面向智慧地鐵的全自動運行系統應用

劉樹杰 王鈺

摘要：智慧地鐵是未來的發展方向，而全自動運行系統是智慧地鐵的關鍵技術，構建符合我國城市軌道交通建設運營實際需求的全自動運行系統，將智能技術與城市軌道交通特點深度融合，是整體轉型升級的關鍵。全自動運行系統是一個集合了計算機、通信、控制技術的復雜系統，其核心設計理念是為了降低由人為失誤造成的運行風險。

關鍵詞：智慧地鐵，全自動運行，發展方向

1.引言

隨著移動信號與通信技術的結合、云服務、物聯網、大數據應用、人工智能應用等智能技術逐步在智能軌道交通技術拓展應用。軌道交通工具、信號設備、通信設施、供電應用等核心系統設施的關鍵技術均逐漸國產化，并與時俱進在智能化邁出新的一步。利用智能應用技術完成復雜腦力決策、加強安全防范和服務風險預防管理能力、實現全自動化運行，滿足未來社會和交通體系下的乘客出行需求，在目前城市軌道交通領域已達成共識。構建符合我國城市軌道交通建設運營實際需求的全自動運行系統，將智能技術與城市軌道交通特點深度融合，是整體轉型升級的關鍵。

2.全自動運行系統的重要性

城市軌道交通的全自動運行系統以物聯網技術和傳感器技術為核心，在道岔，軌道電路，電源，信號機，計軸系統，車載控制器等多種關鍵設備中增加新的采集設備，對現有監控系統補充，獲取使用價值更多的數據，與既有數據融合，實現對這些關鍵設備的監測。關鍵設備數據還包括各種工業控制計算機，各種服務器工作站等產生了大量日志數據，通過自動化的分析手段分析日志，獲取設備的工作狀態信息。主要體現在以下幾個方面：

（1）城市軌道交通的安全進一步拔高

城市交通軌道智能化程度的提高能削減軌道交通的運營成本以及降低工作人員的工作量，大大提高軌道系統的安全能力。與此同時，智能全自動化軌道交通系統也準備了一系列安全預防措施，例如加強了對障礙物的巡回檢測，添加了緊急一鍵式制動手柄以及遠程面對面通信等措施，從根本上提高了城市軌道交通的安全性能。

（2） 增強運營服務能力

智能軌道交通系統可以在列車高速運行時進行定位追蹤，有效地提高了列車的追蹤效率，與此同時，并且提高了原來軌道系統的1/10運輸能力。此外，更新后的軌道系統不僅能夠完成自動返航和自動換端等功能，還改進了行車管理系統，并且提高了行車安排的容錯性。

（3） 降低了運營維護成本

將智能自動化設備替代工作人員的工作能夠有效降低運營成本，減少運營人員的開支。此外，智能全自動化軌道交通運行系統能夠優化運行模式，節減系統所需能耗。

（4） 提高自動化水平

全自動運行系統大幅提高了列車的自動化水平，可以自動完成發車、進站、回庫等工作，還可遠程控制照明、空調等系統，此外，其核心的自動檢測系統還能對運營的安全性進行24小時的監測評估，確保了列車運行的安全可靠性。

由于起步較晚，近年來，我國已有多條全自動化鐵路投入運行，但與研究較早的國外發達國家，自動化水平依然較低。由于我國城市布局，地域差異等因素，即使引進國外技術，依然需求因地制宜地來進行定制符合實際情況的自動化服務，

3.全自動運行系統難點分析

目前地鐵各子系統供應商提供數據分散、監測終端過多，運營人員在巡視過程中需要花費大量的時間進行終端巡視，相應的為了維持終端的巡視工作需要消耗大量的人力成本，而分散的數據、過多的監測終端也會使運營工作復雜化，造成行車故障隱患未及時發現的風險。各子系統海量報警、無法區分關鍵信息、遺漏關鍵故障，各供應商從自身角度設計報警等級，沒有統一的標準，所以從統籌全局的角度出發，如何將不同專業領域的子系統聯動起來是設計的關鍵難題。

全自動運行系統是一個集合了計算機、通信、控制技術的復雜系統，其核心設計理念是為了降低由人為失誤造成的運行風險，設計原則應為向下兼容原則，確保系統在遇到自然災害等不滿足全自動運行條件的情況時，列車還能以CBTC或者其他模式安全運行。而運行的實際情況給車輛段功能和正線運行提出了新的挑戰。車輛段需要完成列車的自動喚醒、休眠、洗車、上電、自檢，自動進站出站等工作，這需要中央監控系統、車載系統和車地通訊網絡聯動完成。

列車全自動運行系統潛在風險包括：

（1）當列車全自動運行系統的RAMS 指標不能滿足運營需求時，可能發生故障降級和災害工況處理的后果和頻率超出運營所能接受的風險。

（2）當運能與運量不匹配時，會降低系統運行的可靠性，增加運營的風險。

（3）當系統故障范圍和時間超出多職能隊伍的承受能力時，存在運營中斷的風險。

車站全自動運行系統潛在風險包括：

（1）當設備發生故障無法遠程自動處置時，就可能會影響車站的運營服務。

（2）存在由于乘客不適應車站自助設備操作、缺少車站客運人員指引而影響乘客出行以及在系統設備故障時工作人員無法及時到場處理的風險。

4.全自動運行系統發展方向

全自動運行系統以行車的安全性為核心，利用信號、車輛、監控、通信等專業的協作，提高軌道交通管理系統的自動化水平。

（1）高度自動化、降低人為因素影響

全自動運行系統采用列車自動控制系統和以列車運行指揮為中心的列車控制系統，實現軌道交通系統的智能化運行。結合人工監控和干預來實現高精度列車運行控制。通過減少人為因素對系統運行的影響，提高運行的健壯性，提高自動化程度，系統具有快速有效地處理運行故障能力。自動化體現在：列車運行、喚醒、區間行車、主體運行、車站發車、自動折返、列車折返、休息停車、洗車等全過程自動控制。

（2）充分的冗余配置、提高系統可靠性

設備故障對全自動運行的影響，縮短故障診斷、診斷和維護時間。信號系統在現有設備冗余的基礎上，加強冗余，包括控制器、駕駛室設備、ATO設備、車輛接口設備、ATS子系統、通信網關、主備中心。車輛加強了雙網絡的冗余控制，增加了車載信號系統和車載PIs接口系統的冗余配置。與傳統的駕駛系統相比，控制中心在一個完整的自動運行系統中扮演著非常重要的角色。為了防止控制中心出現故障，影響系統的正常運行，必須加強控制中心的配置級別。

（3）完善的安全防護、提高系統安全性

全自動運行系統為列車運行的全過程提供安全防護，包括增設人員防護開關、車場ATP防護功能、車門對位和隔離功能、列車脫軌/障礙識別、軌道障礙識別、緊急情況下各系統聯隊功能以及中心處理突發情況的防護能力，可以顯著提高運行系統的安全性。

（4）豐富的中心功能、實現智能化控制

全自動運行系統的控制中心應實現對列車運行的全面監控，包括遠程乘客服務、列車運行的遠程控制和故障處理，并對各系統進行詳細監控。各系統維護狀況等，各系統相關的聯動控制等。

（5）兼容常規駕駛模式、支持多模式切換

除增加了 FAM 模式外，全自動運行系統能夠完全兼容常規駕駛模式，可以支持從傳統的應用模式到全自動運行模式的平滑過渡。

5.結束語

全自動運行系統采用列車自動控制系統和以列車運行指揮為中心的列車控制系統，實現軌道交通系統的智能化運行。結合人工監控和干預來實現高精度列車運行控制。全自動運行系統大幅提高了列車的自動化水平，可以自動完成發車、進站、回庫等工作，還可遠程控制照明、空調等系統，此外，其核心的自動檢測系統還能對運營的安全性進行24小時的監測評估，確保了列車運行的安全可靠性。

參考文獻：

[1]肖衍，蘇立勇. 軌道交通全自動運行系統集成技術研究[J]. 中國鐵路，2015（5）：39-42

[2] 王曰凡. 全自動無人駕駛系統——全新理念的城市軌道交通模式[J]. 城市軌道交通研究， 2006（8）：1-5.