全自動駕駛技術分類及系統設備等配置要點

肖培龍

(中鐵電化局設計研究院，北京 100036)

全自動駕駛技術分類及系統設備等配置要點

肖培龍

(中鐵電化局設計研究院，北京 100036)

ATO自動駕駛技術可以細分為DTO、STO、UTO（FAO）3類，簡單介紹自動駕駛的分類以及UTO

全自動駕駛；分類；設備配置

全自動駕駛技術目前已在全國各地地鐵領域逐漸推廣使用，北京、上海、廣州、深圳等城市已有一些使用應用經驗，一些新建地鐵城市也都在試用全自動無人自動駕駛技術。

全自動駕駛技術與目前常規的ATO自動駕駛技術又有哪些區別？全自動駕駛線路車輛段設備等配置又有哪些特殊要求？下面就目前國內全自動駕駛技術做一簡單介紹，以供大家參考。

1 全自動駕駛技術分類

列車自動運行控制系統（Automatic Train Operation，ATO），主要用于實現“地對車控制”，即用地面信息實現對列車驅動、制動的控制，列車運行安全由列車運行自動防護系統（Automatic Train Protection，ATP）來保障。由于使用ATO子系統后，可以使列車經常處于最佳運行狀態，避免了不必要的、過于劇烈的加速和減速，因此，明顯提高旅客的乘車舒適度和列車準點率，減少輪軌磨損，與列車的再生制動相配合，可以節省電能的消耗。

1.1 ATO主要功能

列車區間運行自動控制（包括區間停車后再啟動），完成列車的牽引、巡航、惰行和制動的控制，以較高的速度實現列車的追蹤運行，確保列車達到設計運行間隔和旅行速度。

車站站臺定點停車控制，精度停車誤差應不大于±0.5 m。

車站通過（跳停）控制。

司機監督下的自動折返控制及自動折返時列車兩端的車載設備自動轉換控制。

車門開、關的監督控制，只有車門均已關閉后，才允許列車啟動。

根據不同的條件選擇最佳運行工況，確保列車按運行圖運行，達到列車運行的自動調整和節能控制。

實現與ATS、ATP子系統的接口及信息交換。

1.2 ATO自動駕駛的分類

ATO自動駕駛可以細分為3類：STO、DTO、UTO（FAO）。

1）有司機監控自動駕駛模式STO

STO（Semi-Automatic Train Operation）方式是指列車按控制中心給定的指令自動運行、到站自動停穩并對準站臺門后，自動打開車門，但關閉車門和啟動列車發車運行的操作還需由司機人工確認和完成，是司機在監控列車自動運行，一旦遇突發事件，司機直接控制列車運行。

這是目前國內普遍采用的一種駕駛模式，在北京、上海、廣州等城市軌道交通運營線路普遍運用，其技術已經相當成熟，并具有完善實用的應用和管理規程，滿足當前在建地鐵運營的要求。

2）無司機有人監視自動駕駛模式DTO

DTO（Driverless Train Operation）方式是指包括開關車門、啟動列車發車在內的所有駕駛操作均由系統按控制中心指令自動完成，列車監視人員只對列車設備狀況和列車運行前方環境實施監視，對設備故障和意外情況進行即時處理，不直接參與正常的列車運行控制。

目前，國內已有采用DTO駕駛模式的線路，其駕駛模式中，列車功能都是自動的。ATS根據運行時刻表在固定時間喚醒車載設備，并按ATS指令進入正線運營，其運營時間內一切功能無需司機介入（包括運營完畢后列車返回車輛綜合基地自動休眠）。但需有人監控旅客上、下等情況。

3）完全無人自動駕駛模式UTO

UTO（Unattended Train Operation）或稱FAO（Fully Automatic Operation）, 真正實現完全無人自動駕駛，實現區間的列車停車后的自動啟動及自動運行、車站定點停車、車站自動開關車門、無人駕駛自動折返、車站停車到時自動發車、自動進庫休眠、自動按時叫醒、自檢發現故障自動上報及按時刻表由車庫自動出發等。同時對列車設備狀態進行檢測，對列車各系統進行自動診斷，將列車設備狀況信息及故障報警信息傳送到控制中心，對各種故障和意外情況需要詳細分類，并做出對應的處置預案。

目前，北京燕房線、上海10號線均采用全無人自動駕駛技術，車輛不設駕駛室（隱藏駕駛臺，應急時可以打開，簡單操控列車），也不設專職駕駛人員，車輛完全由計算機控制按時刻表自動運行。

2 全自動駕駛車輛段線路配置要求

全自動駕駛線路要求做到全封閉，按無人自動駕駛區進行隔離，以防閑雜人員、家畜、外來物等侵入自動運行線路，造成不必要的傷害事故。

全自動駕駛車輛基地是將正線對列車的運營控制權由車站延伸至車輛基地的自動駕駛區域，不僅需要滿足車輛基地常規所具備的列車停放、整備、清潔、檢測、定期檢修、調試等功能，還要具備自動“喚醒”待班列車，啟動列車并運行至正線。全自動駕駛車輛段應有別于有人駕駛車輛段，也要按無人自動駕駛區、有人工作區進行隔離，在兩區結合部設置轉換軌，利用轉換軌區段進行駕駛模式轉換和人工駕駛權力交接。需要人工干預的或人工檢修作業的庫線一般都設在無人區之外，以保障維修人員的人身安全。無人區盡量集中設置，轉換軌也應盡量少設，便于系統配置和管理，且節省工程投資。傳統設置的有人駕駛車輛段出入口處的轉換軌，在全無人自動駕駛車輛段可以不設，改設在有人/無人分界點結合部。

無人自動駕駛停車庫線、洗車線、牽出線、折返線等應考慮足夠的自動駕駛時的安全保護距離，以防制動失效時車輛的安全。當庫線需停靠兩列車輛時，兩列車的中間也要留足安全保護距離。

洗車庫線可以設置成全自動洗車線，納入無人駕駛區。也可以設置成半自動洗車線或人工洗車線，納入有人駕駛區。具體配置視各線要求及工程投資來定。

無人自動駕駛停車庫線若存在庫門，則應納入信號聯鎖，防止庫門的隨意開啟影響到車輛的行駛安全。

3 車輛等系統配套要求

全自動駕駛車輛要按無人駕駛設計，取消駕駛室，隱藏簡易駕駛臺，增設線路障礙物檢測、列車休眠、列車喚醒、綜合自檢、自動重啟、列車蠕動、列車工況模式自動轉換、遠程操控、列車自動洗車（可選）等功能。每節車需配置視頻監控攝像機、煙感火災報警器、乘客運程對講機、自動廣播、緊急停車按鈕、旅客信息顯示屏等。火災煙感報警器與視頻監控系統聯動，遇火災突發情況，在控制中心自動報警并彈出該車廂畫面，中心值班人員可以通過廣播指導乘客使用運程對講機進行溝通，了解車內的具體情況，根據實時工況確定具體處理措施。車內緊急按鈕也要與視頻監控系統聯動，一旦有人按壓（平常禁止隨便亂動），則在控制中心自動彈出該車廂畫面，中心值班人員通過監視判斷確定是否立即停車處理。在香港、新加坡地鐵，車內緊急按鈕是直接接入車載信號ATP控制系統，一旦有人按壓則立即停車。我國由于怕人們好奇亂按此按鈕，則在規范中要求區間不停車至前方車站停車處理，防止區間救援困難。筆者認為，無人自動駕駛線路應視線路區間的長短、救援設施逃生通道等的配置、應急救援方案措施等來確定，不能千篇一律地規定都要在前方車站停靠。目前市郊線路、機場線路等有很長站間距的區間，若真的發生火災，再到很遠的前方車站停車處理，恐怕又要出韓國大邱地鐵的慘劇了。

自動駕駛線路行車區域必須全部封閉，主要是目前列車在障礙物自動探測和自動識別技術上還不是非常安全可靠，還需采取被動檢測技術。在車輛頭部下端設置壓力傳感器，當遇障礙物碰撞時，被動檢測到障礙物的存在，并接入信號控制系統被動停車。

全線各站站臺端門必須設門禁，一般人員在列車運行期間嚴禁進入軌行區，停運期間也要經申請登記同意后方能進入，出軌行區后要消點登記，經行車調度確認后才能投入運營。特殊情況下，工作人員需要在白天正常運營時段內進入全自動運行區域，必須向調度人員申請，取得同意后，封鎖相應的防護區域，禁止排列出入該區域的列車、調車進路，禁止該區域內的列車移動，并通知門禁系統開啟相應的通道大門，工作人員才可持卡進場工作。

當夜間線路安排工程施工或維護后，第二天運營前要安排有司機監控跟車的頭班車探路，防止線路上有施工遺撒物品，影響行車安全。

無人自動駕駛線路要配套旅客逃生通道，遇火災等突發事件，可以利用逃生通道緊急疏散乘客。在啟用區間緊急疏散模式時，供電系統應切斷該故障車區域三軌供電及雙線隧道鄰線的三軌供電，防止乘客在線路上亂跑，一是防觸電，二是防鄰線來車造成次生災難。逃生通道要配備應急照明、自動廣播及逃生指示標識，用以引導、指示乘客有序疏散。

車輛在區間因故停車超時（時間可設定），通風空調系統應能迅速切換到事故通風模式，火災時能迅速排除煙氣、引導乘客向安全區疏散。

4 信號系統配置要求

全自動駕駛線路信號系統要按高可靠、多冗余配置，要具備列車間隔控制、超速防護、車門/站臺門監控、自動開關車門/站臺門、支持不同駕駛模式下列車自動控制/自動轉換、列車自動定位、測速、后溜防護、零速檢測、列車非正常移動的檢測并實施緊急制動防護、車輛障礙物檢測/脫軌檢測系統接入控制、蠕動模式控制、EB緊急制動緩解、列車自動休眠、自動換醒、綜合自檢、自動洗車、自動出發、列車輪徑自動校正、車載設備遠程復位、自動對位停車、自動扣車、自動跳停、車門和站臺門故障隔離、自動折返、檢修人員保護開關等一系列功能。

遇突發事件，車廂內乘客按壓緊急按鈕時，信號系統可以提供立即停車、切斷車輛牽引電源讓車輛惰行、不理睬到前方車站停車或由控制中心調度值班人員直接干預停車等多種模式，供運營部門決策，在設計聯絡階段最終確定具體控制方案。

全自動駕駛車輛段信號系統要按列車進路，配備與正線信號系統一致的信號設備，在全自動駕駛與有人駕駛轉換軌區設信號模式轉換設備，在地面設自動出發按鈕，供車輛進入自動駕駛區前由司機按壓，車輛則自動駕駛進入無人區。車輛段內無人自動駕駛區一般不設調車信號機，考慮特殊情況，需在無人區進行調車作業時可以簡單配置調車信號，調車作業需納入控制中心計劃運行圖管理，不得強行作業，以免打亂正常行車秩序。進入無人自動駕駛區進行有人駕駛調車作業，必須有配套完善的規章管理制度約束。有人作業區一般僅設調車信號，特殊情況也可以特設列車信號。

5 結語

全自動駕駛技術在我國起步較晚，相應規章制度和技術措施尚在研究制定過程中，有一些技術細節（如按壓車廂內緊急按鈕的處理等）還有待于進一步研究處理。希望通過此文能夠引起大家共鳴，共同研究，早日確定相關技術政策，規范全無人自動駕駛設計和應用。

[1]國外全自動駕駛談判資料[Z].

[2]首都機場線有關設計文件[Z].

ATO technology can be classifi ed into Driverless Train Operation (DTO), Semi-automatic Train Operation (STO) and Unattended Train Operation (UTO). This paper simply introduces the classifi cation of the ATO, as well as key confi guration points of UTO system equipment, for providing reference for the design of fully automatic operation (FAO).

Fully Automatic Operation (FAO); classifi cation; equipment confi guration

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.013

2016-10-08）

模式系統設備配置要點，供全無人自動駕駛設計時參考。