全自動駕駛技術(shù)分類及系統(tǒng)設(shè)備等配置要點

肖培龍

(中鐵電化局設(shè)計研究院，北京 100036)

全自動駕駛技術(shù)分類及系統(tǒng)設(shè)備等配置要點

肖培龍

(中鐵電化局設(shè)計研究院，北京 100036)

ATO自動駕駛技術(shù)可以細(xì)分為DTO、STO、UTO（FAO）3類，簡單介紹自動駕駛的分類以及UTO

全自動駕駛；分類；設(shè)備配置

全自動駕駛技術(shù)目前已在全國各地地鐵領(lǐng)域逐漸推廣使用，北京、上海、廣州、深圳等城市已有一些使用應(yīng)用經(jīng)驗，一些新建地鐵城市也都在試用全自動無人自動駕駛技術(shù)。

全自動駕駛技術(shù)與目前常規(guī)的ATO自動駕駛技術(shù)又有哪些區(qū)別？全自動駕駛線路車輛段設(shè)備等配置又有哪些特殊要求？下面就目前國內(nèi)全自動駕駛技術(shù)做一簡單介紹，以供大家參考。

1 全自動駕駛技術(shù)分類

列車自動運行控制系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO），主要用于實現(xiàn)“地對車控制”，即用地面信息實現(xiàn)對列車驅(qū)動、制動的控制，列車運行安全由列車運行自動防護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）來保障。由于使用ATO子系統(tǒng)后，可以使列車經(jīng)常處于最佳運行狀態(tài)，避免了不必要的、過于劇烈的加速和減速，因此，明顯提高旅客的乘車舒適度和列車準(zhǔn)點率，減少輪軌磨損，與列車的再生制動相配合，可以節(jié)省電能的消耗。

1.1 ATO主要功能

列車區(qū)間運行自動控制（包括區(qū)間停車后再啟動），完成列車的牽引、巡航、惰行和制動的控制，以較高的速度實現(xiàn)列車的追蹤運行，確保列車達(dá)到設(shè)計運行間隔和旅行速度。

車站站臺定點停車控制，精度停車誤差應(yīng)不大于±0.5 m。

車站通過（跳停）控制。

司機(jī)監(jiān)督下的自動折返控制及自動折返時列車兩端的車載設(shè)備自動轉(zhuǎn)換控制。

車門開、關(guān)的監(jiān)督控制，只有車門均已關(guān)閉后，才允許列車啟動。

根據(jù)不同的條件選擇最佳運行工況，確保列車按運行圖運行，達(dá)到列車運行的自動調(diào)整和節(jié)能控制。

實現(xiàn)與ATS、ATP子系統(tǒng)的接口及信息交換。

1.2 ATO自動駕駛的分類

ATO自動駕駛可以細(xì)分為3類：STO、DTO、UTO（FAO）。

1）有司機(jī)監(jiān)控自動駕駛模式STO

STO（Semi-Automatic Train Operation）方式是指列車按控制中心給定的指令自動運行、到站自動停穩(wěn)并對準(zhǔn)站臺門后，自動打開車門，但關(guān)閉車門和啟動列車發(fā)車運行的操作還需由司機(jī)人工確認(rèn)和完成，是司機(jī)在監(jiān)控列車自動運行，一旦遇突發(fā)事件，司機(jī)直接控制列車運行。

這是目前國內(nèi)普遍采用的一種駕駛模式，在北京、上海、廣州等城市軌道交通運營線路普遍運用，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并具有完善實用的應(yīng)用和管理規(guī)程，滿足當(dāng)前在建地鐵運營的要求。

2）無司機(jī)有人監(jiān)視自動駕駛模式DTO

DTO（Driverless Train Operation）方式是指包括開關(guān)車門、啟動列車發(fā)車在內(nèi)的所有駕駛操作均由系統(tǒng)按控制中心指令自動完成，列車監(jiān)視人員只對列車設(shè)備狀況和列車運行前方環(huán)境實施監(jiān)視，對設(shè)備故障和意外情況進(jìn)行即時處理，不直接參與正常的列車運行控制。

目前，國內(nèi)已有采用DTO駕駛模式的線路，其駕駛模式中，列車功能都是自動的。ATS根據(jù)運行時刻表在固定時間喚醒車載設(shè)備，并按ATS指令進(jìn)入正線運營，其運營時間內(nèi)一切功能無需司機(jī)介入（包括運營完畢后列車返回車輛綜合基地自動休眠）。但需有人監(jiān)控旅客上、下等情況。

3）完全無人自動駕駛模式UTO

UTO（Unattended Train Operation）或稱FAO（Fully Automatic Operation）, 真正實現(xiàn)完全無人自動駕駛，實現(xiàn)區(qū)間的列車停車后的自動啟動及自動運行、車站定點停車、車站自動開關(guān)車門、無人駕駛自動折返、車站停車到時自動發(fā)車、自動進(jìn)庫休眠、自動按時叫醒、自檢發(fā)現(xiàn)故障自動上報及按時刻表由車庫自動出發(fā)等。同時對列車設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測，對列車各系統(tǒng)進(jìn)行自動診斷，將列車設(shè)備狀況信息及故障報警信息傳送到控制中心，對各種故障和意外情況需要詳細(xì)分類，并做出對應(yīng)的處置預(yù)案。

目前，北京燕房線、上海10號線均采用全無人自動駕駛技術(shù)，車輛不設(shè)駕駛室（隱藏駕駛臺，應(yīng)急時可以打開，簡單操控列車），也不設(shè)專職駕駛?cè)藛T，車輛完全由計算機(jī)控制按時刻表自動運行。

2 全自動駕駛車輛段線路配置要求

全自動駕駛線路要求做到全封閉，按無人自動駕駛區(qū)進(jìn)行隔離，以防閑雜人員、家畜、外來物等侵入自動運行線路，造成不必要的傷害事故。

全自動駕駛車輛基地是將正線對列車的運營控制權(quán)由車站延伸至車輛基地的自動駕駛區(qū)域，不僅需要滿足車輛基地常規(guī)所具備的列車停放、整備、清潔、檢測、定期檢修、調(diào)試等功能，還要具備自動“喚醒”待班列車，啟動列車并運行至正線。全自動駕駛車輛段應(yīng)有別于有人駕駛車輛段，也要按無人自動駕駛區(qū)、有人工作區(qū)進(jìn)行隔離，在兩區(qū)結(jié)合部設(shè)置轉(zhuǎn)換軌，利用轉(zhuǎn)換軌區(qū)段進(jìn)行駕駛模式轉(zhuǎn)換和人工駕駛權(quán)力交接。需要人工干預(yù)的或人工檢修作業(yè)的庫線一般都設(shè)在無人區(qū)之外，以保障維修人員的人身安全。無人區(qū)盡量集中設(shè)置，轉(zhuǎn)換軌也應(yīng)盡量少設(shè)，便于系統(tǒng)配置和管理，且節(jié)省工程投資。傳統(tǒng)設(shè)置的有人駕駛車輛段出入口處的轉(zhuǎn)換軌，在全無人自動駕駛車輛段可以不設(shè)，改設(shè)在有人/無人分界點結(jié)合部。

無人自動駕駛停車庫線、洗車線、牽出線、折返線等應(yīng)考慮足夠的自動駕駛時的安全保護(hù)距離，以防制動失效時車輛的安全。當(dāng)庫線需?？績闪熊囕v時，兩列車的中間也要留足安全保護(hù)距離。

洗車庫線可以設(shè)置成全自動洗車線，納入無人駕駛區(qū)。也可以設(shè)置成半自動洗車線或人工洗車線，納入有人駕駛區(qū)。具體配置視各線要求及工程投資來定。

無人自動駕駛停車庫線若存在庫門，則應(yīng)納入信號聯(lián)鎖，防止庫門的隨意開啟影響到車輛的行駛安全。

3 車輛等系統(tǒng)配套要求

全自動駕駛車輛要按無人駕駛設(shè)計，取消駕駛室，隱藏簡易駕駛臺，增設(shè)線路障礙物檢測、列車休眠、列車喚醒、綜合自檢、自動重啟、列車蠕動、列車工況模式自動轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程操控、列車自動洗車（可選）等功能。每節(jié)車需配置視頻監(jiān)控攝像機(jī)、煙感火災(zāi)報警器、乘客運程對講機(jī)、自動廣播、緊急停車按鈕、旅客信息顯示屏等?；馂?zāi)煙感報警器與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，遇火災(zāi)突發(fā)情況，在控制中心自動報警并彈出該車廂畫面，中心值班人員可以通過廣播指導(dǎo)乘客使用運程對講機(jī)進(jìn)行溝通，了解車內(nèi)的具體情況，根據(jù)實時工況確定具體處理措施。車內(nèi)緊急按鈕也要與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，一旦有人按壓（平常禁止隨便亂動），則在控制中心自動彈出該車廂畫面，中心值班人員通過監(jiān)視判斷確定是否立即停車處理。在香港、新加坡地鐵，車內(nèi)緊急按鈕是直接接入車載信號ATP控制系統(tǒng)，一旦有人按壓則立即停車。我國由于怕人們好奇亂按此按鈕，則在規(guī)范中要求區(qū)間不停車至前方車站停車處理，防止區(qū)間救援困難。筆者認(rèn)為，無人自動駕駛線路應(yīng)視線路區(qū)間的長短、救援設(shè)施逃生通道等的配置、應(yīng)急救援方案措施等來確定，不能千篇一律地規(guī)定都要在前方車站?？?。目前市郊線路、機(jī)場線路等有很長站間距的區(qū)間，若真的發(fā)生火災(zāi)，再到很遠(yuǎn)的前方車站停車處理，恐怕又要出韓國大邱地鐵的慘劇了。

自動駕駛線路行車區(qū)域必須全部封閉，主要是目前列車在障礙物自動探測和自動識別技術(shù)上還不是非常安全可靠，還需采取被動檢測技術(shù)。在車輛頭部下端設(shè)置壓力傳感器，當(dāng)遇障礙物碰撞時，被動檢測到障礙物的存在，并接入信號控制系統(tǒng)被動停車。

全線各站站臺端門必須設(shè)門禁，一般人員在列車運行期間嚴(yán)禁進(jìn)入軌行區(qū)，停運期間也要經(jīng)申請登記同意后方能進(jìn)入，出軌行區(qū)后要消點登記，經(jīng)行車調(diào)度確認(rèn)后才能投入運營。特殊情況下，工作人員需要在白天正常運營時段內(nèi)進(jìn)入全自動運行區(qū)域，必須向調(diào)度人員申請，取得同意后，封鎖相應(yīng)的防護(hù)區(qū)域，禁止排列出入該區(qū)域的列車、調(diào)車進(jìn)路，禁止該區(qū)域內(nèi)的列車移動，并通知門禁系統(tǒng)開啟相應(yīng)的通道大門，工作人員才可持卡進(jìn)場工作。

當(dāng)夜間線路安排工程施工或維護(hù)后，第二天運營前要安排有司機(jī)監(jiān)控跟車的頭班車探路，防止線路上有施工遺撒物品，影響行車安全。

無人自動駕駛線路要配套旅客逃生通道，遇火災(zāi)等突發(fā)事件，可以利用逃生通道緊急疏散乘客。在啟用區(qū)間緊急疏散模式時，供電系統(tǒng)應(yīng)切斷該故障車區(qū)域三軌供電及雙線隧道鄰線的三軌供電，防止乘客在線路上亂跑，一是防觸電，二是防鄰線來車造成次生災(zāi)難。逃生通道要配備應(yīng)急照明、自動廣播及逃生指示標(biāo)識，用以引導(dǎo)、指示乘客有序疏散。

車輛在區(qū)間因故停車超時（時間可設(shè)定），通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能迅速切換到事故通風(fēng)模式，火災(zāi)時能迅速排除煙氣、引導(dǎo)乘客向安全區(qū)疏散。

4 信號系統(tǒng)配置要求

全自動駕駛線路信號系統(tǒng)要按高可靠、多冗余配置，要具備列車間隔控制、超速防護(hù)、車門/站臺門監(jiān)控、自動開關(guān)車門/站臺門、支持不同駕駛模式下列車自動控制/自動轉(zhuǎn)換、列車自動定位、測速、后溜防護(hù)、零速檢測、列車非正常移動的檢測并實施緊急制動防護(hù)、車輛障礙物檢測/脫軌檢測系統(tǒng)接入控制、蠕動模式控制、EB緊急制動緩解、列車自動休眠、自動換醒、綜合自檢、自動洗車、自動出發(fā)、列車輪徑自動校正、車載設(shè)備遠(yuǎn)程復(fù)位、自動對位停車、自動扣車、自動跳停、車門和站臺門故障隔離、自動折返、檢修人員保護(hù)開關(guān)等一系列功能。

遇突發(fā)事件，車廂內(nèi)乘客按壓緊急按鈕時，信號系統(tǒng)可以提供立即停車、切斷車輛牽引電源讓車輛惰行、不理睬到前方車站停車或由控制中心調(diào)度值班人員直接干預(yù)停車等多種模式，供運營部門決策，在設(shè)計聯(lián)絡(luò)階段最終確定具體控制方案。

全自動駕駛車輛段信號系統(tǒng)要按列車進(jìn)路，配備與正線信號系統(tǒng)一致的信號設(shè)備，在全自動駕駛與有人駕駛轉(zhuǎn)換軌區(qū)設(shè)信號模式轉(zhuǎn)換設(shè)備，在地面設(shè)自動出發(fā)按鈕，供車輛進(jìn)入自動駕駛區(qū)前由司機(jī)按壓，車輛則自動駕駛進(jìn)入無人區(qū)。車輛段內(nèi)無人自動駕駛區(qū)一般不設(shè)調(diào)車信號機(jī)，考慮特殊情況，需在無人區(qū)進(jìn)行調(diào)車作業(yè)時可以簡單配置調(diào)車信號，調(diào)車作業(yè)需納入控制中心計劃運行圖管理，不得強(qiáng)行作業(yè)，以免打亂正常行車秩序。進(jìn)入無人自動駕駛區(qū)進(jìn)行有人駕駛調(diào)車作業(yè)，必須有配套完善的規(guī)章管理制度約束。有人作業(yè)區(qū)一般僅設(shè)調(diào)車信號，特殊情況也可以特設(shè)列車信號。

5 結(jié)語

全自動駕駛技術(shù)在我國起步較晚，相應(yīng)規(guī)章制度和技術(shù)措施尚在研究制定過程中，有一些技術(shù)細(xì)節(jié)（如按壓車廂內(nèi)緊急按鈕的處理等）還有待于進(jìn)一步研究處理。希望通過此文能夠引起大家共鳴，共同研究，早日確定相關(guān)技術(shù)政策，規(guī)范全無人自動駕駛設(shè)計和應(yīng)用。

[1]國外全自動駕駛談判資料[Z].

[2]首都機(jī)場線有關(guān)設(shè)計文件[Z].

ATO technology can be classifi ed into Driverless Train Operation (DTO), Semi-automatic Train Operation (STO) and Unattended Train Operation (UTO). This paper simply introduces the classifi cation of the ATO, as well as key confi guration points of UTO system equipment, for providing reference for the design of fully automatic operation (FAO).

Fully Automatic Operation (FAO); classifi cation; equipment confi guration

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.013

2016-10-08）

模式系統(tǒng)設(shè)備配置要點，供全無人自動駕駛設(shè)計時參考。