全自動駕駛軌道交通綜合監控系統關鍵功能要點研究

李欣，陳洪茹

（1.北京市軌道交通設計研究院有限公司/北京市軌道交通工程技術研究中心，北京100068；2.北京市軌道交通建設管理有限公司，北京100068）

全自動駕駛軌道交通綜合監控系統關鍵功能要點研究

李欣1，陳洪茹2

（1.北京市軌道交通設計研究院有限公司/北京市軌道交通工程技術研究中心，北京100068；2.北京市軌道交通建設管理有限公司，北京100068）

列車全自動駕駛運行代表著軌道交通向著一個新的時代發展，我國為提高自身技術水平，著力于研究實現國產化的全自動駕駛軌道交通建設。綜合監控系統作為軌道交通不可或缺的控制系統，其系統建設關系到全自動駕駛的實現效果。在全自動駕駛模式下，綜合監控系統在原有功能基礎上，需要補充車輛、行車的監控功能，側重乘客服務和行車安全，增加特殊聯動模式，同時提高系統自身的可靠性。在全自動駕駛模式下為調度人員提供多元化集成監控服務，發揮綜合監控系統集成功能優勢。

全自動駕駛；綜合監控系統；功能；調度；車輛檢修；集成；聯動

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.077

1 概述

隨著軌道交通技術的飛速發展，全自動駕駛已成為城市地鐵建設的高端科技產物，其技術實現的優越效果為更多軌道交通項目提供了運營的便利。目前，許多發達國家的城市軌道交通都實現了全自動駕駛，如哥本哈根、巴黎、新加坡以及最新投入運營的迪拜地鐵等。在國內，香港的迪士尼線、上海地鐵10號線、北京地鐵機場線均采用全自動駕駛技術。全自動駕駛已逐漸成為大型城市軌道交通建設發展的一種趨勢。

軌道交通全自動駕駛的意義有以下幾點。

1）進一步提高地鐵控制系統安全性。由于全自動駕駛模式下應急處置難度較大，為了減少故障發生，勢必提高設備的可靠性和應急處置的效率。

2）提高地鐵運營服務質量。全自動駕駛避免了工作人員操作失誤、疲勞、習慣等人為因素對運營的干擾，車輛運行操作時間縮短，準點率提高。

3）為降低運營成本創造條件。成功實現全自動駕駛后，車輛可不需要司機駕駛，在人力資源節約上提供了實現條件。

全自動駕駛技術的實現代表著軌道交通向著一個新的時代發展，我國為推進自主科技發展，著力于研究實現國產化的全自動駕駛軌道交通建設，在北京燕房線進行科研工程實驗。

在國內目前技術現狀下，自主實施軌道交通全自動駕駛工程難度相當大。綜合監控系統作為不可或缺的控制系統，其系統建設關系到全自動駕駛的實現效果，在系統原有功能的基礎上，需要認清全自動駕駛所需要的關鍵功能要點，對需求特點進行分析，剖析與傳統駕駛模式相比系統的突出需求，從而研究綜合監控系統工程建設方案。

2 全自動駕駛系統功能需求

2.1 全自動駕駛車輛功能需求

在全自動駕駛UTO運營等級下，列車的行駛無須跟車工作人員進行操作，對車輛控制系統提出新功能要求。車輛在行駛前能夠自動喚醒，在回庫后能夠自動休眠；在運行期間，車輛還必須具備智能化的故障自檢、自愈功能，在發生故障時能主動通過車輛自身系統進行故障分析，阻斷故障源，啟用備用設備，恢復故障繼續運行；車輛應具有自動對位調整功能，當車輛到站停車出現誤差時，可以自動進行對位調整，辦理上下客作業；車輛應具有對線路障礙物的探測和自行排除障礙物功能，同時必須配備防脫軌設備，保證行車安全；車輛應具備完善的視頻監控系統，使中央控制中心可以隨時掌握車廂內的情況；車廂內需要設置乘客對講電話，發生異常情況時，乘客可以與控制中心直接取得聯系；車輛所有的狀態和報警信息都應能上傳至控制中心，由中心調度代替司機對車輛行駛狀態進行監視，同時對車輛進行緊急控制操作[1]。綜合監控系統需要完成車輛的部分監控功能，滿足中心調度運營使用。

2.2 控制系統及設備可靠性

全自動駕駛技術運用依賴于設備設施的功能。當設備發生故障且無法通過自檢自愈或以故障隔離的方式繼續自動運行時，就只能中斷全自動駕駛模式，改為人工駕駛。在嚴重故障的處理上，比有人駕駛需要耗費更多的時間，效率大大降低。因此，行車控制系統及其他設備控制系統的可靠性保障對無人駕駛至關重要。信號系統和綜合監控系統作為完成全自動駕駛功能的主要控制系統，應具備完善的冗余機制，保證系統有較高的可靠性。

2.3 運營調度集中監控

全自動駕駛系統可以脫離司機進行自動運行，但相比傳統行車監控，控制中心需要掌握更多的運營行車數據和控制權限，中心系統功能需要加強集中監控功能。控制中心的行車監管范圍從正線擴大至車輛場段內，同時增加對車載設備、車載視頻、車載廣播、車載應急電話的狀態集中監管。

2.4 區間事故疏散的處置

在全自動駕駛UTO運行等級下，區間事故疏散的處理要比普通行車處置方式難度高很多。因為車輛上可不配置工作人員，人員從車站趕赴列車迫停地點，需要比較長的時間，這就要求在中心完成一部分的事故處置。控制中心可遠程啟動車輛區間疏散聯動，通過車載視頻了解現場情況，遙控開啟車門，通過車載廣播指導乘客疏散，同時對區間疏散指示燈具、通風系統等救援設備進行聯動控制，保證人員在區間內的安全。車上不配置司機后，事故車輛的區間救援也非常重要，需要將故障車拖出，整個救援過程需要行車控制系統進行特殊控制。

2.5 運營調度變化

全自動駕駛不配置司機后，司機原有的一部分工作轉移給了中心調度，使得調度的工作內容增加，專業分工更趨細化。因此，掌握行車基本知識、具備較強溝通能力與心理疏導能力的乘客調度應運而生。他們不但要時刻監控客流的情況，還要負責接聽列車上乘客的緊急呼叫，直接與乘客通話，幫助乘客解決問題。

全自動駕駛沒有司機現場判斷、處置故障，雖然行車調度員可以遠程進行一部分操作，但如果遇到比較復雜的車輛技術問題時，必須到事故現場處理，勢必會影響運營。所以有必要增設車輛檢修調度為行車提供必要的技術支持，主要負責對車輛運行狀態的監控，解決車輛的技術問題。

2.6 乘務人員素質

采用全自動駕駛以后，司機的工作需要轉移到中心和車站工作人員身上，人員的素質將直接影響到無人駕駛線路運營的安全和質量。與普通行車相比，工作人員應進行更全面、多專業的職業技能培訓，加強綜合業務處理能力，這也對培訓系統提出新的要求，應建立一套完整、全面的綜合培訓系統，可進行行車、供電、機電、車輛等綜合化培訓作業。

3 綜合監控系統建設特點

綜合監控系統的主要目的是用系統化方法以及集成、互聯的方式將變電所綜合自動化系統（PSCADA）、機電設備監控系統（BAS）、信號系統（ATS）防災報警系統（FAS）、門禁系統（ACS）、廣播系統（PA）、閉路電視系統（CCTV）、無線通信系統（TETRA）、安全門控制系統（PSD）、乘客信息系統（PIS）、自動售檢票系統（AFC）等系統聯結為一個有機的整體，納入統一的應用平臺，實現軌道交通各專業系統之間的信息互通、資源共享，提高各系統的協調配合能力，實現系統間的高效聯動。

全自動駕駛功能需求下的綜合監控系統，是以保證全自動駕駛技術的實現，保證線路的正常運營，確保乘客的人身安全，并提高整個線路體系車輛通過能力及防災救援能力為根本目的。應對全自動駕駛系統的功能需求，綜合監控系統作為地鐵內不可或缺的自動化控制系統，其建設應能支撐全自動駕駛功能的實現，提升全自動駕駛的運營水平。

3.1 核心控制策略改變

在全自動駕駛運營要求下，聯動控制方式策略從原先以時間計劃為中心向按照行車指揮的要求進行控制發生轉變，增加了很多根據行車計劃需求進行的聯動控制。綜合監控系統應對全自動駕駛運行不僅需要實現對電力、設備的監控調度功能，還需要增加行車調度控制策略，全面開展行車、電力、機電等集成化監控，為無人駕駛運營提供更安全、可靠的服務。

3.2 集成化能力提高

全自動駕駛系統運營的一大特點在于行車管理的高度集中管理，并要求監控內容的綜合性有所提高，同時擴大控制中心的遠程監控范圍。這就要求綜合監控系統在原有集成方案下，擴展集成范圍，提高監控能力，增加對行車控制、車輛狀態、車載設備、車載語音等方面的功能集成，同時在人機界面上應采用多專業綜合化的可視界面，能為調度提供更便捷的功能應用，這對系統平臺軟件提出了新的要求[2]。

3.3 具有較高可靠性

全自動駕駛系統脫離了人工對正常駕駛車輛的操作，所有的運營行駛都依靠于控制系統，控制系統自身的可靠性尤為重要。在工程建設時，綜合監控系統除具備必要的冗余措施外，對系統接口、終端設備、電源系統、應用軟件等方面也需要采取增強可靠性措施，將故障率降到最低。同時，綜合監控系統還需要提高外圍各專業的聯動協作能力，對行車、電力、機電設備、廣播、視頻監控、乘客信息、防災等系統，在正常模式、故障模式、災害模式、維修模式下，提供可靠的自動化監控服務。

3.4 聯動模式增加

為提高自動化控制水平，綜合監控系統需要根據全自動駕駛行車運營需要，增加更多的自動聯動模式[3]。與普通系統相比，全自動駕駛系統增加了一些特殊運營場景，如早間車輛喚醒出庫、晚間車輛回庫休眠、車輛自動洗車、無人區警戒防護等，這些場景聯動功能的實現需要行車、供電、機電、視頻、廣播等多專業的參與，同時區間救援聯動也是極其重要的。

4 綜合監控系統功能要點研究

4.1 指揮線路運營

4.1.1 指揮車輛的日常運行

全自動駕駛運營模式下，為了實現整個系統的高效運行，實現多專業系統的聯動控制要以行車指揮為核心，綜合監控系統在原有集成互聯方案的基礎上，增加集成信號ATS子系統，實現對行車運營的監控指揮，制定行車運行圖。系統通過相關手段，監視線路、停車區域情況，同時監控相關的供電信息及車站情況信息；根據列車運行的具體情況，在必要時操作線路調度、供電指令、車站設備等工作；在緊急情況下還需保證線路的降級運營；根據日常的列車運營計劃，落實并監控車站等方面的運行計劃，對車輛進行喚醒、休眠等控制。

4.1.2 監視車輛的安全運行

綜合監控系統需要監視每組列車以及保護系統的運行狀態等。綜合監控系統監視車輛駕駛模式的轉換、車輛緊急制動狀態、各種車輛運行報警，系統同時監視車輛在正線停止和啟動狀態、車輛在停車區域的停止和啟動狀態。系統同時監視自動駕駛無人區安全狀態，線路供電狀態，消防防災狀態等安全信息，輔助車輛安全運行。

4.2 確保乘客及周圍人員安全

4.2.1 進行車輛應急疏散門遠程輔助控制

當車輛在區間內發生事故或災害，車輛不能繼續行駛時，需要進行車輛乘客疏散。在全自動駕駛模式下，疏散模式需要調度人員在控制中心通過綜合監控系統對三軌進行停電后，解鎖車輛疏散門或應急門，乘客可在車廂內手動開啟車門。操作員進行遠程斷電控制，需要得到系統高級權限，應在總調或運營高級別負責人監督下進行操作。

4.2.2 對車輛發送應急聯動模式命令

當車輛發生故障或災害時，綜合監控系統能根據故障或災害的嚴重程度，給車輛發送應急模式命令，進行車載視頻、車載廣播、車載PIS、車載疏散設備的模式控制。由于車輛設備和綜合監控系統之間的信息為無線傳輸，為保證模式執行的可靠性，綜合監控系統在控制中心以手動形式進行模式命令控制。

4.2.3 可向車輛乘客發布語音、文字信息

在全自動駕駛模式運營下，控制中心調度要代替司機對車廂內乘客進行語音廣播，綜合監控系統需要增加對車載廣播的監控功能，語音信息可以是預錄制語音或人工語音。綜合監控系統負責車載廣播控制命令下發，人工語音信息從控制中心通過TETRA無線數字集群終端發送到車輛上。

控制中心能對車載PIS進行文字信息發布，在控制中心通過與PIS的接口實現，文字信息通過PIS或信號的車地無限通道發送到車載PIS控制器。

4.2.4 可調取車輛視頻監控畫面

綜合監控系統在原有對車站視頻監控進行調取的功能基礎上，需要增加車載視頻的調取功能，可在控制中心通過與視頻監控系統中心級進行接口互聯完成。此功能的實現需要視頻監控系統擴大監管范圍，將車載視頻信息傳送到地面視頻監控系統中。視頻調取命令可通過PIS或信號的車地無限通道發送到車載視頻監控控制器。

4.2.5 系統需要監視車輛段無人區人員安全

為避免全自動駕駛車輛行駛時，對車下人員造成危害，在車站軌行區和車輛段/停車場劃分為無人區域和有人區域，且采用圍欄進行分隔，配有門禁對進出人員進行管理，車輛在無人區域行駛時可不配司機。當無人區有人進入時，車輛不能辨別行駛是否安全，綜合監控系統需要與無人區門禁進行互聯，接收人員出入信息，同時將信息提供給行車調度和供電調度人員。人員闖入報警與信號、供電系統的連鎖保護建議在現場設備間進行，綜合監控系統對連鎖狀態進行監視。

4.3 增加對車輛狀態監控的功能

4.3.1 對車輛運行信息和故障信息進行監視

車輛不配屬司機后，車輛的行駛狀態參數和故障情況就需要由控制中心調度進行監視。控制中心需要在線監視車輛所有的行駛數據，并重點關注與行車安全直接相關的運行狀態信息和車輛故障信息。車載信息管理系統將車輛數據通過信號車地無線通道發送給綜合監控系統。在控制中心，為了能對車輛狀態進行專業化監控，需要新增車輛檢修調度席位，綜合監控系統在席位上部署需要的功能終端。

4.3.2 對車輛設備進行參數初始化和復位控制

綜合監控系統除對車輛進行狀態監視外，還需要遠程完成一些司機日常的車上操作功能，如根據行車計劃對空調、照明、廣播等設備的初始化操作，這些功能需由控制中心車輛檢修調度完成。同時在車輛行駛過程中，對可遠程復位恢復的故障，綜合監控系統能對車輛信息管理系統下發控制命令。此功能的實現同樣可通過信號車地無線通道進行數據傳輸。

4.4 為全自動駕駛特有調度席位提供功能服務

4.4.1 增加車輛檢修調度的功能服務

根據前文的論述，在控制中心增加了專門負責車輛狀態監控的車輛檢修調度，綜合監控系統在調度席位上配屬相應的工作站終端，實現對車輛狀態的實時監控，便于調度員對列車的故障進行處置。

4.4.2 增加乘客服務調度的功能服務

在緊急或特殊情況下，需要控制中心調度員代替司機與乘客進行交互并監視列車內乘客的狀態。在控制中心增設了乘客服務調度席位，主要負責與乘客的語音通話業務，對車載廣播發布音頻信息，利用車載視頻監控巡視列車內部狀態等職能。綜合監控系統需要在乘客服務調度席位上配置終端設備，為調度員提供完整的監控功能。

4.5 增強系統人機監控界面顯示

綜合監控在原有電力控制基礎上，增加行車指揮的監控功能，對全自動駕駛運營提供更全面、綜合的監控服務，對系統人機界面應進行優化配置和強化，適當打破以專業劃分的圖形界面顯示，將行車監控、電力監控、設備監控界面綜合起來，同時對行車輔助類信息進行延展顯示，做到以行調、電調為統一核心的多專業集成監視，為調度員提供更快捷、更直觀的人機交互，同時提高在突發情況下的應急能力。

5 總結

目前，國內全自動駕駛系統軌道交通工程案例較少，系統建設成熟度較低，尤其是國內自主技術研發，在整個研究和建設過程中都將遇到各種困難和挑戰。無論綜合監控系統采用什么樣的系統建設方案，都應以全自動駕駛的功能需求為基礎研究點，補充車輛、行車的監控功能，側重乘客服務和行車安全，增加特殊聯動模式，同時提高系統自身的可靠性。在全自動駕駛模式下為調度人員提供多元化集成監控服務。

【1】肖衍，蘇立勇.全自動駕駛信號系統功能需求分析[J].鐵道通信信號，2014(12):39-42.

【2】肖衍，蘇立勇.軌道交通全自動駕駛系統集成技術研究[J].中國鐵路，2015(5):39-42.

【3】張艷兵，王道敏，肖衍.城市軌道交通全自動駕駛的發展與思考[J].鐵道運輸與經濟，2015(9):70-74.

Study on the Key Functions of ISCS in Full Automatic Operation Rail Transit

LI Xin1,CHEN Hong-ru2
（1.BeijingRailandTransitDesign&ResearchInstituteCo.Ltd./BeijingRailandTransitEngineeringResearchCenter,Beijing 100068,China; 2.BeijingMTRConstructionAdministrationCorporation,Beijing 100068,China）

Fullautomatictrainoperationmeansrailtransitisenteringanewera.Inordertoimproveour technologicallevel,Chinadivesinto localizingthefullautomaticrailtransitconstruction.Astheindispensablecontrolsysteminrailtransit,ISCSaffectsthefullautomaticoperation. Underthefullautomaticoperationmode,vehicleandvehiclemonitoringfunctionshouldbeaddedtoISCS.Itemphasizespassengerserviceand operation safetybyadding special linkage mode and improving system reliability.Multiple integration monitoring service is provided for the dispatchersunderfullautomaticmodeandtheintegrationcapabilityadvantagesofISCSarerealized.

fullautomaticoperation;ISCS;function;dispatch;rollingstockinspection;integration;linkage

U284.48

A

1007-9467（2016）10-0172-04

2016-09-28

北京市科委，全自動駕駛集成技術研究（D141100000 814003）

李欣（1983～），男，北京人，工程師，從事軌道交通智能化控制系統研究。