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安裝在火車、軌道和車站中，用以防止事故和人為疏失。
透過易於使用的票務入口網站以及在應用程式（App）、火車與車站內導入提供最新旅遊資訊的旅客資訊系統，大幅提升了乘客的使用體驗。此外，越來越多列車也開始提供網路連線服務。
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（ATO）。時至今日，全球已有多條鐵路路線成功導入無人駕駛列車並投入營運。
現今多數鐵路系統已建置數位化系統、現代通訊技術、各類感測器與監控設備。先進技術被廣泛應用於列車控制、關鍵設備監測，以及將資訊傳送至中央控制中心，以提高營運效率並提升安全性。
此外，透過診斷數據的分析，維護與服務單位能及早發現異常，並在不影響列車運作的情況下，妥善規劃維修作業。
鐵道環境相當複雜。如圖 1 所示，整個系統包含列車本體、具備道岔與交叉軌道的鐵路網、號誌系統以及影像監控系統，並與控制中心保持持續通訊，列車的維護與檢修則依據製造商所制定的保養週期，以及列車運作監測數據來進行。
 

加上乘客數量、列車延誤原因、停駛或故障狀況、天氣條件以及能源消耗等資訊，整個鐵道系統其實累積了龐大的數據量。然而，過去這些資料多半僅被分散且局部地分析，缺乏整體性的整合與運用。

人工智慧特別擅長分析大量數據並找出其中的規律，因此鐵道產業被視為非常適合導入 AI 技術的應用領域。透過 AI 與針對鐵道需求所開發的專屬演算法，鐵路業者預期可實現以下目標：

• 透過數位孿生（Digital Twins）的模擬技術，最佳化列車運行流量

• 透過最佳化加速和煞車來節省能源

• 依據實際需求改善資產管理與資源配置

• 基於更先進的監控與感測技術，提高安全性並防止人為錯誤

• 透過更好的客流管理與資訊提供，提升乘客體驗

• 基於對軌道網絡和列車監控數據的分析，實現預測性維護

如圖 2 所示，AI 在鐵道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，並結合票務系統、氣象服務、維修廠、監視攝影機以及設備製造商等多方資訊進行分析。透過比對歷史資料與實際運行狀況，可有效提升列車運行效率與交通流管理；同時，維修單位也能更快速地發現設備磨損或異常徵兆，及早介入處理。
此外，AI 也可應用於列車本身，用於優化監控系統、提升行車安全，甚至實現無人駕駛運行。本文將聚焦於為機車頭或鐵道車輛後裝（retrofit）AI 系統時，供電架構所面臨的複雜挑戰，以及如何支援本地端 AI 資料運算，或將資料預先處理後傳送至中央高效能 AI 電腦進行分析。
類比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客製化。相較之下，多數數位電路則採用標準化輸入電壓，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，則可透過 PCB 上的小型 DC/DC 轉換器產生。這種供電標準化的設計，也讓鐵道設備的後裝升級（retrofit）能夠以少量標準電源方案來實現。
然而，鐵道應用仍面臨列車供電電壓變化幅度極大的挑戰。不僅電壓容許範圍相當寬廣（約為額定電壓的 60%～140%），還可能出現長達 20 ms 的瞬間斷電情況（如圖 3 所示）。

為了降低全球後裝升級（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範圍，同時在安裝方式上也需具備高度彈性。以下範例展示了博大科技（P-Duke）如何透過專為鐵道應用所設計的新產品系列來實現這些需求。

障礙物偵測
對於行車安全以及最終實現無人駕駛運行而言，障礙物偵測至關重要。系統必須能夠辨識人員、動物、車輛或土石滑落等障礙物。為此，列車周圍環境會持續透過攝影機（視訊與熱成像）、雷達以及長距離 LiDAR 進行持續監控。
考量到列車煞車距離相當長，相關系統通常需要具備 1000 公尺或更遠的距離的偵測範圍，並且能在數毫秒內，而非數秒後，即時辨識危險狀況。
這只有將 AI 整合至列車上的系統中才能實現。同時，透過其他列車回傳至中央平台的數據，搭配 AI 伺服器持續分析與優化演算法，系統得以不斷提升，藉由這種方式，每一套系統的物件辨識能力都能持續進化與改善。
LiDAR 系統（光學雷達）會發射短脈衝雷射光，測量反射訊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 產品系列的製造商，正在尋找一套可即插即用（plug-and-play）的解決方案，該方案需適用於所有列車電壓，並可在供電電壓中斷 20ms 的情況下維持系統運作。系統本身的輸入電壓範圍為 9V～36V，功率需求則為 15W 或 35W。
如圖 4 所示，P-DUKE 的 URCD 與 URED 系列產品已被選用於此應用：

它們涵蓋了 14 – 160V 的完整輸入電壓範圍，並提供 3.3 至 24V 的輸出電壓，功率等級有 10W、20W 和 40W。憑藉 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 導軌安裝選項和快插端子連接器（pushpin 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，安裝於列車底部的系統已能在列車行進間進行 3D 測量，並將數據傳送至控制中心，再透過 AI 進一步分析，以用於安全監控、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，並以標準 24V 工業匯流排供電。這些系統會安裝於公鐵兩用工程車（hi-rail truck）或檢測列車上，因此必須能同時支援列車供電電壓以及 24V 卡車電池供電（如圖 5 所示）。
由於設備需安裝於各式不同的車輛與列車底部，加上整體數量相對較少，因此需要一套易於安裝的解決方案。考量到此應用的距離較短、所需功率較低，因此 10W 的 P-DUKE URCD10U 轉換器成為理想選擇，且可依需求採用 DIN Rail 導軌安裝或壁掛式安裝方式。

軌道監控系統

軌道監控系統已存在數十年，其目的在於確保兩列列車不會同時佔用同一軌道區段。道床中的應答器（Transmitters）會自動限制最大速度，或將目前位置傳送給列車駕駛和控制中心。如果駕駛失去工作能力或毫無反應，失能開關（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、煞車狀態，以及軸承與車軸溫度等資訊。

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演算法，然而，隨之而來的是需要收集並傳輸更多資料，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 的堅固型嵌入式電腦，並且使用了輸入範圍為 9V–36V、18V–75V 或 43–160V 的電源系列，具體取決於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週期內進行。因此，所有系統若能使用單一型號的電源，將意味著後勤補給工作會大幅減輕。P-Duke 憑藉 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 的列車電壓範圍，還能在相同的機殼尺寸中提供 40W 的輸出功率。

以上只是鐵道生態系統中部分現代化系統的例子，這些系統的功能皆可透過 AI 的導入進一步提升。透過現代感測技術與適當的分析軟體，列車、軌道、平交道、號誌系統、轉轍器、隧道、調車場以及月台等設施都能被全面自動化監測。藉由 AI 的協助，來自數千個設備所產生的數百萬筆數據點，可以被用來優化各系統中的演算法，進而提升對障礙物、危險情況或設備磨損跡象的辨識能力。
再結合氣象數據、訂票系統資訊、實際乘客流量、實際行車時間，以及維修保養結果等資料，將有助於達成更高的安全性、更好的顧客滿意度，以及更進一步的自動化營運目標。

為了實現上述目標，列車所需的系統升級必須採用統一且易於安裝的解決方案，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台，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，且易於安裝。