城市軌道交通全自動運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)用研究

謝正媛　李月

摘要：近年來全自動運(yùn)行地鐵在全球軌道交通領(lǐng)域日漸升溫，國內(nèi)外城市都已引入無人駕駛地鐵，目前運(yùn)行情況良好。本文從信號系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)、車輛段配置等幾個(gè)方面對全自動駕駛系統(tǒng)的主要技術(shù)原則進(jìn)行分析，總結(jié)全自動駕駛系統(tǒng)與常規(guī)軌道交通的區(qū)別，提出全自動系統(tǒng)的作業(yè)人員增減建議。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；全自動運(yùn)行；崗位設(shè)計(jì)

中圖分類號：U239.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0053-02

1 全自動運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)用

截止2016年7月，全球已建成6條無人自動駕駛的軌道交通線路，共789km。上海地鐵10號線于2010年開通，目前由DTO模式逐步向UTO模式過渡；北京地鐵燕房線于2017年12月開通，是我國首條自主研發(fā)的全自動運(yùn)行線路。國際公共交通協(xié)會（UITP）預(yù)測，全自動運(yùn)行在今后將會有一個(gè)巨大的增長，2020年全球?qū)⒂?079公里的地鐵線路采用全自動運(yùn)行方式，75%新線將采用FAO技術(shù)，40%的既有線改造時(shí)將采用FAO技術(shù)。

2 全自動駕駛系統(tǒng)的主要技術(shù)原則

2.1 全自動運(yùn)行系統(tǒng)信號系統(tǒng)新增功能

正線信號系統(tǒng)具備全自動運(yùn)行功能，具備休眠、喚醒、自動進(jìn)出段/場、自動進(jìn)站停車、自動開關(guān)門、自動發(fā)車、自動折返等自動控制功能。ATS具有調(diào)度自動化功能，ATS能根據(jù)預(yù)定的故障運(yùn)行模式，自動推送多種變通進(jìn)路或運(yùn)行交路，經(jīng)人工確認(rèn)自動控制列車自動運(yùn)行。此外，還能實(shí)現(xiàn)列車到站過沖或欠標(biāo)下的自動對位調(diào)整功能。在車輛網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，或車輛與車載信號設(shè)備通信故障時(shí)，增加蠕動駕駛（CAM）模式應(yīng)急運(yùn)行。

車場信號系統(tǒng)采用與正線一致的基于無線通信的移動閉塞ATC系統(tǒng)，支持車場自動化區(qū)內(nèi)GOA4自動化等級下的列車全自動運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)車、自動洗車等功能。

2.2 全自動運(yùn)行系統(tǒng)車輛新增功能

全自動運(yùn)行系統(tǒng)將駕駛模式由STO升級為FAO，原本司機(jī)做的事情全部轉(zhuǎn)移到OCC（運(yùn)營控制中心）來進(jìn)行，因此針對全自動駕駛模式，考慮在車輛設(shè)備故障后能夠遠(yuǎn)程控制或自動降級。車輛可實(shí)現(xiàn)自動喚醒、自檢、自動休眠等功能，列車將相關(guān)狀態(tài)、故障等信息實(shí)時(shí)傳輸給OCC，以便OCC了解列車信息，為列車排查故障及應(yīng)急反應(yīng)提供依據(jù)。列車前端和末尾配有機(jī)械障礙物探測裝置，這種壓力敏感裝置可探測列車兩端的障礙物。一旦探測到障礙物，會立即觸發(fā)緊急制動，同時(shí)將信息通過TCMS發(fā)送至OCC。

2.3 全自動運(yùn)行系統(tǒng)車輛段配置

全自動無人駕駛地鐵車輛段分為有人駕駛區(qū)和無人駕駛區(qū)。其中，無人駕駛區(qū)包括運(yùn)用庫及出入段線和咽喉區(qū)、轉(zhuǎn)換軌、牽出線、試車線、洗車線等相關(guān)區(qū)域；有人駕駛區(qū)包括大架修線、定/臨修線、鏇輪線、吹掃線、靜調(diào)線、內(nèi)燃機(jī)車線、特種車輛存放線、平板車停放線、材料線、檢修牽出線、存車線等。在人工駕駛區(qū)域設(shè)置有人/無人轉(zhuǎn)換牽出線，進(jìn)而減少調(diào)車作業(yè)干擾，提高車輛的運(yùn)行效率。整個(gè)車輛段納入中央ATS系統(tǒng)監(jiān)控，車輛段內(nèi)設(shè)車站級ATS工作站。正常情況下，全自動運(yùn)行區(qū)域由控制中心“車場調(diào)度/計(jì)劃員”工作站控制，非自動運(yùn)行區(qū)域由停車場控制室ATS終端控制。

無人駕駛區(qū)可以完成列車自動出入車輛段/停車場，及休眠、喚醒和自動洗車等功能。為了保證檢修安全，嚴(yán)格控制人員進(jìn)入停車列檢區(qū)。因此，停車列檢區(qū)域需要劃分成多個(gè)防護(hù)分區(qū)，通常按2～4股道設(shè)置為1個(gè)防護(hù)分區(qū)，各防護(hù)分區(qū)入口設(shè)置門禁，當(dāng)門禁被激活時(shí)，該區(qū)域被封鎖，禁止分區(qū)的列車移動，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。

3 全自動運(yùn)行系統(tǒng)和常規(guī)駕駛系統(tǒng)的主要區(qū)別

3.1 運(yùn)營目標(biāo)

相比于常規(guī)駕駛系統(tǒng)，全自動運(yùn)行系統(tǒng)節(jié)省時(shí)間， 可以有效縮短行車間隔、提高旅行速度，加速車輛周轉(zhuǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上海地鐵10號線采用無人駕駛運(yùn)營，運(yùn)營效率提高8.9%，若遠(yuǎn)期無需隨車人員，按每列車6人配置，每名司機(jī)年使用成本10萬元，每年可減少60萬/列。全自動運(yùn)行系統(tǒng)通過崗位綜合減少定員，有效降低運(yùn)營成本，上海地鐵10號線目前每公里的運(yùn)營人員是37人，較傳統(tǒng)項(xiàng)目的50人/公里有了明顯降低，上海地鐵運(yùn)營提出的目標(biāo)是28人/公里。

3.2 信號系統(tǒng)的差別

全自動運(yùn)行軌道交通正線區(qū)域?yàn)槿詣涌刂茀^(qū)域，納入ATC系統(tǒng)的控制范圍且須實(shí)現(xiàn)列車全自動運(yùn)行功能。與常規(guī)系統(tǒng)相比，正線停車線、車輛段/停車場停車列檢庫增設(shè)精確停車應(yīng)答器，并配置列車在停車線休眠喚醒后的靜止列車定位應(yīng)答器或相關(guān)定位設(shè)備，車載ATC設(shè)備增設(shè)休眠喚醒模塊；全自動駕駛模式下，列車到達(dá)終到站清客，期間車載信號設(shè)備保持車門打開，在進(jìn)行清客確認(rèn)后，系統(tǒng)自動關(guān)閉車門和站臺門，在車站站臺門兩端處和車站控制室IBP盤上增設(shè)關(guān)門按鈕，以實(shí)現(xiàn)清客確認(rèn)和車門關(guān)閉的功能。

車輛段/停車場自動化區(qū)采用完整的ATC系統(tǒng)，對在自動運(yùn)行區(qū)域列車進(jìn)行自動控制，具備ATP/ATO功能，列車在停車列檢庫內(nèi)可實(shí)現(xiàn)精確停車、休眠喚醒、自檢的功能。車輛段需設(shè)ZC區(qū)域控制器設(shè)備、自動化區(qū)增加無線傳輸設(shè)備；此外，信號系統(tǒng)增設(shè)與車輛段洗車機(jī)的接口，以實(shí)現(xiàn)自動洗車功能。非自動化區(qū)為人工作業(yè)區(qū)，設(shè)置調(diào)車信號機(jī)并采用限制人工駕駛模式（RM）或者非限制人工駕駛模式（NRM），ATS子系統(tǒng)對其僅監(jiān)視不控制。車輛段/停車場的自動化區(qū)和非自動化區(qū)的轉(zhuǎn)換在車輛段內(nèi)設(shè)置的轉(zhuǎn)換軌進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.3 運(yùn)營組織差別

常規(guī)駕駛系統(tǒng)控制下，行車調(diào)度員負(fù)責(zé)監(jiān)視列車運(yùn)行狀態(tài)，保證按圖行車，在故障情況下，通過調(diào)度命令指揮司機(jī)及相關(guān)專業(yè)人員處理。而全自動駕駛模式下，控制中心調(diào)度員可以直接遠(yuǎn)程控制列車運(yùn)行，通過遠(yuǎn)程傳輸與列車內(nèi)乘客直接對話。因此，在全自動運(yùn)行模式下，控制中心的調(diào)度功能增強(qiáng)了，車控室的功能削弱了。運(yùn)營管理人員崗位設(shè)置和定員數(shù)量也與傳統(tǒng)軌道交通有區(qū)別。第一，在運(yùn)營控制中心設(shè)主控制中心，在車輛段調(diào)度中心設(shè)后備控制中心，互為冗余。控制中心增加車輛檢修調(diào)度和客運(yùn)調(diào)度員。其中車輛檢修調(diào)度員負(fù)責(zé)車輛檢修計(jì)劃安排和調(diào)度工作。客運(yùn)調(diào)度員主要負(fù)責(zé)車站內(nèi)和列車內(nèi)乘客聯(lián)系，站內(nèi)或車內(nèi)信息廣播等工作。第二，取消正線運(yùn)營司機(jī)，保留車輛段試車司機(jī)和軌道車司機(jī)。

通過以上各方面的分析，全自動駕駛系統(tǒng)技術(shù)做為一個(gè)節(jié)約能源的、高新技術(shù)的、附加值很高的新型產(chǎn)業(yè)，可以為軌道交通提供更舒適、更安全、高效的服務(wù)，進(jìn)一步提升軌道交通安全與效率。

參考文獻(xiàn)

[1]李晶.城軌全自動駕駛信號系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及運(yùn)營場景分析[J].鐵道通信信號，2016，52（02）：48-52.

[2]黃志紅.車輛段/停車場增設(shè)全自動運(yùn)行功能的分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2015（05）：4-6.

[3]徐亮，王曉皎.北京地鐵14號線全自動車輛段設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].都市快軌交通，2017，30（06）：95-98.