我國城市軌道交通全自動運行系統技術及應用

孫磊

摘 要：全自動運行（Fully Automatic Operation，FAO）系統是一種基于現代計算機、通信、控制和系統集成等技術實現列車運行全過程自動化的新一代軌道交通控制系統，近年來世界范圍內的城市軌道交通系統開始應用全自動運行系統技術。本文闡述了全自動運行系統技術優勢、技術核心、設計要點及總體架構，并對未來該技術的發展方向進行了展望。

關鍵詞：城市軌道交通;全自動運行;系統技術;應用

中圖分類號：U284.48 文獻標識碼：A

1 全自動運行技術

（1）全自動運行系統認識。全自動運行系統按是否配備駕駛員可分為有/無人值守的全自動運行系統;按照運量可分為小運量/大運量全自動運行系統;按區域可分為正線/含車場的全自動運行系統，系統組成如圖1所示。

（2）全自動運行系統技術優勢。全自動運行系統是形象地衡量城市軌道交通系統可靠性、安全性、可用性、可維護性先進水平的標尺，系統具備不需要配置司機列車完全自動運行的條件，對比傳統運營線路，全自動運行線路具備以下優勢：

1）提供了更高的安全性、可靠性、可用性、可維護性。全自動運行系統利用高效、集成、智能化列控系統替代有人線路司機的工作，結合人工監視、干預的機制，完成高精度列車運行的同時，可減少不必要的人為誤操作。全自動運行系統的車輛、信號以及車輛與控制中心的通信系統均采用冗余互備技術，減少運行故障，具備更完善的故障自診斷和自愈功能，提高了整個系統的可用性和可靠性。

2）采用基于設備系統全生命周期控制投資、降低運營成本。通過集中的控制中心級調度和線路全職能隊伍完成全線運營管理和維護工作，取消駕駛員（納入多職能隊伍），可以減少人員配置數量，有效降低運營和維護人員成本。全自動運行系統也可根據客流量變化，動態調整列車運行計劃，有效控制空車走行，節約牽引能耗，節能減排、運營組織更加靈活。

3）提升了自動化水平、運營應急處置水平。全自動運行系統實施同樣高效的加減速，控制列車的速度、時間達到最佳性能曲線，可以大大提高車輛運行的平穩度和乘坐舒適性，使列車較容易實現準點運行，提高了乘客對軌道交通的信任度。

4）提升了軌道交通設備系統技術水平。全自動運行系統運用，依賴于信號、車輛、綜合監控等核心設備系統高可靠性、冗余性、高度集成，可以促進相關設備系統廠家加速研發和科技攻關工作，提升設備系統技術水平。

（3）全自動運行核心系統。全自動運行線路通過高度集成化、信息化以及智能化列控系統來替代司機需要完成的各項工作，其核心系統主要包括車輛、信號、綜合監控、車輛基地以及為上述系統和專業提供信息傳輸通道和通信手段的通信系統。

1）車輛系統。整個全自動駕駛技術都是圍繞著車輛來構成的，車輛系統的關鍵設備采用冗余設置，可以大大減少運行故障，通過完善的故障自診斷和自愈功能提高整個系統的可用性和可靠性;與傳統線路相比增加自動檢測功能如障礙物檢測和脫軌檢測功能;增加了列車狀態、故障報警信息上傳功能;增加了自動喚醒、自動休眠、自檢等自動化功能;增加低壓系統恢復供電等功能。

2）信號系統。信號系統在全自動運行系統中是控制列車運行，保證行車安全，提高運輸效率，傳遞行車信息的關鍵設備。與傳統線路相比新增核心功能如下：

①關鍵設備均采用冗余——減少運行故障，完善的故障自診斷和自愈功能提高了整個系統的可用性和可靠性;②增強控制中心配置級別——控制中心級核心設備熱備冗余，或是在車輛段異地災備;③為線路工作人員提供可靠安全防護——車站/場段增加人員防護按鈕、與站臺門系統故障對位隔離功能、站臺關門按鈕PCB;④增強維護監測功能——信號車載設備和車輛設備的狀態需實時上傳維護監測系統;⑤采用自動化車輛段——自動洗車控制、喚醒、休眠等。

3）通信系統。通信系統主要通過視頻監視遠程提供給工作人員視頻圖像，通信調度系統則提供乘客和工作人員之間的通信方式，通過廣播系統工作人員可告知乘客相關情況。與傳統線路相比新增核心功能如下：

①建立可靠通信骨干網、專用無線系統可靠性增加;②增強與車輛接口——將車載無線通信設備狀態信息提供給車輛，使控制中心能隨時監控列車設備的情況;③車載無線設備增加自檢功能——增強通信車載設備安全、穩定性;④新增車載應急電話——每節車廂在車門處新增車載應急電話，通過無線通信系統實現乘客與控制中心的雙向通信;⑤完善視頻監控——在列車司機室內增加攝像機照射前方，增強列車前后方視頻監控功能;增強車內視頻監視聯動功能，發生情況時，可立即切換到相關畫面;⑥優化車地通信方案——增強、綜合考慮車地通信傳輸帶寬和質量。

4）綜合監控系統。綜合監控系統在全自動駕駛中的主要作用是對相關系統設備的實時集中監控和各相關系統之間協調聯動兩大部分功能。與傳統線路相比新增核心功能如下：

①優化關鍵設備配置，從系統軟件容量及處理功能、硬件冗余功能及處理能力等進行更新，達到系統實時性要求;②增加對車輛信息顯示及收集——對全自動駕駛提供信息服務;③完善集成、互聯范圍優化調整——車輛段納入正線統一控制后，綜合監控系統的集成和互聯系統的管理和監控范圍進行擴充，從而滿足全線監控功能;④優化控制中心工藝布置——根據全自動駕駛的功能需求，優化控制中心行調、設備調、乘客調度、車輛調度等的工藝布置，保證中心調度員的操作的有效便捷。

5）車輛基地。車輛段在全自動運行系統中是提供列車運用、整備、維修功能的場所，車輛段的功能就是保障列車保持良好狀態運行。與傳統線路相比新增核心功能如下：

①自動化車輛段——在車場基地設置與正線一致的ATC控制系統，車輛洗車、試車、出入庫等均由信號系統控制，自動完成;②完善的人員防護措施——自動運行區域設隔離措施（門禁、柵欄等），且分區控制，通過對大庫門、閉路電視、車輛段廣播、人員出入通道、接觸網等聯鎖控制，實現運用設備、人員的安全防護。

2 結語

截止2020年5月國內共有4座城市10條城市軌道交通線路采用全自動運行系統，運營線路里程達209.43公里，共有19座城市39條城市軌道在建線路采用全自動運行系統，在建線路里程達1 278.08公里。全自動運行系統代表了未來軌道交通的發展方向，近年來我國在FAO系統集成、列車無人駕駛技術、綜合自動化調度管控等全自動運行技術方面的突破縮小了與國外技術的差距，實現了“并跑”，但仍然需要在系統可靠性保障、突發事件應急處置以及多目標優化智能運行等方面深入研究，進一步提高系統彈性和智能化水平的理論、方法和技術，為軌道交通可持續發展提供支撐。

參考文獻：

[1]譚文舉，楊衛峰，廖云，等.城市軌道交通全自動運行系統設計及場景分析[J].機車電傳動，2019，60（04）：112-115+135.

[2]汪小勇.城市軌道交通全自動運行系統的現狀及展望[J].城市軌道交通，2019，7（02）：20-21.