全自動無人駕駛模式下對通信系統的需求分析

李蘇雯，王 浩

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

軌道交通信息系統

全自動無人駕駛模式下對通信系統的需求分析

李蘇雯，王 浩

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

為達到車輛全自動無人駕駛的目的，軌道交通通信系統在既有接口功能的基礎上，針對使用場景重新進行需求分析，優化了與車載設備、地面相關系統的接口功能和實施方案，滿足全自動無人駕駛的運營指揮需求，并提供了應急故障情況下的通信及監控手段。

全自動無人駕駛；通信系統；需求分析

軌道交通的全自動無人駕駛是指在沒有司乘人員參與的情況下，車輛經由線路控制中心的統一控制指揮，實現全自動運營，并且在故障情況下能夠自動恢復等。

全自動駕駛系統與傳統駕駛系統的功能變化主要體現在車輛、信號、通信、綜合監控等核心子系統要求的改變，以及車輛段管理、行車組織的轉變。因此需要各系統在原有功能實現的基礎上，增強與車輛及地面系統的接口功能及其可用性和穩定性。

本文以通信系統為例，分析了在全自動無人駕駛模式下對通信技術的需求。

1 通信系統支持的全自動無人駕駛操作場景

1.1 車輛遠程上電

車輛運營前，調度人員通過地面廣播、閉路電視監控系統（CCTV）對無人庫內的情況進行確認，在環境安全的情況下由調度人員執行遠程送電。

1.2 軋道車運營

軋道車（首車輛）在正線運營的第一圈，不停站不開門，經過站臺時，通過通信系統站臺廣播告知站內人員本次車輛不停車。

1.3 車輛進站停車

車輛進站時通過行車綜合自動化系統（TIAS）與廣播的接口，將自動發出到站廣播信息；停車位置過標不允許退行調整時，需調度人員經由車內廣播、站臺廣播告知旅客注意，并通知司機上車排除故障。

1.4 站臺發車

正常情況下，車輛發車時車載系統將觸發發車廣播，車載乘客信息系統（PIS）顯示屏也將切換下一站到站信息；如在車輛停站扣車期間，車輛車門和站臺門應重新打開，并將自動觸發站臺廣播，告知旅客和站臺工作人員注意。

1.5 車輛折返換端及清客

車載控制接口開啟乘客廣播，并在車載PIS顯示屏上顯示清客信息，中心調度人員通過車輛CCTV進行車內清客確認；TIAS聯動車站廣播和站臺PIS顯示屏，提示本站清客，站臺乘客請勿上車；如果運營中存在必須折返轉通過進路的情況，通過車站廣播和車輛廣播通知乘客。

1.6 車門故障及再關門控制

TIAS聯動站臺CCTV及車上CCTV人工遠程確認可以關門時，通過車輛監控調度臺下發關門命令。

1.7 列車緊急制動

車輛PIS將緊急手柄拉下報警區域定位后的畫面主動推送給中心調度CCTV監視器；緊急手柄恢復后，中心調度經CCTV確認后由中心車輛或本地司機確認后允許發車。

1.8 發起緊急呼叫

客室內設置緊急呼叫按鈕，當乘客觸發客室內的緊急呼叫按鈕后，可通過其與車載無線電臺的接口，實現乘客與中心調度臺或司機人員的通話。

1.9 車輛異常情況

車輛故障或運營區間內發生意外情況時，中心調度員可實時對車輛或站內、區間進行廣播，起到應急告知疏散乘客的作用；同時中心調度員可通過車內、站臺、區間攝像終端遠程調看圖像，及時了解現場情況，開展救援。

2 對車載通信系統的新增需求

為保證無人駕駛情況下，調度指揮對車輛的正常操控以及應急故障時的救援，車載通信設備需能夠滿足視頻監控、車地無線通信以及車載應急對講等功能需求：

（1）全自動駕駛系統中, 通信系統需要為控制中心調度人員提供運行車輛前方、內部及沿線圖像。

（2）乘客與控制中心的雙向語音通話。

（3）車地無線通信的質量要求更高。

2.1 新增車載應急電話功能

每節車廂都應在車門位置新增車載應急電話，利用集群無線電（TETRA）的通道，通過車載廣播系統與無線通信系統的接口，既可以實現既有線路中心調度員對車輛發起廣播的功能，也可以實現乘客與控制中心調度員或車輛駕駛室控制臺的雙向通信對講功能。

2.2 增強車輛前后方視頻監控功能

由于取消了駕駛室的封閉設置，車頭尾加裝具有紅外夜視功能的視頻監視設備，用于增強對車輛前后方的監視及記錄事故信息，便于日后分析事故原因；車輛故障時，輔助控制中心遠程控制車輛蠕動到待避線、車站。拍攝的圖像將通過車地通信接口上傳控制中心或保存在車輛本地硬盤。

2.3 增強車內視頻監視聯動功能

在全自動駕駛條件下，車輛本身的監控信息及特殊事件的告警信息均通過信號專業進行收集，如門拉手動作、火災報警等。同時車輛收集車內對講電話報警終端位置信息、火災報警位置信息和相關復位信息，通過車輛或車輛集成管理系統（TIMS）的接口觸發PIS車載系統將司機室觸摸屏顯示內容自動切換到相應報警畫面，同時上傳至控制中心顯示。

2.4 車載廣播系統功能增強

無人駕駛情況下，車載廣播通過與TETRA無線系統的接口實現以下3種功能：

（1）行車自動運行駕駛模式（AM）下播放計劃的乘客通知；

（2）人工模式下駕駛員現場廣播；

（3）運行控制中心（OCC）調度員遠程人工廣播。

2.5 通信系統需提高的性能

2.5.1 增強通信車載設備安全性和穩定性

為增強車載PIS、CCTV、TETRA無線設備運行的安全性、穩定性，車載相關設備進行冗余配置，互為熱備份。同時所有設備具備自動檢測和報告，自動開機、關機的功能。并且車地無線實現的PIS 、CCTV 支持兩個頻點的主備冗余。

2.5.2 增強對車載通信設備的狀態監控

中心級綜合監控系統（ISCS）需實現對車載無線、CCTV、 PIS設備的狀態進行監控。車載TETRA、PIS的自檢和故障信息通過擴展與車輛的接口傳送給TIMS，TIMS統一管理車載設備信息并且上報給信號系統，經信號車載設備和車地無線通信傳送給地面ATS，再與車輛其他設備的狀態及故障信息一并告知綜合監控系統進行監控。

3 車輛與車載通信系統的接口實現

通信系統車載設備與車輛接口如圖1所示。

圖1 通信系統車載設備與車輛接口

3.1 車載廣播與TETRA車載電臺的接口

TETRA系統車載臺提供1路RS422串行接口和線音頻接口，采用14芯航空插頭的形式與車載廣播設備對接，實現車輛與通信系統之間的音頻傳輸和車載電臺的狀態信息采集。

3.1.1 中心下發廣播實現流程

廣播由中心調度人員發起，車載臺在接收到調度的廣播開始指令后，發送廣播開始請求給車載廣播系統，車載臺收到車載廣播系統的確認消息后打開廣播音頻，同時回復廣播開始消息給調度系統，至此廣播建立。

同樣廣播結束也由中心調度人員發起，車載臺在接收到廣播結束指令后，發送廣播結束消息給車載廣播系統，同時關閉廣播音頻，調度本次廣播結束。

中心下發廣播流程如圖2所示。

圖2 中心下發廣播流程

3.1.2 乘客緊急呼叫實現流程

緊急呼叫由車載廣播系統發起，車載臺在接收到車載廣播系統的請求開始消息后，將把該消息發送到中心，中心調度員按此提示建立呼叫，車載臺會發送乘客緊急呼叫開始確認消息給車載廣播，同時打開音頻通道，乘客緊急呼叫開始實施。

當呼叫結束后，車載臺接收中心調度員指示，發送緊急呼叫結束消息給車載廣播系統，同時關閉音頻通道。

圖3 乘客緊急呼叫建立流程

乘客緊急呼叫建立流程如圖3所示。

3.2 車輛TIMS與PIS車載設備的接口

車輛TIMS提供1路MVB接口與PIS車載設備對接，實現以下數據交互：

（1）車輛為PIS提供到站及預告信息等；由PIS系統負責在車載顯示終端播放。

（2）由車輛為PIS提供本車統一的時鐘信號。

（3）車輛為PIS提供對講電話報警終端位置信息、通話終端的位置信息、火災報警位置信息和相關復位信息 ；PIS負責實現將司機室觸摸屏顯示內容自動切換到相應報警畫面（全屏顯示），同時上傳至控制中心顯示。

（4）車輛為PIS提供車頭車尾切換信號。

（5）PIS向車輛提供自檢狀態信息及設備故障信息。

（6）PIS預留車輛非安全信息上傳通道。

4 對地面通信系統的新增需求

4.1 增強對行車沿線的視頻監視功能

在線路沿線重要的地點設置視頻監控，作為事故調查的依據。視頻可以通過傳輸通道匯集到鄰近的車站存儲，或再上傳到OCC。

4.2 增加對車輛段CCTV、PA設備聯動控制功能

在車輛段無人區進行車輛出庫、調車作業、自動洗車等操作過程中，車輛段調度員需通過車場內CCTV監視車輛的動作過程，通過ISCS根據ATS提供的車輛運行位置，對車輛段CCTV進行隨車切換聯動。在車輛動作前，需要對現場自動進行廣播提示通過ISCS根據ATS提供的車輛動作信息，對車輛段乘客廣播（PA）系統進行自動播報聯動。

通信系統底面設備與車輛段ISCS接口示意圖如圖4所示。

圖4 通信系統地面設備與車輛段ISCS接口示意圖

4.3 配合車載通信系統功能實現的設備定位

為滿足中心調度員對車輛實況的準確定位，需信號系統為TETRA車載無線電臺、站臺廣播、車載CCTV系統提供本次通信的車次編號等信息。

5 結束語

提高車載CCTV功能后，對車地通信無線通信系統帶寬要求增大，目前車地無線的帶寬受到一定限制，時延較長。為進一步增強車地通信傳輸帶寬和質量，軌道交通領域正在嘗試通過新一代無線通信技術支持PIS車地無線傳輸，其穩定性、可靠性正在試驗過程中，有望推出試行。

責任編輯 陳 蓉

Requirement analysis of Communication System in automatic unmanned driving mode

LI Suwen,WANG Hao
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

In order to achieve the purpose of automatic unmanned driving, based on the existing interface function of Urban Transit Communication System, requirement analysis was made for the usage scenarios. The interface functions and implementation plans associated with the vehicle equipment and other systems were optimized. The Communication System could meet the requirements of operation of automatic unmanned driving, provide communication and monitoring under the conditions of emergency failure.

automatic unmanned driving; Communication System; requirement analysis

U285.211∶TP39

A

1005-8451（2015）07-0057-04

2014-11-29

李蘇雯，助理研究員；王 浩，助理研究員。