淺談北京軌道交通新機(jī)場線全自動(dòng)無人駕駛的應(yīng)用

路翠紅

摘 要：近幾年，我國軌道交通的發(fā)展突飛猛進(jìn)，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，全自動(dòng)無人駕駛已經(jīng)成為順應(yīng)軌道交通發(fā)展的大勢所趨。本文通過簡單介紹全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)性能、技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合北京軌道交通新機(jī)場線的應(yīng)用情況，由此淺談下全自動(dòng)無人駕駛的優(yōu)越性和發(fā)展的必要性。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)無人駕駛 城市軌道交通 北京新機(jī)場線

隨著城市發(fā)展的加快，城市軌道交通建設(shè)的大潮也隨之興起，城市軌道交通的新技術(shù)也層出不窮，帶動(dòng)著車輛、信號、通信及綜合監(jiān)控系統(tǒng)等各領(lǐng)域及系統(tǒng)集成技術(shù)的進(jìn)步。城市軌道交通全自動(dòng)無人駕駛（Full Automatic Operation，F(xiàn)AO）技術(shù)亦逐漸成熟，被越來越多的人們了解和接受。全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)作為先進(jìn)的城市公共交通體系，代表了城市軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展方向。

目前，在我國，全自動(dòng)無人駕駛的發(fā)展雖然尚處于初級階段，但已有了良好的開端，相信未來一定會(huì)用更為廣闊的發(fā)展空間。截止到目前我們采用無人駕駛的線路由：2008年7月開通的北京軌道交通機(jī)場線，2010年4月開通的上海地鐵10號線和2017年12月開通的北京軌道交通燕房線。

目前軌道交通已經(jīng)成為大多數(shù)城市的重要交通工具，如何更好的利用無人駕駛技術(shù)來提升軌道交通運(yùn)輸?shù)男省踩百|(zhì)量，是當(dāng)前軌道交通運(yùn)行管理領(lǐng)域的重要課題。北京軌道交通新機(jī)場線率先全面推進(jìn)了該技術(shù)的應(yīng)用，并且取得了良好的應(yīng)用效果，所以可以以該線路為例，探討全自動(dòng)駕駛功能在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用注意事項(xiàng)和取得的成效，為今后更廣泛的應(yīng)用該技術(shù)提供參考與借鑒。全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)具有列車自動(dòng)喚醒、自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)休眠、自動(dòng)出入停車場、自動(dòng)清洗、自動(dòng)行駛、自動(dòng)停車、自動(dòng)開關(guān)車門，故障恢復(fù)，可根據(jù)客流量列車自動(dòng)自動(dòng)投入或退出運(yùn)行等一系列的自動(dòng)功能。并具有常規(guī)運(yùn)行、降級運(yùn)行、運(yùn)行中斷等多種運(yùn)行模式，可有效提高運(yùn)量和系統(tǒng)運(yùn)行效率。

國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC6229-1《鐵路應(yīng)用——城市軌道交通管理與控制系統(tǒng)第1部分：系統(tǒng)原則和基本原理》中，將軌道交通自動(dòng)化分為從GOA1到 GOA4 共5個(gè)等級。軌道交通自動(dòng)化等級如表1所示，北京新機(jī)場線一期工程的全自動(dòng)無人駕駛滿足此標(biāo)注中的GOA4級標(biāo)準(zhǔn)。

一、北京新機(jī)場線全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)

北京軌道交通新機(jī)場線采用 4M 4T-8 輛編組，其最高設(shè)計(jì)時(shí)速160公里幾乎是普通地鐵的2倍，是目前國內(nèi)最快的城市地鐵線路。其可提供新機(jī)場與中心城之間快速、直達(dá)、大運(yùn)量的公共交通服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“半小時(shí)”到達(dá)中心城目標(biāo)。北京軌道交通新機(jī)場線一期工程南起新機(jī)場，北至中心城區(qū)草橋站，全長 41.36km（K2+500～K43+860），其中地下線和U型槽 23.65km，高架和路基段17.71km。局部線路與新機(jī)場高速采用共構(gòu)方式布置。本期共設(shè)3座車站，分別為草橋站、磁各莊站、北航站樓站，和1座磁各莊車輛段。全線采用全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)，確保北京新機(jī)場線的安全運(yùn)行。

北京軌道交通新機(jī)場線一期工程線路圖如下

（一）無人駕駛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能

北京新機(jī)場線采用先進(jìn)的全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)是基于信號系統(tǒng)和通信系統(tǒng)為主要系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。

其中信號系統(tǒng)采用功能完備、技術(shù)先進(jìn)的基于無線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，簡稱ATC），其中包括納入信號系統(tǒng)的中央級、車站系統(tǒng)（簡稱TIAS系統(tǒng)）中的列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng);列車自動(dòng)保護(hù)（ATP）子系統(tǒng);列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）子系統(tǒng);計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信（DCS）子系統(tǒng)、維護(hù)監(jiān)測（MSS）子系統(tǒng)、培訓(xùn)子系統(tǒng)。

信號系統(tǒng)滿足初、近、遠(yuǎn)期8輛編組（其中7節(jié)為載客車，1節(jié)為行李車），初期配屬車數(shù)量為10列，近期配屬車數(shù)量為16列，遠(yuǎn)期配屬車數(shù)量為22列。正線列車最小運(yùn)行間隔、交路折返站（新機(jī)場北航站樓、草橋站）最小折返運(yùn)行間隔、列車最小出入車輛段運(yùn)行間隔滿足4分鐘運(yùn)營的要求。

通信系統(tǒng)主要包括主要通信系統(tǒng)、公安通信系統(tǒng)、政務(wù)通信系統(tǒng)和技防系統(tǒng)等。

（二）全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

1、線路結(jié)構(gòu)類型。北京地鐵新機(jī)場線線路類型是以高架與地下混合線路，也是世界上全自動(dòng)駕駛軌道交通線路結(jié)構(gòu)主要類型。本線路在市區(qū)部分采用地下段，市區(qū)外部分采用高架段。

2、輪軌制式。北京地鐵新機(jī)場線的輪軌采用鋼軌鋼輪制式，它源自于鐵路，因具有成熟、經(jīng)濟(jì)、可靠、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，而使用廣泛。

3、站臺安全門。在軌行區(qū)的站臺安全門主要起防護(hù)作用，是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛線路封閉運(yùn)行的最有有效手段。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，造成行車線路延遲的主要原因是乘客進(jìn)入站臺軌行區(qū)或干擾該區(qū)域等人為因素。

4、車輛。從初期每列車載客小于300人發(fā)展到現(xiàn)在大于700人，全自動(dòng)駕駛車輛發(fā)生了顯著的變化，新機(jī)場線載客列車容量400多人，屬于中低容量列車。采用中低容量的列車可以降低工程規(guī)模，節(jié)省工程造價(jià)。

北京新機(jī)場線采用多項(xiàng)新技術(shù)和新工藝，不僅將為我國京津冀一體化發(fā)展戰(zhàn)略提供巨大的支持，而且還滿足2022年我國舉辦冬季奧運(yùn)會(huì)大客流量的需求，使我國更將以全新的姿態(tài)展現(xiàn)出綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)和人文奧運(yùn)。

二、北京新機(jī)場線全自動(dòng)無人系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)越性

當(dāng)前改線路的全自動(dòng)無人駕駛技術(shù)應(yīng)用成效顯著，整個(gè)線路的運(yùn)行更為規(guī)范和高效，同時(shí)對列車的調(diào)控更加靈活和精準(zhǔn)，節(jié)省的人力都可以投入到系統(tǒng)監(jiān)測和各個(gè)站的服務(wù)提升方面，所以改線路的整體服務(wù)質(zhì)量得到了有效的改善，為改線路的乘客提供了更舒適的服務(wù)。

（一）安全性、可靠性高

經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示當(dāng)前軌道交通的事故一半以上是人為誤操作導(dǎo)致的，所以全自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用可以有效的降低這部分的事故發(fā)生率，并且在運(yùn)行過程中列車出現(xiàn)問題后可以快速的調(diào)整列車的運(yùn)行指令，控制事故的影響范圍。

當(dāng)前北京新機(jī)場線路已經(jīng)全面的應(yīng)用了該技術(shù)，并且在硬件和軟件等方面進(jìn)行了升級，進(jìn)一步提高了該技術(shù)在信號傳輸?shù)确矫娴募夹g(shù)水平，進(jìn)而更好的保障全自動(dòng)駕駛的安全性能，為線路客運(yùn)服務(wù)安全提供了更可靠的支持。目前該線路的運(yùn)行效果良好，整體的客運(yùn)質(zhì)量也在不斷的改善和提升中。

它的較高的安全性不僅體現(xiàn)在運(yùn)行中的列車安全（如防止追尾、正面、側(cè)面沖撞、脫軌、障礙物碰撞等）、而且還體現(xiàn)在乘客及運(yùn)營人員的安全（如上下車乘客、車廂內(nèi)乘客、站臺上乘客、維護(hù)人員等）;因此他能夠?qū)崿F(xiàn)列車運(yùn)行全過程各種運(yùn)行工況（正常和異常）的自動(dòng)安裝防護(hù)。

（二）靈活性高

全自動(dòng)駕駛可以利用中央控制系統(tǒng)對所有車輛的車速和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，從而根據(jù)客流量等情況的變化動(dòng)態(tài)的調(diào)整車輛的運(yùn)行數(shù)量和速度，繼而更好的應(yīng)對客運(yùn)波動(dòng)情況，這種操作靈活性高。人工駕駛的調(diào)整則相對滯后，很難實(shí)現(xiàn)靈活的響應(yīng)。

（三）行車密度高

全自動(dòng)駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)所有車輛的行駛速度、車距的精準(zhǔn)控制，所有能夠在固定線路上實(shí)現(xiàn)更多車輛的同步行駛，不必為相互車輛之間的安全距離設(shè)置過大，所以更多車輛的行駛可以有效的提升運(yùn)輸效率，減少了乘客的等待時(shí)間，同時(shí)也降低了駕駛問題的出現(xiàn)。

根據(jù)環(huán)評報(bào)告書，新機(jī)場線近期高峰期每小時(shí)開行12對，也就是在高峰期的發(fā)車間隔為5分鐘。運(yùn)營時(shí)間將從早上5點(diǎn)開始一直持續(xù)到晚上11點(diǎn)，共計(jì)18小時(shí)。

（四）服務(wù)管理水平高

北京新機(jī)場線全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)是高科技含量的軌道交通系統(tǒng)，運(yùn)用先進(jìn)的ATC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對列車連續(xù)速度曲線控制和自動(dòng)調(diào)整功能，保正提供準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)點(diǎn)、平穩(wěn)舒適的自動(dòng)行車;為了與之相適應(yīng)，應(yīng)配備具有較高素質(zhì)的管理人員，他們不僅要有較高的科技文化水平，能沉著、靈活應(yīng)對突發(fā)事件，而且有極高的服務(wù)意識和責(zé)任感，從而使運(yùn)營管理服務(wù)水平有顯著的提高。

（五）成本低

北京新機(jī)場線全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)的信號系統(tǒng)具有根據(jù)客流量大小自動(dòng)調(diào)整運(yùn)營策略和列車開行密度的功能，能靈活地適應(yīng)高峰大客流和低峰小客流的運(yùn)行需要，提高列車滿載率。

列車高密度運(yùn)行，可減少小編組列車、縮短車站長度;旅行速度的提高有利于減少車輛配置數(shù)量，使建設(shè)投資得到有效控制。

北京新機(jī)場線全自動(dòng)無人駕駛列車不配置駕駛員，使操作人員大幅減少;車輛配屬數(shù)量低也使管理、維護(hù)、維修人員以及培訓(xùn)人員減少，使整體維護(hù)管理成本降低。

（六）可擴(kuò)展性好

由于使用骨干網(wǎng)傳輸，可通過增加骨干網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，以應(yīng)對增加列車、車站或延伸線路[3]。北京新機(jī)場線一期工程向北延伸至麗澤商務(wù)區(qū)，旅客可以提前24小時(shí)在麗澤商務(wù)區(qū)站辦理登機(jī)牌和托運(yùn)行李手續(xù)，向南延伸至南航站樓與京雄城際鐵路相連。另外，草橋站未來可與10號線、19號線銜接，實(shí)現(xiàn)換乘;磁各莊站未來可與城際鐵路聯(lián)絡(luò)線換乘;新機(jī)場北航站樓站與R4線、京霸城際、廊涿城際換乘。

三、我國發(fā)展全自動(dòng)駕駛軌道交通的必要性

當(dāng)前城市軌道交通的發(fā)展迅速，我國大量的城市都修建了完善的軌道交通系統(tǒng)，在為城市提供便捷出行服務(wù)的同時(shí)，也帶來了大量的能源消耗和污染問題，并且軌道交通的運(yùn)行安全與質(zhì)量需要投入大量的人力去管理。所以再這樣的情況下，全自動(dòng)駕駛技術(shù)如果能引入到軌道交通系統(tǒng)，就可以有效的降低能耗和人力強(qiáng)度，從而用更低的成本提供更高水平的服務(wù)。

（一）提高運(yùn)能。在目前現(xiàn)有技術(shù)條件下，地鐵最小運(yùn)營間隔很難達(dá)到2 min以下，要解決像北京、上海這樣的特大城市地鐵客流，特別是早、晚高峰時(shí)期客流需求，必須迫切研究新技術(shù)、特別是全自動(dòng)駕駛技術(shù)，來提高運(yùn)營能力、挖掘地鐵運(yùn)輸潛能。

（二）提高整體自動(dòng)化水平，減少人為誤操作。人工駕駛過程中的誤操作一直是軌道交通事故的最大隱患，所以通過全自動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用可以有效的避免誤操作威脅軌道交通運(yùn)輸?shù)陌踩档褪鹿事屎吞嵘w的運(yùn)輸安全質(zhì)量。

（三）降低人工作業(yè)難度，提升客運(yùn)效率。人工駕駛的軌道交通車輛需要大量的司機(jī)人員頻繁的進(jìn)行駕駛，這對駕駛?cè)藛T而言是一個(gè)高強(qiáng)度的作業(yè)，所以難免出現(xiàn)各類異常或者疲勞駕駛，而全自動(dòng)駕駛可以降低人工作業(yè)的難度和強(qiáng)度，并且可以讓更多的人力資源放在列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測上，從而提高服務(wù)的整體效率和質(zhì)量。

（四）節(jié)能減排。全自動(dòng)駕駛可以實(shí)現(xiàn)列車的精準(zhǔn)控制，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)軌道交通系統(tǒng)多列車輛的同時(shí)精準(zhǔn)控制，有效的降低了整體能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。避免了人工操作過程中難以避免的額外能耗問題。

四、結(jié)語

綜上可知，全自動(dòng)無人駕駛目前是全球交通運(yùn)輸領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，目前許多國家已經(jīng)具備了無人駕駛汽車上路行駛的條件，尤其是在固定線路行駛的環(huán)境中，自動(dòng)駕駛可以實(shí)現(xiàn)高度的智能化運(yùn)行，有效的降低封閉環(huán)境下的運(yùn)輸成本。不過無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用也存在自己的缺陷，對很多變動(dòng)環(huán)境因素及突發(fā)狀況的處理不夠妥當(dāng)，所以需要不斷的改進(jìn)無人駕駛技術(shù)，并探索城市交通中無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用可能性和方法，為今后城市軌道交通的無人駕駛提供更完善的技術(shù)支持。

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