全自動無人駕駛地鐵車輛檢修基地設(shè)計研究

劉國輝

摘要：全自動駕駛系統(tǒng)指的是完全沒有司機參與，車輛在控制中心的統(tǒng)一控制下實現(xiàn)全自動運營，自動實現(xiàn)列車休眠、喚醒、準備、自檢、自動運行、停車和開關(guān)車門，以及在故障情況下實現(xiàn)自動恢復等功能，包括洗車也在無人操作的情況下完成。目前全世界現(xiàn)有約20條城市軌道交通線采用全自動無人駕駛。還有很多城市正在考慮將既有的軌道交通線路改造成全自動無人駕駛線路。

關(guān)鍵詞：全自動無人駕駛；地鐵車輛檢修基地設(shè)計；研究

一、自動駕駛技術(shù)研究背景及目的

（一）研究背景

隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進程的不斷推進，在遵循科學發(fā)展觀，總結(jié)以往工程建設(shè)經(jīng)驗的同時，迫切需要采用新的技術(shù)，以提高軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的先進性，軌道交通線路開展全自動駕駛工作可以積累工程設(shè)計、建設(shè)以及管理等多方面經(jīng)驗，同時依托工程建設(shè)，帶動相關(guān)國有軌道交通企業(yè)有關(guān)無人駕駛等核心技術(shù)和產(chǎn)品制造能力的提升。

（二）正線及停車場全部按照全自動無人駕駛模式來設(shè)計

全自動無人駕駛停車場，是將正線對列車的運營控制權(quán)由車站延伸至停車場的全自動運行區(qū)域。不僅需要滿足停車場常規(guī)所具備的列車停車、整備、清潔、檢查、定期檢修、調(diào)試等功能，還具備自動“喚醒”待班列車，啟動列車并運行至正線等功能[1]。

（三）研究目的

軌道交通技術(shù)發(fā)展已經(jīng)證明，全自動駕駛是未來重要的技術(shù)發(fā)展方向和目標。迫切需要這項新技術(shù)提高軌道交通路網(wǎng)建設(shè)的先進性，實現(xiàn)科學管理。軌道交通現(xiàn)代化科學管理的落實，采用全自動駕駛系統(tǒng)，無論是在人員還是在管理運營模式上都得到合理、有效的精簡，是一次管理創(chuàng)新，將有效提高管理效率?？梢蕴岣哕壍澜煌ìF(xiàn)代化服務(wù)水平，降低運營成本。全自動駕駛系統(tǒng)能夠根據(jù)客流變化靈活、動態(tài)調(diào)整運營計劃，提高車輛、設(shè)備、設(shè)施的使用效率，減少人員數(shù)量，有效提高運營效率，降低運營成本。

二、研究的主要技術(shù)方案、技術(shù)原理

（一）總論

設(shè)計范圍由停車列檢庫、洗車庫、鏇輪庫、工務(wù)料棚、物資庫、易燃品庫、工程車庫、牽引降壓混合變電所、綜合辦公樓、聯(lián)合檢修庫等組成。根據(jù)全自動駕駛功能需求，停車場設(shè)計時進行有人區(qū)與無人區(qū)的劃分，在有人區(qū)與無人區(qū)出入口處設(shè)置門禁系統(tǒng)。停車列檢庫與洗車庫納入到無人區(qū)的管理范圍，聯(lián)合檢修庫及試車線、鏇輪庫、工程車庫等納入到有人區(qū)范圍內(nèi)。有人區(qū)與無人區(qū)之間設(shè)置轉(zhuǎn)換軌。

（二）無人駕駛停車場工藝設(shè)計

停車列檢庫設(shè)置在無人區(qū)，在停車列檢庫內(nèi)劃分為幾個保護分區(qū)，為了人員進出及作業(yè)安全，各個防護分區(qū)用鐵柵欄形成物理隔離。入庫端設(shè)有人行地下通道，通道在每個防護分區(qū)均有一個出入口，并在出入口設(shè)置門禁。在運轉(zhuǎn)值班室內(nèi)設(shè)置SPKS開關(guān)[2]。

（1）人員進入防護分區(qū)的方式

列檢人員、保潔人員進入到停車列檢庫的某一分區(qū)需要先到運轉(zhuǎn)值班室進行申請。人員通過申請后在運轉(zhuǎn)值班室領(lǐng)取人行地下通道的門禁卡，從人行地下通道進入相應的分區(qū)，刷門禁卡進入。

（2）全自動駕駛區(qū)域車庫門設(shè)置方案

1、庫門與信號系統(tǒng)的接口

庫門完全開啟后，信號系統(tǒng)需要采集庫門的狀態(tài)，當庫門進行開關(guān)操作完成時，信號系統(tǒng)進行采集，確認開關(guān)狀態(tài)到位后，方可進行列車的出入庫。

2、車庫門的設(shè)置

對應每個股道設(shè)置一個車庫門，每個車庫門有各自的打開且鎖閉狀態(tài)信息。聯(lián)鎖系統(tǒng)通過安全繼電器電路來采集所有車庫門的打開狀態(tài)信息，聯(lián)系電路按雙斷設(shè)計。

（4）停車場自動化配套的檢修作業(yè)辦法

全自動駕駛區(qū)域：包括停車列檢庫、洗車庫

1、停車列檢庫作業(yè)

a.全自動駕駛模式時，白天退出高峰期運行的車輛返回停車列檢庫若需要列檢的，集中在一個防護分區(qū)中進行停放。

b.當晚高峰退出運營的車輛返回車場時，各車輛也是依次先集中在一個防護分區(qū)進行停放，由行調(diào)人員進行安排列檢及保潔人員是否可以進入到此分區(qū)進行相關(guān)作業(yè)[3]。

2、洗車庫作業(yè)

a.人工為洗車機上電，洗車機檢查正常（上電檢查需30分鐘）后，開始向聯(lián)鎖系統(tǒng)匯報準備就緒。b.洗車機準備就緒狀態(tài)下，列車運行至洗車機前停車（利用牽出線排列向洗車線的進路）；c.車載VOBC接收到請求確認信息后向車輛TCMS發(fā)送網(wǎng)絡(luò)洗車工況；信號發(fā)牽引命令；d.車輛控制列車恒速運行（車速3～5km/h），車載VOBC通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機發(fā)送洗車信息；e.退出洗車工況后，完成折返換端，列車繼續(xù)以FAM模式運行，根據(jù)信號駛離洗車庫，信號開放應檢查洗車機歸位至限界處。

3、非全自動駕駛區(qū)域：包括聯(lián)合檢修庫、鏇輪庫、工程車庫、物資庫、工務(wù)料棚及其他輔助生產(chǎn)設(shè)施。車輛在非全自動駕駛區(qū)域與全自動駕駛區(qū)域在轉(zhuǎn)換軌處進行模式轉(zhuǎn)換。全自動駕駛模式的車輛在轉(zhuǎn)換軌進行模式轉(zhuǎn)換，車輛在全自動駕駛模式區(qū)域里駛?cè)氲睫D(zhuǎn)換軌處，轉(zhuǎn)換軌處設(shè)有司機上車平臺，司機駕駛車輛到非全自動駕駛區(qū)域。主要內(nèi)容包括月檢、臨修、架修、靜調(diào)。

（三）行車綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計方案

全自動駕駛停車場，備用控制中心和停車場行車綜合自動化系統(tǒng)分開獨立設(shè)置。備用控制中心設(shè)備與功能同控制中心；停車場行車綜合自動化系統(tǒng)為滿足全自動駕駛需求，在綜合樓增加停車場控制室，設(shè)置停車場行調(diào)、車輛調(diào)和電力/環(huán)境調(diào)工作站，并與信號控制室整合在一起。信號系統(tǒng)設(shè)計方案采用全自動運行方式，對列車出入停車場的能力要求更高，因此將停車場自動運行區(qū)域納入正線ATC系統(tǒng)集中控制，自動運行區(qū)域采用全自動駕駛模式，包括列車的喚醒、出入場、洗車、休眠均自動完成。停車場自動運行區(qū)域及試車線采用與正線一致，配置完整的ATC系統(tǒng)。車庫門與信號聯(lián)鎖，信號采集庫門的開門狀態(tài)。只有當車庫門處于打開且鎖閉狀態(tài)時，聯(lián)鎖系統(tǒng)才可以辦理進庫/出庫進路和開放進庫/出庫信號機[4]。門禁系統(tǒng)的設(shè)置方案情況：門禁系統(tǒng)在停車列檢庫防護分區(qū)的人行地下通道出入門處設(shè)置門禁，該門處的門禁系統(tǒng)的就地控制器與該門處的SPKS聯(lián)鎖，SPKS的啟用信號做為打開門禁的條件。門禁系統(tǒng)對停車場無人區(qū)門禁系統(tǒng)的設(shè)置方案為：在設(shè)有SPKS的無人區(qū)，門禁系統(tǒng)與SPKS連鎖，SPKS啟用作為門禁打開門的條件。在沒有設(shè)置SPKS的無人區(qū)，門禁系統(tǒng)與傳統(tǒng)門禁一致，設(shè)置單向讀卡器。

三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點

（一）采用全自動運行方式

列車喚醒、休眠、出入庫、正線運行、自動折返等作業(yè)均由信號系統(tǒng)自動控制完成。為保證列車運營的高安全性和高效性，正線信號系統(tǒng)及停車場無人區(qū)采用了完整的ATC系統(tǒng)。

（二）信號系統(tǒng)與停車列檢庫電動門電機相連接控制

當車輛被喚醒或入庫前信號系統(tǒng)發(fā)出指令控制庫門開啟與關(guān)閉，實現(xiàn)車輛自動出、入庫。

四、先進技術(shù)、進步的意義、推廣應用范圍和前景

（一）全自動駕駛系統(tǒng)可提高安全性、可靠性

全自動駕駛系統(tǒng)利用高效ATC系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)、智能運轉(zhuǎn)的功能保障，減少不必要的誤操作。具備災害情況下的快速反應能力，大大提高了安全性。全自動駕駛系統(tǒng)的車輛、信號、以及車輛與控制中心的通信系統(tǒng)均采用冗余互備技術(shù)，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(tǒng)的可用性和可靠性。

（二）控制投資，降低運營成本

全自動駕駛系統(tǒng)能實現(xiàn)對列車的精確定位及實時跟蹤，可以有效縮短行車間隔，提高旅行速度。提高列車使用率，減少配置列車數(shù)量。取消駕駛員，減少定員。傳統(tǒng)軌道交通線路每條線至少有數(shù)百名司機，采用全自動駕駛系統(tǒng)由中心集中控制，可以大幅度減少人員配置數(shù)量，有效降低運營成本。

（三）根據(jù)客流量變化，動態(tài)調(diào)整列車運行計劃，有效控制空車走行，節(jié)約牽引能耗，運營組織更加靈活[5]。

總結(jié)：

綜上所說，本研究為無人駕駛停車場提供了工藝，通信等其它專業(yè)的設(shè)計，為以后的無人駕駛技術(shù)提供足夠的技術(shù)支持，能夠滿足地鐵行業(yè)的運營需求，適用范圍廣泛，應用前景廣闊。