摘""要：為滿足市域鐵路軌道交通運營需求，提升列車調度的智能化水平，對適用于市域鐵路的全自動運行系統技術進行分析研究，理清適用于市域鐵路的全自動運行場景功能，分析相關核心系統的優化技術方案、接口設計方案，總結全自動運行系統在市域鐵路中的技術運用特點，以期市域鐵路全自動運行系統技術的應用滿足市域鐵路行駛要求。

關鍵詞：市域鐵路"""智能全自動運行"""運行系統"""關鍵技術

中圖分類號：U284.48

Research"on"the"Technology"and"Application"of"Automatic"Operation"System"for"Urban"Railway

LIU"Chang

China"Railway"Fifth"Survey"and"Design"Institute"Group"Co.，"Ltd.，"Beijing，"102600"China

Abstract："In"order"to"meet"the"operational"needs"of"urban"rail"transit"and"improve"the"intelligence"level"of"train"scheduling，"this"paper"analyzes"and"conducts"research"on"the"technology"of"fully"automatic"operation"system"applicable"to"urban"railways，"clarifies"the"functions"of"fully"automatic"operation"scenarios"applicable"to"urban"railways，"analyzes"the"optimization"technology"and"interface"design"schemes"of"relevant"core"systems，"summarizes"the"technical"application"characteristics"of"fully"automatic"operation"system"in"urban"railways，"and"hopes"that"the"application"of"fully"automatic"operation"system"technology"in"urban"railways"can"meet"the"requirements"of"urban"railway"operation.

Key"Words："Urban"railway;"Intelligent"fully"automatic"operation;"Operation"system;"Key"technology

市域鐵路作為城市交通網絡重要組成部分，憑借其靈活性與高效性緩解了城市交通壓力，而全自動運行系統（Full"Automatic"Operation）的應用，對于實現市域鐵路網絡化以及自動化發揮關鍵作用，其實現了市域鐵路與城軌線路的互聯互通，提高數據信息接收的兼容性，通過集成控制技術，實現了信號、車輛、通信、綜合監控以及站臺門系統設備的聯動和協作，縮短車輛追蹤時間，降低車輛運維成本。

1"""市域鐵路運行特點

近年來，我國對交通領域提出“四網融合”要求，倡導部署城市軌道交通網絡布局，以軌道交通為核心，銜接市域鐵路、干線鐵路以及城市軌道交通，優先利用“四網”層級，實現城市交通的網絡化、公交化以及自動化運營。根據我國現有市域鐵路建設情況來看，當前市域鐵路工程建設（1）傾向于網絡化運營，市域鐵路與城市鐵路網、城軌網絡連接密切，列車共線、跨線互聯互通；（2）市域鐵路列車站間距增大，平均車間距約為3～10"km，部分線路間距區間為10"km以上；（3）高架路段占比較大，尤其在地面高架站上，車輛行駛速度達120～160"km/h，整體行駛速度不低于65"km/h；（4）市域鐵路運營方式更為靈活，以“大站車+站站停車”為主要列車運行方式；（5）市域鐵路列車運行間距較長，約為4～15"min，全自動運行系統要求運行時長為2～2.5"min間隔；（6）DC1500V"或交流25"kV的交流供電方式[1]。

2"市域鐵路全自動運行系統場景分類

全自動運行系統包含信號、車輛、通信、綜合監控、站臺門、車輛基地工藝設備等系統設備，能實現各系統協同控制、準確聯動，實現市域鐵路列車運行全過程自動化。

目前河南省已結合鄭許市域鐵路對全自動運行聯動場景功能進行了定義，根據運營需求和設備運行狀態可將聯動場景劃分為正常場景、故障場景和應急場景三類。

正常場景下的聯動功能為各系統必須具備的正常功能，主要包括當日正線運行計劃確認與下發、接觸網/接觸軌送電、列車喚醒、軋道車運行、車站開啟、列車出庫、列車進入正線、列車進站停車、站臺發車、列車區間運行、列車清客、列車站前折返、列車站后折返、扣車、跳停、正線運行計劃變更、末班車運行、列車退出正線服務、車站關閉、列車入庫、列車清掃、日檢與維修、車輛基地轉線作業、洗車作業、列車休眠，共計25項場景。

故障場景下的聯動功能是為滿足特定的故障場景所需的特定功能，主要包括車輛受電弓異常降弓、車輛牽引系統故障、車輛制動系統總風壓力低、車輛制動系統空氣制動無法緩解、車輛制動系統空氣制動力損失、車輛輔助逆變器/充電機故障、車載乘客信息（Passenger"Information"System，PIS）系統故障、車輛煙火報警系統故障、車輛障礙物/脫軌檢測裝置故障、車輛照明/空調故障、車輛車門無法關閉、車輛車門無法打開、車輛車門關閉狀態丟失、車輛車門鎖閉狀態丟失、列車關鍵微型斷路器斷開、列車控制管理（Train"Contral"and"Management"System，TCMS）通信故障、主控制中心信號（Assign"Terminal"Service，ATS）完全故障、信號車載設備完全故障、信號聯鎖設備完全故障、信號區域控制器完全故障、信號道岔設備故障、信號信標/應答器故障、信號計軸設備故障、站臺屏蔽門滑動門故障、站臺屏蔽門狀態丟失、接觸網/接觸軌失電、洗車機故障、車庫門故障、人防門/防淹門狀態丟失，共計29項場景。

應急場景下的聯動功能為滿足特定應急場景所需的特定功能，主要包括緊急手柄激活、乘客緊急對講、車門緊急解鎖裝置觸發、駕駛臺蓋板打開、列車電氣柜門打開、列車滅火器被取出、列車障礙物監測裝置/脫軌檢測裝置激活、車門夾人夾物、車門和站臺屏蔽門間隙夾人夾物、站臺屏蔽門夾人夾物、站臺緊急關閉按鈕激活、人員防護開關（Staff"Protecting"Key"Switch，SPKS）裝置激活、列車火災、車站火災、區間火災、線路積水、區間停車、區間阻塞、雨雪模式等共計19項場景。

3"智能全自動運行系統關鍵技術研究

3.1""綜合智能動態調度

全自動運行系統以計劃運行圖為行車組織基礎，加載當日運行計劃，為列車排列進路并指揮列車運行。調度指揮系統下發進路觸發命令，經信號等系統安全檢查后控制軌旁設備聯動，ATP/ATO軌旁計算機為列車計算移動授權和速度防護曲線，自動駕駛列車運行并操控列車。綜合監控系統收集信號、車輛、通信、電力、環境監控和站臺門等系統運行狀態信息，通過人工智能、大數據分析等技術實時監測軌道、列車、電力、環境、客流等信息，完成綜合監控、預測態勢，通過優化調度決策、列車靈活編組等調整手段進行調度指揮控制和調整，實現綜合最優化的智能動態調度。

3.2""基于運行環境智能感知的列車全自主運行

市域鐵路運行環境與地下全封閉城市軌道交通線路存在較大差異，地面段和高架段均為露天敞開環境，存在較多的風險點，比如異物侵限、自然災害及火災等。在復雜的運行環境中，全自動運行系統應根據各類運營場景構建運行環境感知系統，采用多類型、多源傳感器融合的障礙物感知、基于大數據和先進傳感器的設備設施監控管理等手段，采集分析實時環境狀態數據，提升列車運行凈空內障礙物、列車狀態、乘客和緊急事件等的主動檢測和智能感知能力，實現列車與站臺門間異物檢測、軌道障礙物檢測、主動或被動障礙物感知、周界防護報警，應對風、雨、雪、地震等自然災害場景制定相應的列車安全運行策略，針對列車火災、區間火災、車站火災等火災場景制定相應的聯動處置救援策略，全面總結環境異常情況的處置流程和系統智能聯動處置措施，提高全自動運行系統的應急處置能力[3]。全自動運行系統能降低傳統司機和車載司乘人員的工作強度，可支持無人值守的列車運行[2]。

全自動運行系統通過試車線聯調聯試或者正線樣板段試車測試，完成信號、車輛、通信、綜合監控和站臺屏蔽門5大類核心系統等的單體功能、系統間的接口匹配性以及系統聯動功能測試。

3.3""降級優化方案

信號系統對列車的控制方式有全自動控制模式（Fully"Automatic"Mode，FAM）、基于通信的列車自動控制系統（Communication"Based"Train"Control，CBTC）、駕車自動保護模式（Automatic"Train"Protection，ATP）、聯鎖控制模式，其中ATP模式和聯鎖控制模式為降級模式。市域鐵路正線如果配置點式降級模式，由于有源應答器的線纜控制長度有限，區間需增設LEU中繼站，并設置用房、供電、環控等配套設施；若僅配置聯鎖級降級模式，列車降級后在區間運行時間較長、速度較低，對運營效率影響較大。針對上述情況，全自動運行系統在正線可采用優化降級方案，即取消區間點式設備、保留車站內點式設備，按滿足初期行車間隔的降級運營模式要求布設區間信號機，將區間信號機關聯至車站，出站時需檢查區間信號機開放，以實現站間閉塞要求[3]。

3.4""高架段長大區間信號、通信優化方案

3.4.1""信號優化方案

設備集中站對非長大區間軌旁設備的控制一般按表1常規線徑的電纜配置即可。由于市域鐵路高架段長大區間兩端設備集中站距離可能超過20"km，有條件的線路可設置類似國鐵干線鐵路的信號中繼站，增設信號中繼設備。無條件設置信號中繼站的線路，兩個“握手設備集中站”僅對靠近本站的半個區間設備進行控制，通過軌旁設備電纜加粗線徑、加芯、增設中繼器等方式，實現設備集中站對本區間軌旁設備的遠距離控制。

超過7.7"km的區間信號機采用1.4"mm線徑信號電纜，并在設備集中站室內為區間信號機供電的變壓器升壓調壓，以提高室內送電電源電壓，補償遠距離電壓衰減。

為實現對道岔轉轍設備和道岔缺口監測設備的長距離控制，三相交流五線道岔控制距離大于2"km時，應將道岔電纜芯線X1與芯線X2～X5分纜設置，以減少電纜的線間電容；增設軌旁通信轉換器以支持缺口監測信息長距離傳輸。

全線軌道占用檢查裝置采用計軸，由于計軸控制電纜的電阻值要求≤200"Ω，為實現對計軸的遠距離控制，在區間適當位置增設計軸機柜，通過聯鎖遠程驅采實現接口控制。

3.4.2""通信優化方案

市域鐵路設計速度目標值通常在120"km/h以上，為支持高速列車移動通信的需求，通信方案多采用鐵路寬帶移動通信系統（Long"Term"Evolution，LTE-R）技術，通過配置基帶處理單元（Building"Baseband"Unit，BBU）和射頻拉遠單元（Remote"Radio"Unit，RRU）進行分布式基站架構組網。為了實現無線網絡全線覆蓋，避免因線路中某一個聯鎖區RRU光纜業務斷開引發整個區間車地通信中斷的大面積故障，工程實施階段可采用RRU交叉集中站雙向敷設光纜、車地通信通道冗余的優化方案，A網和B網由同一基站BBU敷設放射，同一區間內A網的RRU由同一個設備集中站供電、布設光纜，B網的RRU由另一個設備集中站供電、布設光纜[4]，該方案下單一聯鎖區RRU光纜故障只影響單網，能有效縮小車通信故障的影響范圍。

3.5""智能多線路動態協同調整

目前市域鐵路線網尚處于建設階段，參考城市軌道交通制式線路集群調度與線網內任一單線的ATS設備間接口存在統一調度標準協議的需求，同一線網內采用全自動運行系統的市域鐵路，應遵循統一的調度標準協議，實現線網內運行圖、調度命令和運行計劃協同動態調整，實現線網級調度指揮系統對采用相同信號系統制式的不同線路、不同信號系統制式下的不同線路間的列車調度集中管理和控制，順利完成列車跨線運行、追蹤管理、調度權限切換、異常情況的輔助/自動調整、線間協調調整等功能[5]。

4""結語

全自動運行系統作為高度集成化、智能化的系統，融合了人工智能、機器視覺、大數據和云計算等先進技術，能夠根據動態客流變化靈活配置運力資源，降低司乘人員勞動強度，提升運輸組織靈活性，減少人為誤操作，提高乘客服務質量，有利于市域鐵路提高運行安全性、可靠性、可用性和可維護性，實現資源全方位優化配置，符合綠色低碳環保和降本增效降耗運行的交通發展要求。

參考文獻

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• 李曉爭，牛儒，楊洋，等.基于廣義優先關系網絡的全自動運行系統故障應急處置方案研究[J].現代城市軌道交通，2024（2）：49-56.

[2]鄒海平.城軌全自動運行環境感知相關運營需求研究[J].鐵道通信信號，2023，59（5）：52-59.

[3]王長青，廖洪.高架段長大區間RRU交叉布纜方案及實現[J].鐵道建筑技術，2023（7）：88-91.

[4]宋晗煒.基于設備狀態信息的FAO系統運行風險態勢評估[D].北京：北京交通大學，2021.

[5]ARTURO"A，MARIO"B，SALATORE"S"D，et"al.A"real-time"vital"control"module"to"increase"capabilities"of"railway"control"systems"in"highly"automated"train"operations[J].Real-Time"Systems，"2023，59（4）：636-661.