效率、可靠穩定網路管理的首選。
4G行動通訊讓軌道交通的各方面性能得以提升，提供更多樣化的服務內容，以及更簡易的操作管理。國際上軌道交通運輸已經迎來4G時代，未來對於數據傳輸、影像監控等應用，將揭開無線網路技術新篇章。
智慧軌道核心：安全與服務
近幾年國際間恐怖攻擊等意外事件層出不窮，人潮聚集的交通樞紐成為明顯標的，高鐵亦曾於2013年面臨列車被放置爆裂物的威脅，因此，如何維護旅客安全，為其創造一個安全無憂的搭乘環境，成了高鐵在建置智慧軌道運輸系統時最重視的課題。滿足基本的安全條件後，透過物聯網技術結合旅客服務，也將是智慧軌道下一步發展核心。
高鐵工程局總工程司鍾維力為智慧軌道系統下定義，一是達到旅客安全，二是旅客服務滿意最大化。軌道智慧化最終朝向自動列車控制（Automatic TrainControl，ATC），其子架構分為三大面向：列車自動駕駛（Automatic Train Operation，ATO）、列車自動監控（Automatic Train Supervision，ATS） ， 以及其列車自動保護（Automatic Train Protection，ATP）。要達到列車自動控制，需具備自動防碰撞保護裝置（ATP），以及穩定的ATO和ATS。高鐵由於行駛速度快、站距長，必須配置司機員做列車加速控制與到站停準，在ATC行車控制模式下保障安全的減速則由電腦判斷，無法人為介入操作。
另外，透過旅客資訊服務的PIDS（旅客資訊顯示系統，Passenger Information Display System），結合自動廣播系統，讓乘客能在搭乘列車的同時掌握車輛動態、到站時間及旅遊資訊，包含手機App查詢相關資訊，或者班車延誤或取消時發送通知，未來如機場捷運線亦可提供航班資訊，規劃托運行李和海關受檢的時間，更能從容不迫地搭機出遊。
體認到行車安全的重要性，高鐵計劃增加即時影像監控的架設數量，涵蓋沿線軌道區域，以防止人員或動物之侵入。監控系統涉及到訊號傳遞，高鐵現階段智慧控制朝向基本設施功能的提升，透過完整的骨幹網路在沿線佈建4G，將所有資訊傳輸至行控中心。新的監控攝影機除即時監控旅客在月台上的行動，現也開始針對防暴積極建立臉部表情辨識的大數據資料，從旅客進入車站辨識其行為，判別有無攜帶危險物品，是否有滯留物，攝影機隨時不間斷掃描，發現異常行為時即發出告警，馬上通知相關安全人員追蹤，這些都是高鐵目前的初步實驗，藉由人臉辨識達到預防效果。
另外，警政單位也正開始建置同步監控中心，將來在緊急事件處理上相信會更有效率、做好更充足的應變準備。
無人駕駛打造智慧軌道運輸願景
軌道運輸朝向無人駕駛系統已是國際間重要趨勢，其原因在於影響軌道運輸營運安全風險的最大肇因是人為因素，根據國際間軌道運輸事故統計，人為疏失約佔60%以上，無人駕駛因而成為一門顯學，甚至逐步落實無人汽車、無人飛機的新型應用。所謂的軌道運輸智慧化，即是不需要人為去控制或做判斷，全部電腦化，對於列車的運行控制、調度指揮高度自動化，可大幅提升系統可靠度與效率，節省人力成本。
台北捷運已經走向無人駕駛，包含文湖線及未來的環狀線、台中捷運等中運量（單方向運量5,000～30,000人次/小時）系統，捷運工程局機電系統設計處處長蘇瑞文說明，台北捷運可依據尖離峰時間自動調整發車班距與運行車輛數，不會有明顯加速或減速的感覺，自動化技術的重點是無人駕駛，而安全是保障系統長期成功運行的核心。無人駕駛軌道運輸系統主要是透過行控中心，以先進的監控與通訊系統，監視、調度整個軌道系統的運作，其優點在於藉由全自動監控技術，保持列車安全的行車距離，避免如錯誤啟動、加速及超速等人為操作失誤問題，統一由行控中心做出應變措施。
雖然如此，對於高運量（單方向運量30,000以上人次/小時）在營運時間仍會配置司機員，僅負責察看乘客上下車及月台開關門情形，並在系統出現異常時即刻處理，列車的啟動及運行皆為號誌電腦自動駕駛，不需人手動控制，尤其鄭捷事件發生後，司機員的配置有助於先行了解車廂內狀況，再通報至行控中心做後續處理。
全世界都朝向無人駕駛發展，捷運也全面自動化，為何捷運文湖線還需增派隨車人員？自動化的目的即是節省人力成本，現行做法似乎有違系統建置的初衷。針對此問題，蘇瑞文無奈表示，捷運文湖線每年確實花費諸多經費聘請隨車人員，此預算也常遭議會質詢，即使隨車人員與無人駕駛系統背道而馳，但囿於台北捷運加入國際捷運組織CoMET及Nova軌道運輸標竿聯盟，每年在世界評比中皆取得不錯的成績與評價，其中系統是否穩定、障礙是否能在短時間排除更是其中一項指標，為提升北捷在國際間的競爭力，隨車人員變成必要之惡。
此外，國情問題也是另一項主因，大眾對於公共運輸系統出錯零容忍，過去捷運發生列車故障、系統異常造成班次延遲時，往往引起極大的輿論和反響，卻未思考自動駕駛的目的為安全第一，當列車有安全疑慮時，系統便設定自動停駛，待操作人員排除故障。未來中運量捷運必定可以達到全面性無人駕駛，但依現行文湖線所面臨的種種難題，隨車人員的存在仍是穩定民心不可或缺的重要角色。
智慧聯網下 軌道運輸新商機
要引領軌道交通再升級，創造便捷交通網，必須擁有完善的智慧軌道運輸系統。智慧軌道運輸結合系統的智慧與人的智慧，運用物聯網、雲端運算做諸如行車安全、運輸管理、旅客服務或外部合作等加值應用，在智慧城市的目標下，帶動軌道運輸市場商機。
如同鍾維力提及，旅客安全與服務是成就智慧軌道運輸的重要核心，高鐵在防災應變上具備智慧聯網技術，其災害監測系統以Google earth與GIS整合即時防救災地理空間資訊，在軌道沿線佈建感測器（Sensor）蒐集監控軌道周邊，並連結外部氣象、水文、交通機具等即時查詢資訊，提供防颱、落石、地震等災後回報與查檢功能。
軌道運輸首重旅客安全，考量高鐵車站人潮聚集，易成恐怖份子犯案地點，高鐵因應日漸升高的暴力犯罪問題，為提升安全監控系統，正與中科院合作進行實驗計畫，運用智慧影像分析技術對進出站旅客做臉部表情辨識，或就旅客之異常滯留或奔跑、留置物品等即時分析是否潛藏犯罪行為，透過網路傳輸予警政單位事先加以防範。台北捷運也正著手透過網通技術，將高運量車廂內的即時影像直接傳送至行控中心，而無須再經由車內司機員得知現場情形。
在智慧聯網之下，傳輸的穩定性將愈形重要，高鐵目前已計劃在沿線原有的光纖、漏波電纜等骨幹網路之下，持續更新系統元件，以及增加4G無線網路的應用，未來可透過4G通訊進行即時告警影像傳輸。
另外，高鐵新設的苗栗、彰化、雲林等三站，已把車站與設備等所有系統資訊轉為數位影像，並將建築資訊模型（BIM）技術與維修管理系統（MMS）整合，從設計規劃、施工、完工至交付營運單位，全部予以圖像化，藉此建立維修管理資料庫，監測設備何時該汰舊換新，甚至與備品採購及會計登帳做到同步更新。
綜觀上述，可以了解安全是軌道運輸一致重視的核心議題，但要達成完整、完善的智慧軌道運輸系統，背後需要許多尚待耕耘的技術與應用設備環環相扣。從張辰秋所談的4G通訊平台、備援系統，到鍾維力分享的智慧影像分析、App旅客服務，以及蘇瑞文提出將監視攝影機即時傳輸至行控中心等，這些都要結合無線通訊基地台的建置，更高解析度的影像畫質，以及透過感測器收集資料做大數據運算，最後產生足夠的安全參數以完備智慧分析技術。捷運及高鐵在系統的軟硬體方面已擁有先進技術，而軌道運輸納在智慧城市底下，旅客的安全與服務將備受重視，成為可發展的重點商機。
無人駕駛已經不是問題，重點是人在其中所扮演的角色，作為智慧城市裡的重要應用，軌道與人的生活緊密聯繫在一起，將社區、出遊、購物、通勤通通打包;物聯網串聯的不僅是物與物，還有人與人之間的關係。軌道運輸系統因為新科技的注入而產生智慧，唯有持續開發感測器、智慧分析技術、大數據及後端整合平台，實際應用在軌道運輸系統上，可靠度與穩定度都安全無虞，業主才會真正有感，逐步實踐更安全、舒適、便利的智慧軌道運輸服務。