火車不僅環保，也是最安全的旅行方式之一。越來越多尖端的安全技術已被應用在列車、軌道和車站中，用以防止事故和人為疏失。

通過易于使用的票務門戶網站，以及在應用程序、列車與車站內導入提供最新出行信息的旅客信息系統，大幅提升了乘客的出行體驗。此外，越來越多的列車也開始提供網絡連接服務。

鐵路應用向來是推動技術進步的重要驅動力。早在 1920 年，人類便首次嘗試實現列車自動運行。時至今日，全球已有多條鐵路網成功導入無人駕駛列車并投入運營。

現今多數鐵路系統已建置數字化系統、現代通信技術、各類傳感器與監控設備。先進技術被廣泛應用于列車控制、關鍵設備監測，以及將信息傳送至中央控制中心，以提高運營效率并提升安全性。

此外，通過診斷數據的分析，維護與服務單位能及早發現異常，并在不影響列車運行的情況下，妥善規劃維修作業。

鐵路環境相當復雜。如圖 1 所示，整個系統包含列車車體、具備道岔與交叉軌道的鐵路網、信號系統以及視頻監控系統，并與控制中心保持持續通信。列車的維護與檢修則依據制造商所制定的保養周期，以及列車運行監測數據來進行。

驅動鐵路 AI 新時代：車載邊緣運算與智慧軌道的電源解決方案

加上乘客數量、列車延誤原因、停運或故障狀況、天氣條件以及能源消耗等信息，整個鐵路系統其實積累了龐大的數據量。然而，過去這些數據多半僅被分散且局部地分析，缺乏整體性的整合與運用。

人工智能特別擅長分析大量數據并找出其中的規律，因此鐵路產業被視為非常適合導入 AI 技術的應用領域。通過 AI 與針對鐵路需求所開發的長周期專屬算法，鐵路運營商預期可實現以下目標：

通過數字孿生（Digital Twins）的模擬技術，優化列車運行流量

通過優化加速和制動來節省能源

依據實際需求改善資產管理與資源配置

基于更先進的監控與傳感技術，提高安全性并防止人為錯誤

通過更好的客流管理與信息提供，提升乘客體驗

基于對軌道網絡和列車監控數據的分析，實現預測性維護

驅動鐵路 AI 新時代：車載邊緣運算與智慧軌道的電源解決方案

如圖 2 所示，AI 在鐵路產業中主要有兩大應用領域。其一，是整合列車與軌道端系統的數據，并結合票務系統、氣象服務、維修廠、監控攝像頭以及設備制造商等多方信息進行分析。通過比對歷史數據與實際運行狀況，可有效提升列車運行效率與交通流管理；同時，運維單位也能更快速地發現設備磨損或異常征兆，及早介入處理。

此外，AI 也可應用于列車本身，用于優化監控系統、提升行車安全，甚至實現無人駕駛運行。本文將聚焦于為機車頭或鐵路車輛后裝（retrofit） AI 系統時，供電架構所面臨的復雜挑戰，以及如何支持本地端（邊緣端） AI 數據運算，或將數據預處理后傳送至中央高性能 AI 電腦進行分析。

模擬電路通常需要多種不同的供電電壓，且電源設計必須依照設備需求進行定制。相比之下，多數數字電路則采用標準化輸入電壓，例如 3.3V、5V、12V，或工業應用常見的 24V；而系統內部所需的其他電壓，則可通過 PCB 上的小型 DC/DC 轉換器產生。這種供電標準化的設計，也讓鐵路設備的后裝升級能夠以少量標準電源方案來實現。

然而，鐵路應用仍面臨列車供電電壓變化幅度極大的挑戰。不僅電壓容許范圍相當寬廣（約為額定電壓的 60%～140%），還可能出現長達 20 ms 的瞬時斷電情況（如圖 3 所示）。

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為了降低全球后裝升級（retrofit）所需的不同設備型號數量，電源供應器應能涵蓋整個輸入電壓范圍，同時在安裝方式上也需具備高度彈性。以下示例展示了博大科技（P-DUKE）如何通過專為鐵路應用所設計的新產品系列來實現這些需求。

障礙物檢測

對于行車安全以及最終實現無人駕駛運行而言，障礙物檢測至關重要。系統必須能夠識別人員、動物、車輛或土石滑落等障礙物。為此，列車周圍環境會通過攝像頭（視頻與熱成像）、雷達以及長距離 LiDAR 進行持續監控。

考慮到列車制動距離相當長，相關系統通常需要具備 1000 米或更遠的檢測范圍，并且能在數毫秒內（而非數秒后）實時識別危險狀況。

這只有將 AI 整合至列車上的系統中才能實現。同時，通過其他列車回傳至中央平臺的數據，搭配 AI 服務器持續分析與優化算法，系統得以不斷提升。通過這種方式，每一套系統的目標識別能力都能持續進化與改善。

LiDAR 系統（激光雷達）會發射短脈沖激光，測量反射信號的飛行時間和角度，計算出物體的距離與位置。某家長距離 LiDAR 產品系列的制造商，正在尋找一套可即插即用（plug-and-play）的解決方案，該方案需適用于所有列車電壓，并可在供電電壓中斷 20ms 的情況下維持系統運行。系統本身的輸入電壓范圍為 9V～36V，功率需求則為 15W 或 35W。

如圖 4 所示，P-DUKE 的 URCD 與 URED 系列產品已被選用于此應用：

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它們涵蓋了 14 – 160V 的完整輸入電壓范圍，并提供 3.3 至 24V 的輸出電壓，功率等級有 10W、20W 和 40W。憑借 20ms 的維持時間（hold-up time）、EMI 濾波器和保護電路，無需外接任何元件。其 DIN 導軌安裝選項和直插式端子連接器（push-in connectors），使設備能在數分鐘內快速安裝至機架中。

軌道控制

您是否還記得過去需要由工作人員沿著鐵軌步行，檢查軌道與道床狀況的方式？這是一項相當危險的工作，且過去經常因此發生事故。如今，安裝于列車底部的系統已能在列車行進間進行 3D 測量，并將數據傳送至控制中心，再通過 AI 進一步分析，以用于安全監控、維護管理以及維修規劃。

在此應用中，客戶希望使用一套原本為嚴苛工業環境所設計的雷達系統，并以標準 24V 工業總線供電。這些系統會安裝于公鐵兩用工程車（hi-rail truck）或檢測列車上，因此必須能同時支持列車供電電壓以及 24V 卡車電池供電（如圖 5 所示）。

由于設備需安裝于各式不同的車輛與列車底部，加上整體數量相對較少，因此需要一套易于安裝的解決方案。考慮到此應用傳輸距離較短、所需功率較低，因此 10W 的 P-DUKE URCD10U 轉換器成為理想選擇，且可依需求采用 DIN 導軌安裝或壁掛式安裝方式。

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軌道監控系統

軌道監控系統已存在數十年，其目的在于確保兩列列車不會同時占用同一軌道區段。道床中的應答器（Transponders/Transmitters）會自動限制最大速度，或將當前位置傳送給列車司機和控制中心。如果司機失去工作能力或毫無反應，警惕裝置/無人警惕回路（Dead man circuits）會自動使列車停止。

現代系統則可執行更多功能，例如計算列車軸數，或收集與安全相關的數據，如轉向架振動、制動狀態，以及軸承與車軸溫度等信息。

這同樣產生了豐富的數據，這些數據也非常適合進行 AI 分析，以改善列車系統中的算法。然而，隨之而來的是需要收集并傳輸更多數據，因此也必須對既有系統進行升級與改造（retrofit）。傳統系統使用的是 12V/30W 的加固型嵌入式電腦，并且使用了輸入范圍為 9V–36V、18V–75V 或 43–160V 的電源系列，具體取決于其最初安裝的列車類型。

然而，對不同列車的改裝必須在各自的檢修周期內進行。因此，所有系統若能使用單一型號的電源，將意味著后勤補給工作會大幅減輕。P-DUKE 憑借 URED40U 系列再次提供了合適的解決方案，該系列不僅可涵蓋 14 – 160V 的列車電壓范圍，還能在相同的機殼尺寸中提供 40W 的輸出功率。

以上只是鐵路生態系統中部分現代化系統的例子，這些系統的功能皆可通過 AI 的導入進一步提升。通過現代傳感技術與適當的分析軟件，列車、軌道、平交道口、信號系統、轉轍機、隧道、編組場以及站臺等設施都能被全面自動化監測。借由 AI 的協助，來自數千個設備所產生的數百萬條數據點，可以被用來優化各系統中的算法，進而提升對障礙物、危險情況或設備磨損跡象的識別能力。

再結合氣象數據、訂票系統信息、實際乘客流量、實際行車時間，以及維修保養結果等數據，將有助于達成更高的安全性、更好的客戶滿意度，以及更進一步的自動化運營目標。

為了實現上述目標，列車所需的系統升級必須采用統一且易于安裝的解決方案，尤其是在電源供應方面更是如此。P-DUKE 提供了一個絕佳的平臺，它涵蓋了所有列車輸入電壓，提供多種標準輸出電壓，通過了鐵路標準認證，無需外接元件，且易于安裝。