鉄道は環境に優しいだけでなく、安全性の高い移動手段の一つでもあります。事故やヒューマンエラーを防ぐため、車両、線路、そして駅には近年ますます高度な安全技術が導入されています。
使いやすいチケット予約ポータルや、アプリ・車内・駅内で最新の運行情報を提供する旅客案内システムにより、顧客体験は大幅に向上しました。さらに、多くの列車でインターネット接続環境も提供されています。
鉄道分野は、常に技術進歩の原動力となってきました。自動列車運転（ATO）の最初の試みは、早くも1920年代に行われました。今日では、世界中の多くの鉄道路線で、すでに

無人運転列車が運行されています。
現在、ほとんどの鉄道システムには、デジタルシステム、最新の通信技術、センサー、および監視技術が導入されています。輸送の流れを最適化し、安全性を向上させるために、列車を制御し、重要なコンポーネントを監視し、中央指令センターへ情報を送信する目的で、最先端技術が使用されています。
診断データは、メンテナンスおよびサービスセンターが異常を早期の段階で検知し、列車運行に影響を与えることなく保守作業をスケジュールするのに役立ちます。
鉄道環境は非常に複雑です。図1に示されているように、このシステムは車両自体、分岐器および交差部を含む線路網、信号システム、そして指令センターと常時通信しているビデオ監視システムから構成されています。
メンテナンスおよび修理は、メーカーによって指定された間隔と、列車から取得される監視データに基づいて行われます。

客数、遅延の原因、運休や故障、気象条件、エネルギー消費といった他の情報と合わせることで、膨大なデータが利用可能となっています。しかし、これらのデータは過去には部分的にしか分析されておらず、全体として統合的に評価されることはありませんでした。
大量のデータを評価し、そこからパターンを見出すことは人工知能（AI）の強みであり、鉄道はその理想的な活用分野と言えます。AIと、各事業者の特定のニーズに合わせて開発された独自のアルゴリズムを活用することで、鉄道事業者は以下の実現を期待しています。

・デジタルツイン（Digital Twins）を用いたシミュレーション技術による列車運行の最適化 
・加速およびブレーキの最適化によるエネルギー削減 
・実際のニーズに即したアセットマネジメント（資産管理）の改善 
・高度な監視・センサー技術に基づく安全性の向上とヒューマンエラーの防止 
・動線管理および情報提供の改善による旅客体験の向上 
・線路網および列車から取得される監視データの分析に基づく予知保全（予測メンテナンス）

図2に示すように、AIには2つの異なる応用領域があります。

一つは、列車および地上設備からのデータを、例えばチケット発券システム、気象サービス、整備工場、ビデオカメラ、メーカーからの情報と組み合わせて分析する領域です。実際のシナリオや運行条件を分析し、過去のデータと比較することで、より円滑な輸送が可能になります。また、サービス会社は摩耗や故障の兆候をより迅速に検知し、早期に対応することができます。
もう一つは、列車上でAIを活用し、監視システムの最適化、安全性の向上、さらには無人運転を実現する領域です。本稿では、通常は機関車や電車に後付け（レトロフィット）される必要があり、ローカルでのAIデータ処理を可能にしたり、中央の高性能AIコンピュータでの解析に向けてデータを準備したりする電源システムの複雑さに焦点を当てます。

アナログ回路では、多くの場合、さまざまな供給電圧と、デバイスに合わせたカスタム電源が必要となります。一方、ほとんどのデジタル回路は、3.3V、5V、12V、または産業用途では24Vといった単一の標準入力電圧で動作します。システム内部で必要となるその他の電圧は、基板（PCB）上の小型DC/DCコンバータによって生成されます。このように供給電圧を標準化することで、少数の標準電源をベースにした後付け（改修）が可能になります。

それにもかかわらず、鉄道アプリケーションは、広範囲な変動許容度（定格電圧の60%～140%）だけでなく、最大20msに及ぶ長時間の瞬時停電（図3を参照）という、大きく変動する列車電圧の課題に直面し続けています。

世界中での後付け改修において異なる電源ユニットの数を減らすため、電源は全電圧範囲に対応して動作する必要があり、また取り付けオプションは可能な限り柔軟であるべきです。以下の例は、P-Duke（ピーデューク）が鉄道アプリケーション向けに設計された新しい製品ファミリーによって、これをどのように実現しているかを示しています。

障害物検知

安全性、そして最終的な自動運転において重要なのは、人、動物、自動車、あるいは土砂崩れなどの障害物の検知です。環境は、カメラ（可視光および熱画像）、レーダー、および長距離LiDAR（ライダー）によって常に監視されています。列車の制動距離が長いことを考慮すると、システムは1000m以上の距離をカバーし、危険な状況を「秒単位」ではなく「ミリ秒単位」で検知する必要があります。

これは、他の列車から中央ハブに送信され、AIサーバーで分析されたデータによってアルゴリズムが常に洗練されるシステムを列車に統合することでのみ可能となります。これにより、個々のシステムの物体検知能力が継続的に向上します。

LiDARシステム（光レーダー）は、短いレーザーパルスを送信し、反射信号の飛行時間と角度を測定して、距離と位置を計算します。ある長距離LiDARファミリーのメーカーは、すべての鉄道電圧から動作し、20msの瞬時停電（保持時間）をバックアップできるプラグアンドプレイのソリューションを探していました。システム自体の入力電圧は9V～36Vで、電力レベルは15Wまたは35Wでした。

このアプリケーションには、図4に示すP-DukeのURCDおよびUREDファミリーが選定されました。

これらは14～160Vの入力電圧範囲全体をカバーし、10W、20W、40Wの電力レベルで、3.3～24Vの出力電圧を提供します。20msの保持時間に加え、EMIフィルタおよび保護回路を内蔵しているため、外付け部品は不要です。DINレール取付オプションとプッシュイン式コネクタにより、ラックへの設置は数分で完了します。

軌道検査（トラックコントロール） 

線路上を歩きながらレールや路盤を点検していた作業員のことを覚えていますか。危険を伴い、しばしば事故にもつながる作業でした。現在では、列車の下部に搭載されたシステムにより、走行しながら三次元測定を行うことが可能になっています。取得されたデータは管制センターへ送信され、安全性の確保や保守・修繕計画の策定のためにAIによる詳細な解析が行われます。

この用途では、ある顧客が、もともと過酷な産業環境向けに設計され、標準的な24V産業用バスで駆動するレーダーシステムの使用を検討していました。このシステムは軌陸車（ハイレール車）や検測用列車に搭載されるため、列車電圧と24Vトラックバッテリーの両方で動作する必要があります（図5参照）。装置はさまざまな車両や列車の下部に取り付けられ、導入数量も比較的少ないことから、容易に設置できるソリューションが求められていました。

また、測定距離が比較的短いため高出力は不要であり、10WコンバータであるURCD10Uが最適なソリューションとなりました。この製品はDINレール取付および壁面取付のいずれにも対応しています。

トラッキングシステム  
2つの列車が同一の区間を同時に占有しないようにするため、トラッキングシステムは数十年前から導入されています。線路内のトランスミッタ（地上子）は、自動的に最高速度を制限したり、現在位置を運転士および指令所に送信したりしていました。また、運転士が意識を失ったり反応しなくなった場合には、デッドマン装置（警醒装置）が自動的に列車を停止させます。

現代のシステムでは、これに加えて、車軸数のカウントや、台車の振動、ブレーキの状態、軸受および車軸の温度といった安全関連データの収集など、さらに多くの機能に対応しています。

これにより、再び大量のデータが生成され、列車内のシステムに組み込まれたアルゴリズムを改善するためのAI分析にも活用することが可能です。しかし、より多くのデータを収集・伝送する必要があるため、システムのアップグレードや後付け（レトロフィット）が求められます。

従来のシステムでは、12V／30Wを必要とする堅牢な組込みコンピュータが使用されており、初期導入時の列車仕様に応じて、9V～36V、18V～75V、または43V～160Vの入力範囲を持つ電源シリーズが採用されていました。

しかし、異なる列車への後付け改修は、それぞれの定期整備期間中に実施する必要があります。そのため、すべてのシステムに共通して使用できる単一の電源があれば、物流および管理の負担を大幅に軽減できます。

P-Dukeは、URED40Uシリーズにより、14V～160Vの鉄道電圧全域で動作するだけでなく、同一の筐体で40Wの出力電力を提供するソリューションを実現しました。

鉄道エコシステムにおけるAIの活用は、ここに挙げたものに限りません。最新のセンサー技術と適切な解析ソフトウェアを組み合わせることで、車両、軌道、踏切、信号システム、分岐器（ポイント）、トンネル、操車場、そして駅のホームに至るまで、完全な自動監視が可能になります。AIは、数千台ものデバイスから収集される何百万ものデータポイントを処理し、各システムのアルゴリズムを向上させることができます。これにより、障害物や危険な状況の検知、摩耗や劣化の兆候の予測（状態監視）などを最適化できます。

さらに、これらのデータに気象情報、乗車券予約システムのデータ、実際の旅客フロー、実際の所要時間、そして保守・修理実績を組み合わせることで、安全性のさらなる向上、顧客満足度の改善、そして自動運転の拡大という目標を達成することができます。

車両に必要なこれらのアップグレードには、特に電源に関して、統一感があり設置が容易なソリューションが求められます。P-Dukeは、鉄道のあらゆる入力電圧をカバーし、多くの標準的な出力電圧を提供する最適なプラットフォームを提供しています。鉄道規格の認証を取得しており、外付け部品を必要とせず、設置も容易です。