全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)FAO中清客控制功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

景順利

摘 要：隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，城市軌道交通中的全自動(dòng)駕駛線路將迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)，目前國內(nèi)已有多條全自動(dòng)駕駛線路處于建設(shè)階段。在全自動(dòng)駕駛系統(tǒng) FAO 中，系統(tǒng)自動(dòng)控制列車完成在終端站、回庫站、臨時(shí)下線站等需要進(jìn)行上下客作業(yè)站臺(tái)的清客確認(rèn)，是必須解決的問題。文章從全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營需求考慮，主要從系統(tǒng)架構(gòu)、功能原理、控制方案等方面對(duì)全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的清客控制功能進(jìn)行研究，提出一套滿足全自動(dòng)駕駛中清客控制管理的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;全自動(dòng)駕駛 FAO;ATS;信號(hào)系統(tǒng);清客控制;功能設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U284;U482.1

1 概述

隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，其在城市交通中的地位越來越高。目前，各城市相繼開展無人駕駛系統(tǒng)的研究及設(shè)計(jì)，全自動(dòng)駕駛已成為城市軌道交通發(fā)展的一種趨勢(shì)。

在傳統(tǒng)的有人駕駛系統(tǒng)中，列車停在站臺(tái)進(jìn)行上下客作業(yè)時(shí)，列車門的開/關(guān)門操作、站臺(tái)門的開/關(guān)門操作，以及列車發(fā)車命令均由司機(jī)人工控制，特別是在終端站、折返站、回庫站及其他需要清客的站臺(tái)，必須保證乘客在站臺(tái)能夠完成下車作業(yè)，而上述確認(rèn)均由列車司機(jī)或者站臺(tái)乘務(wù)人員人工確認(rèn)完成。

在全自動(dòng)駕駛線路中，列車在站臺(tái)的開/關(guān)門操作和發(fā)車命令均由車載信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前站的停站時(shí)間自動(dòng)控制完成。列車到站后，自動(dòng)打開車門及站臺(tái)門（PSD）;當(dāng)達(dá)到站臺(tái)停站時(shí)間后，列車將自動(dòng)關(guān)閉車門及站臺(tái)門，自動(dòng)離站。那么，在全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)FAO中，能否在系統(tǒng)給定的停站時(shí)間內(nèi)完成列車在站臺(tái)的上下客作業(yè)，確保完成清客，需要系統(tǒng)自動(dòng)處理，即在站臺(tái)進(jìn)行上下客作業(yè)時(shí)，即使停站時(shí)間已達(dá)到系統(tǒng)給定的停站時(shí)間，列車仍要保證車門及站臺(tái)門處于打開狀態(tài)，且列車不能發(fā)車，直至系統(tǒng)確認(rèn)列車已完成清客，才允許列車離站。

因此，在無司機(jī)的情況下，系統(tǒng)要自動(dòng)控制列車完成在終端站、回庫站、臨時(shí)下線站等需要進(jìn)行上下客作業(yè)站臺(tái)的清客確認(rèn)，這是全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中必須解決的問題。

2 清客場(chǎng)景

在全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，主要有以下場(chǎng)景存在列車清客作業(yè)，但在不同的線路設(shè)計(jì)或不同的線路運(yùn)營管理要求下，可能全部采用或部分采用以下清客作業(yè)。本文以南京市軌道交通寧和線為例進(jìn)行描述，其線路示意圖如圖1所示。

（1）列車大交路運(yùn)行時(shí)，清客站臺(tái)為列車運(yùn)行路徑的終點(diǎn)站臺(tái)。例如，列車按照南京南—高家沖大交路運(yùn)行，當(dāng)列車站后折返時(shí)，清客站臺(tái)為站后折返前的實(shí)體上下客站臺(tái)，如圖中的高家沖上行站臺(tái);當(dāng)列車站前折返時(shí)，清客站臺(tái)為本行程的終點(diǎn)站臺(tái)，如圖中的高家沖下行站臺(tái)。

（2）列車小交路運(yùn)行時(shí)，清客站臺(tái)為列車運(yùn)行路徑的終點(diǎn)站臺(tái)。例如，列車按照石磧河—?jiǎng)⒋逍〗宦愤\(yùn)行時(shí)，當(dāng)列車站后折返時(shí)，清客站臺(tái)為站后折返前的實(shí)體上下客站臺(tái)，如圖中的劉村上行站臺(tái);當(dāng)列車站前折返時(shí)，清客站臺(tái)為本行程的終點(diǎn)站臺(tái)，如圖中的石磧河上行站臺(tái)。

（3）列車為回庫列車時(shí)，如列車按照南京南—青龍車輛段的運(yùn)行路徑回庫，此行程的最后一個(gè)上下客車站——高家沖的上行站臺(tái)即為本行程的清客站臺(tái)。

（4）列車在運(yùn)營過程中出現(xiàn)故障的情況下，如列車運(yùn)行到南京南—石磧河區(qū)間時(shí)，列車即將進(jìn)站的下一實(shí)體站——石磧河上行站臺(tái)即為清客站臺(tái)。

（5）列車前方的站臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，若此時(shí)列車在南京南—石磧河區(qū)間運(yùn)行或者停靠在石磧河上行站臺(tái)，則列車在石磧河上行站臺(tái)實(shí)施臨時(shí)清客。

3 清客設(shè)計(jì)方案

本文提出一套滿足全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中清客控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)列車在完成清客后列車門和站臺(tái)門自動(dòng)關(guān)閉，以及列車發(fā)車的自動(dòng)控制。

3.1 站臺(tái)清客設(shè)置

針對(duì)站臺(tái)的清客控制功能，本設(shè)計(jì)方案提供系統(tǒng)自動(dòng)清客設(shè)置和人工臨時(shí)清客設(shè)置2種方式。

3.1.1 系統(tǒng)自動(dòng)清客設(shè)置

系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)天加載的時(shí)刻表中定義的列車運(yùn)行計(jì)劃，自動(dòng)判斷列車在固定清客站臺(tái)（終端站、折返站、回庫站等）處的清客任務(wù)，實(shí)現(xiàn)列車在固定清客站臺(tái)清客任務(wù)的自動(dòng)設(shè)置。自動(dòng)設(shè)置成功后，調(diào)度員處的人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示站臺(tái)的清客狀態(tài)。

3.1.2 人工臨時(shí)清客設(shè)置

當(dāng)列車在線路運(yùn)營過程中出現(xiàn)臨時(shí)情況、列車故障、前方站臺(tái)故障時(shí)，調(diào)度中心的調(diào)度人員通過人機(jī)界面對(duì)特定站臺(tái)進(jìn)行人工臨時(shí)清客任務(wù)設(shè)置。設(shè)置完成后，調(diào)度員處的人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示站臺(tái)的清客狀態(tài)。

3.2 站臺(tái)清客確認(rèn)

針對(duì)線路設(shè)計(jì)的清客站臺(tái)，本設(shè)計(jì)方案提供站臺(tái)清客確認(rèn)按鈕和調(diào)度員遠(yuǎn)程人工清客2種確認(rèn)方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)站臺(tái)的清客確認(rèn)。

3.2.1 站臺(tái)清客確認(rèn)按鈕

在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)線路形式及運(yùn)營需求，設(shè)置一些常規(guī)清客站臺(tái)，如大小交路的起始站、終點(diǎn)站、折返站、回庫站等。在設(shè)定的常規(guī)清客站臺(tái)，可在站臺(tái)中部或端部設(shè)置站臺(tái)清客確認(rèn)按鈕，也可在車控室綜合后備盤（IBP）上設(shè)置清客確認(rèn)按鈕，聯(lián)鎖系統(tǒng)采集站臺(tái)或車控室清客確認(rèn)按鈕繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)變化，并將此信息上報(bào)列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS），以便ATS系統(tǒng)設(shè)置或取消站臺(tái)清客狀態(tài)。

3.2.2 調(diào)度員遠(yuǎn)程人工清客

在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于未設(shè)置為常規(guī)清客站臺(tái)的車站，不會(huì)在站臺(tái)中部或端部設(shè)置清客確認(rèn)按鈕，系統(tǒng)會(huì)通過人機(jī)界面提供給調(diào)度員遠(yuǎn)程人工清客確認(rèn)按鈕，以滿足臨時(shí)及故障情況下站臺(tái)臨時(shí)清客時(shí)的清客確認(rèn)需求。

調(diào)度員在進(jìn)行遠(yuǎn)程人工清客確認(rèn)時(shí)，聯(lián)動(dòng)列車和站臺(tái)視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）查看車內(nèi)乘客情況，確認(rèn)當(dāng)前列車車廂內(nèi)乘客是否均已下車;若乘客下車完成，調(diào)度員遠(yuǎn)程人工清客確認(rèn)后，更新站臺(tái)清客狀態(tài)。

3.3 站臺(tái)清客狀態(tài)顯示

為便于調(diào)度員觀察，系統(tǒng)在調(diào)度員處的人機(jī)界面提供站臺(tái)清客狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示，針對(duì)人工臨時(shí)清客、系統(tǒng)自動(dòng)清客采用不同的顏色對(duì)清客狀態(tài)進(jìn)行區(qū)別顯示，分別如圖2和圖3所示。

當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)或者人工臨時(shí)對(duì)站臺(tái)設(shè)置清客任務(wù)后，人機(jī)界面會(huì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前站的狀態(tài)，以南京地鐵寧和線34號(hào)站高家沖站為例，如圖4所示：當(dāng)高家沖站上行站臺(tái)設(shè)置為系統(tǒng)自動(dòng)清客時(shí)，界面顯示自動(dòng)清客狀態(tài);當(dāng)高家沖下行站臺(tái)設(shè)置為遠(yuǎn)程人工清客時(shí)，界面顯示人工臨時(shí)清客狀態(tài)。

3.4 清客聯(lián)動(dòng)控制

（1）調(diào)度員處的人機(jī)界面。用于人機(jī)界面信息顯示，便于調(diào)度人員實(shí)時(shí)查看站臺(tái)的清客狀態(tài)。

（2）列車控制與監(jiān)控系統(tǒng)（TCMS）。TCMS系統(tǒng)收到清客指令后，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)車輛廣播，提醒乘客下車。

（3）車載信號(hào)系統(tǒng)。車載信號(hào)系統(tǒng)接收到清客狀態(tài)信息后，在列車停站且未完成清客期間，通過硬線給車輛持續(xù)發(fā)送門使能指令;當(dāng)接收到清客確認(rèn)后，通過硬線信號(hào)發(fā)送關(guān)門指令給TCMS系統(tǒng)，同時(shí)控制站臺(tái)門關(guān)閉，并自動(dòng)控制列車站臺(tái)發(fā)車。

（4）車站廣播。ATS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)車站廣播系統(tǒng)，站臺(tái)廣播播放站臺(tái)清客信息，提示乘客不要上車。

（5）乘客預(yù)報(bào)系統(tǒng)。ATS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)車站乘客預(yù)報(bào)系統(tǒng)，站臺(tái)乘客預(yù)報(bào)系統(tǒng)顯示站臺(tái)清客信息，提示乘客不要上車。

4 清客控制

4.1 自動(dòng)清客控制

在系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)清客控制中涉及ATS系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、車載信號(hào)系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)及車站綜合站務(wù)員。隨著列車移動(dòng)及站臺(tái)的上下客作業(yè)完成，各系統(tǒng)之間的信息交互如圖5所示。具體交互過程如下所述。

（1）列車在上一站（石磧河站）離站后，ATS系統(tǒng)根據(jù)時(shí)刻表自動(dòng)判斷列車在下一站（南京南站）需要清客，此時(shí)，該系統(tǒng)自動(dòng)將站臺(tái)設(shè)置為清客狀態(tài)并在人機(jī)界面顯示自動(dòng)清客狀態(tài)。同時(shí)，ATS系統(tǒng)一方面將“清客”工況發(fā)送給車載信號(hào)系統(tǒng)及TCMS系統(tǒng)，自動(dòng)觸發(fā)車輛廣播提醒乘客下車，并聯(lián)動(dòng)車輛乘客信息系統(tǒng)（PIS）提示乘客下車;另一方面，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)南京南站車站廣播，提醒站臺(tái)乘客不能上車，并聯(lián)動(dòng)站臺(tái)PIS系統(tǒng)，提示本站處于清客狀態(tài)，乘客請(qǐng)勿上車。

（2）列車自動(dòng)運(yùn)行至南京南站后，ATS系統(tǒng)接到列車到站事件，對(duì)南京南站進(jìn)行到站處理，在獲取當(dāng)前站處于清客狀態(tài)后，向車載信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送運(yùn)營控制指令（包括停站時(shí)間、站間運(yùn)行時(shí)間及下一站等），此時(shí)停站時(shí)間設(shè)置為無限大，控制列車在站臺(tái)停車，并將列車門保持打開狀態(tài)。

（3）列車到站并打開車門后，乘客下車，一方面，調(diào)度中心調(diào)度人員通過聯(lián)動(dòng)CCTV查看列車內(nèi)乘客下車情況;另一方面，站臺(tái)綜合站務(wù)人員上車進(jìn)行乘客清客確認(rèn)，確認(rèn)乘客全部下車后，按壓站臺(tái)的清客確認(rèn)按鈕，此時(shí)聯(lián)鎖系統(tǒng)采集到此狀態(tài)后，將清客確認(rèn)按鈕狀態(tài)上報(bào)ATS系統(tǒng)，其接收到清客確認(rèn)后，清除站臺(tái)清客狀態(tài)。

（4）ATS系統(tǒng)在接收到聯(lián)鎖上報(bào)的清客確認(rèn)信息后，向列車發(fā)送控制指令 （ 停站時(shí)間為“0”及下一站運(yùn)行信息），通知列車可以離站。

（5）列車在收到控制指令后，自動(dòng)關(guān)閉車門以及聯(lián)動(dòng)關(guān)閉站臺(tái)門，自動(dòng)控制其向下一站運(yùn)行。

4.2 人工臨時(shí)清客控制

在系統(tǒng)進(jìn)行人工臨時(shí)清客控制中涉及ATS系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、車載信號(hào)系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)以及調(diào)度中心調(diào)度員。隨著列車移動(dòng)及站臺(tái)的上下客作業(yè)完成，各系統(tǒng)之間的信息交互如圖6所示。具體交互過程如下所述。

（1）在列車出現(xiàn)故障或前方站臺(tái)出現(xiàn)故障等情況下需要對(duì)到站列車進(jìn)行人工臨時(shí)清客時(shí)，調(diào)度人員通過人工臨時(shí)清客設(shè)置功能，對(duì)站臺(tái)進(jìn)行清客設(shè)置，設(shè)置成功后，人機(jī)界面上將顯示站臺(tái)清客狀態(tài)。

（2）ATS系統(tǒng)一方面將“清客”工況發(fā)送給車載信號(hào)系統(tǒng)及TCMS系統(tǒng)，自動(dòng)觸發(fā)車輛廣播提醒乘客下車，并聯(lián)動(dòng)車輛PIS系統(tǒng)提示乘客下車;另一方面，將聯(lián)動(dòng)車站廣播，提醒站臺(tái)乘客不要上車，同時(shí)聯(lián)動(dòng)站臺(tái)PIS系統(tǒng)，提示本站處于清客狀態(tài)，乘客請(qǐng)勿上車。

（3）在臨時(shí)清客時(shí)，考慮到對(duì)后續(xù)列車的影響，系統(tǒng)將對(duì)列車運(yùn)行后方站臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)扣車設(shè)置，以防止本站列車在未完成清客的情況下，下一站列車駛?cè)胝鹃g，導(dǎo)致乘客滯留站間。

（4）列車到站后，車載信號(hào)系統(tǒng)向ATS系統(tǒng)發(fā)送列車到站事件，ATS系統(tǒng)接收到列車到站事件后，結(jié)合當(dāng)前站臺(tái)的清客狀態(tài)，向列車發(fā)送運(yùn)營控制指令（停站時(shí)間無限大），控制列車在站臺(tái)停車同時(shí)保持車門處于打開狀態(tài)。

（5）在乘客下客過程中，調(diào)度員聯(lián)動(dòng)列車和站臺(tái)CCTV系統(tǒng)，查看車內(nèi)乘客下車情況，確認(rèn)當(dāng)前列車車廂內(nèi)的乘客均已下車后，遠(yuǎn)程完成站臺(tái)的清客確認(rèn)。

（6）ATS系統(tǒng)接收到清客確認(rèn)后，更新人機(jī)界面上站臺(tái)的清客狀態(tài)顯示，同時(shí)向車載信號(hào)系統(tǒng)及TCMS系統(tǒng)發(fā)送清客確認(rèn)。

（7）ATS系統(tǒng)接收到清客確認(rèn)后，向車載信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送運(yùn)營控制指令（停站時(shí)間為“0”及下一站運(yùn)行信息），車載信號(hào)系統(tǒng)在收到列車發(fā)車指令后，關(guān)閉車門并自動(dòng)控制列車向下一站運(yùn)行。

4.3 人工臨時(shí)取消清客控制

調(diào)度中心調(diào)度人員通過清客取消操作，臨時(shí)取消固定清客站臺(tái)（終端站、折返站）的清客功能及臨時(shí)設(shè)置的清客站清客功能。當(dāng)取消站臺(tái)清客后，ATS系統(tǒng)更新站臺(tái)的清客狀態(tài)顯示，列車按照運(yùn)行計(jì)劃運(yùn)行到固定清客、折返站以及臨時(shí)清客站后，ATS系統(tǒng)按照運(yùn)行計(jì)劃控制列車在本站的停站時(shí)間及開/關(guān)門，列車到站后正常進(jìn)行開/關(guān)門作業(yè)。

5 結(jié)束語

本文從全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營需求考慮，針對(duì)全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的清客控制功能進(jìn)行研究，首先對(duì)全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的清客場(chǎng)景進(jìn)行分析，提出了一套滿足全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中清客控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)方案中的清客設(shè)置、清客確認(rèn)、清客控制、狀態(tài)顯示及系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等功能進(jìn)行了詳細(xì)描述。同時(shí)，隨著圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，可以將CCTV系統(tǒng)圖像與圖像識(shí)別功能進(jìn)一步結(jié)合，即依據(jù)CCTV系統(tǒng)提供的圖像通過圖像識(shí)別技術(shù)自動(dòng)完成列車車廂內(nèi)乘客的清客確認(rèn)。

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收稿日期 2020-04-30

責(zé)任編輯 黨選麗