軌道交通全自動運行系統對CBTC功能需求的研究

劉華超

【摘 要】本文通過對全自動運行系統新增功能需求的分析，提出在原CBTC系統基礎上采取的應對措施。同時，提出全自動運行系統并非是信號系統一個專業能夠完成需要多專業配合，并需借助完善的運營規則以降低運營安全風險。為我國軌道交通全自動運行技術的推廣應用提供借鑒。

【關鍵詞】全自動運行；CBTC；功能；需求

基于通信的列車運行控制系統即CBTC系統。作為各城市地鐵選用的主流技術，在確保高安全性、高可靠性和高可用性的前提下，為城市軌道交通線網運輸能力提高提供了可能。目前，國外軌道交通的新線建設和舊線改造工程中正推廣全自動運行運載系統，多為支持無人介入駕駛的系統技術。國內已有全自動運行線路實現運營。全自動運行系統可以避免有人介入駕駛情況下，司機突發狀況影響列車安全運行，并在特殊需要下可以晝夜循環運營。全自動運行的信號系統比常規CBTC系統的自動化程度、可靠性要求更高，它可以按最佳模式對列車進行更精確的控制，提高系統運行效率和運營服務質量，降低運營維護成本，代表了軌道交通未來發展方向。

一、全自動運行模式下CBTC新增功能需求分析

（一）高度集中的列車遠程監控功能

因是無人值守，原由司機承擔的部分功能由控制中心替代。UTO系統中控制中心具備對列車的遠程控制功能，包括遠程緊急制動/緩解、車門控制、車載換端、列車空調/電熱參數設置、火災確認、車輛故障復位和遠程旁路、列車照明控制、清客確認等。ATC系統將替代司機承擔的職能，與綜合監控、車輛等系統配合，將車輛各系統自檢及運行狀態、故障情況實時傳送至控制中心，中心集中控制、聯動各子系統協調指揮，對列車運行實施精確有效控制。

（二）車輛段/停車場無人駕駛

當前信號控制系統在正線和車輛段/停車場（以下簡稱段/場）兩個區域采用不同的信號控制制式，正線的CBTC系統能實現一定的自動化運行。段/場相對獨立，依靠人工控制計算機聯鎖系統進行調度管理。列車在出入段/場時需要在轉換軌上停車或減速切換信號控制制式，會降低運行效率。根據段/場內的作業模式和特點，段/場可劃分為全自動控制區域和非全自動控制區域。非全自動控制區域適用于車輛檢查、檢修作業必須依靠專業檢修人員和專用工裝設備，而且作業過程中需要列車移位轉線。

（三）故障/復位控制功能

傳統CBTC系統車載設備故障可實現自動緊急制動，但復位需要司機操作。全自動運行的列車，當車載設備發生故障后，列控系統可對列車自動制動停車，并將故障信息傳至控制中心，由控制中心認定車輛移動權限，復位車載信號設備，控制列車以低速運行方式至指定停車點停車待避，實施故障修復。

二、針對需求采取的應對措施分析

（一）行車綜合自動化系統

全自動運行系統的中心調度控制系統應具備強大的遠程監控和故障處理能力，保證系統在正常或故障運營場景下能聯動控制，以深度集成信號ATS，電力PSCADA和設備BAS等系統的行車綜合自動化系統（TIAS）為基礎，配合以雙向、實時、可靠、大容量的車地通信，將與行車相關信息采集到控制中心，以強化中央調度的遠程監控能力。同時結合信號全程維護監測子系統（MSS）故障檢測報警功能，快速啟動故障應急預案，縮短系統的響應時間，以便對故障列車及時處理。

（二）擴展的系統接口

與原CBTC系統相比，采集與驅動的數據的變化帶來接口的變化。有些內部接口變為外部接口，如ATP/ATO子系統傳輸給ATS系統的信息變為傳輸給TIAS系統，原ATS傳輸給ATP/ATO子系統的信息改為TIAS系統傳輸。ATP/ATO子系統與車輛的接口增加了障礙物探測與脫軌檢測、粘著狀況、空車探測等數據采集，并實時上傳給TIAS系統。同時ATP/ATO子系統實時接收TIAS系統的遠程控制命令，如故障/復位、車門隔離、駕駛室改端和開關車門等信息，并控制列車執行。例如，需退出正線服務回段的列車，TIAS聯動列車和車站廣播提醒車上乘客下車，站臺乘客不能上車。停站未清客完成期間，車載信號設備保持車門打開。清客完成，可以利用車載CCTV模糊控制技術對圖像進行空車檢測。

（三）段/場ATC設備設置

要實現車輛段/停車場的全自動運行，需要在段/場設置與正線相同的信號系統，增加軌旁ATP、CI以及ATS設備，并進行無線覆蓋，由控制中心TIAS系統統一調度管理，完成列車在段/場的運營控制。同時在車場內的需要位置設置固定應答器，實現列車休眠、喚醒、自檢、初始化定位及位置校核等功能，車載信號設備需設置用于實現休眠和喚醒等相關控制模塊。

三、全自動列車運行系統應用分析

（一）中心功能強化，應急處理能力提升

全自動運行系統控制中心以行車指揮為核心，深度集成信號、車輛、供電、通信等多專業，增強中心遠程監控能力，實現對列車全自動運行的監控、對車輛遠程控制、狀態監控、遠程乘客服務等功能，使列車在正常和故障情況下實現多專業自動聯動，提升了全自動運行系統的應急處理能力。

（二）安全性增強，車輛段運行效率改善

全自動運行系統能夠根據列車運行場景，按照運行圖自動觸發操作，克服人工誤操作，在非正常運行情況下快速反應，大大提高安全性。依靠遠程喚醒、自動靜態測試和動態測試、自動回庫、自動洗車、遠程休眠、自動發車等功能，有效減少重復性人工作業的投入，改善車輛段運行效率。

（三）多專業聯調，設備冗余配置完善，系統可用性提高

全自動運行系統聯調聯試時，多專業聯動交叉驗證，可充分暴露問題，極大減少尾工遺留數量，提高系統開通運營后的可用性。全自動運行系統完善了設備冗余配置，包括列車頭尾設備冗余、ATP三取二冗余、ATO熱備冗余、聯鎖雙系冗余、網關多地四重冗余等手段，減少原系統中由于設備故障造成服務質量下降但可以維持運營造成的行車晚點，提高系統可靠性，使系統運行更加穩定。

（四）系統集成度加強，維護成本降低

行車綜合自動化系統（TIAS）由統一平臺進行數據管理，對系統設備的運營進行監測與維修調度。采用大數據技術，計算地鐵客流擁擠指數、分析歷史故障數據、預警故障趨勢、調配備品備件等功能，實現維修信息統一發布，實施集中維護管理，提高系統預防性維修能力，降低維護成本。

四、結論

全自動運行系統的列車駕駛完全依靠信號控制，在常規的CBTC系統上增加了許多新功能，在提升地鐵列車的運營效率，增強運行調整能力、降低人為風險，改善列車運行舒適性，提高了服務質量方面有諸多優勢。UTO系統代表了當前城市軌道交通現代化的最先進技術，但全自動運行系統并非是信號系統一個專業能夠包攬承擔的系統技術革新，在相關接口系統的功能配合、性能強壯上，都需要匹配性改善，才能達到預期的全自動運行系統的功能實現目標。由于全自動運行系統在我國還沒有相應成熟的運營經驗，需認真總結國內外無人自動駕駛的經驗，探索完善的運營規則和處置措施，以降低運營安全風險，提高整體運載系統的安全完整度水平，實現軌道交通可持續的科學發展，給人們帶來更加安全、舒適、便捷的出行體驗。

【參考文獻】

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