基于無人駕駛和遠程控制技術的鐵路機務運用模式構想

張文曜

【摘 要】介紹鐵路機務運用現(xiàn)狀，分析制約發(fā)展的因素。介紹無人駕駛和遠程控制技術現(xiàn)狀和成熟案例。針對機務運用問題，以無人駕駛和遠程控制技術融入為基礎，分別按不同技術階段和鐵路運營方式提出機務運用新模式的構想。

【關鍵詞】無人駕駛；遠程控制；鐵路機務；運用構想

引言

隨著鐵路現(xiàn)代化迅速發(fā)展和改革不斷推進。追求效益與安全并重的經(jīng)營思維尤為突出。市場化、靈活化和追求最大效益的運輸組織模式給機務運用帶來前所有為的困難和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的模式所產(chǎn)生的人工成本將成為制約企業(yè)效益最大化的主要問題。利用無人駕駛和遠程控制技術，按照不同技術階段，構想機車運用新模式，最大程度釋放機務運輸能力。

一、機務運用現(xiàn)狀及問題

為適應鐵路快速發(fā)展，國鐵機務運用已有顯著提升和較大創(chuàng)新。以和諧型機車為代表的先進運輸裝備技術保障下，客貨運機車交路都大幅延長，實現(xiàn)了直達旅客列車和直通貨物列車一機直達。打通了主要運輸結點，釋放了樞紐和編組站通過能力。機車功率和黏著特性不斷提升優(yōu)化，客運機車加速性顯著提高，主要通道貨物列車牽引定數(shù)得到提升，補機區(qū)段減少或可實現(xiàn)雙機重聯(lián)，萬噸和單元式組合兩萬噸列車開行成為常態(tài)。乘務制度和乘務交路不斷優(yōu)化調整，司乘人員使用效率大幅提升，勞動強度和作業(yè)時間得到有效控制。單司機、標準機班已廣泛鋪開，作業(yè)方式由換掛改換乘，進一步壓縮了輔助作業(yè)時間。已形成車循環(huán)人繼乘，安全優(yōu)質高效，重載快速環(huán)保的機務運用模式。

但隨著運輸市場化需求，現(xiàn)有運用模式仍存在許多制約發(fā)展的問題，尤其是司乘人員的使用體制將成為制約發(fā)展的主要瓶頸。一是司乘人員工作性質不適應脈動式運輸需求?，F(xiàn)行乘務工作制是有計劃安排司乘人員出乘，工作一定時間后必須滿足休息時間才能第二次出乘，人員大量在途中，不便集中調配。市場化運輸后，運輸任務隨市場需求變化，存在較大波動，如黃金周運輸，春運等等。峰值運輸量遠遠大于日常平均值，造成人員使用極不均衡，運輸?shù)臼褂眯Р伙柡?，運輸峰值人員又嚴重不足。二是司乘人員途中作業(yè)時間不穩(wěn)定，增加人工成本。因列車速度等級增加，貨物列車在速差式運行圖中旅行時間延長，列車中途停輪時間也計入司乘人員作業(yè)時間，易發(fā)生人員超勞換班問題，既不利于安全也不利于效率。如不換班繼續(xù)作業(yè)，則須支付高額的超時工資，大幅增加人工成本。三是裝備型號不統(tǒng)一和輔助工作投入較大。現(xiàn)有機車和動車組雖已簡統(tǒng)，但型號間仍有差別，換班繼乘難度大。司乘人員改裝培訓周期較長，日常操縱也不易完全掌握，造成技能性缺員。培訓設備運用也需要大量成本投入。而列車開行方向或列數(shù)增加，受人員休息時間限制，司乘人員在外點停留人數(shù)也相應增加，使公寓、叫班等輔助性設施和人員投入都要增加。因此解決用人模式的限制是進一步提升效能的重要突破口，無人駕駛和遠程控制技術將成為有效手段。

二、無人駕駛和遠程控制技術發(fā)展及應用

無人駕駛和遠程控制技術起源于20世紀初，1925年無線電設備公司Houdina Radio Control設計了一輛“無人”駕駛汽車American Wonder，該車由普通汽車安裝一個無線電接收設備，通過接收指揮人發(fā)出的無線電信號，遙控馬達來操作車的方向盤、制動器、加速器等。開創(chuàng)了無人駕駛先河。隨著自感知和智能化等技術飛速發(fā)展，形成了遙控駕駛到有人監(jiān)護下的自動駕駛和完全自動駕駛的發(fā)展體系。其中有人監(jiān)護下的自動駕駛技術已經(jīng)相對成熟和穩(wěn)定。

該技術應用與成熟是在軍事領域，1973年美國在越南戰(zhàn)爭結束后，提出了“零死亡”理論，以最大限度降低人員傷亡。軍事領域給予無人駕駛和遠程控制技術巨大財力支持和廣闊試驗空間，用于處理高危任務和人員無法達到地區(qū)。如1986年前蘇聯(lián)切爾弄貝利核電站事故，使用遙控車輛處理高放射性污染物。1991年海灣戰(zhàn)爭，美軍使用有人遠程操縱無人機吸引偵查地面防空火力和打擊縱深目標，極大降低了人員傷亡率。和平時期，該技術被廣泛用于工業(yè)企業(yè)，以降低勞動強度和人工成本。例如無人駕駛鋼水包運輸車，無人駕駛物流車和無人駕駛放射性物品運輸車等。我國鐵路無人駕駛也開始了探索和嘗試，2017年底通車的莞惠城際鐵路就是全球首條CTCS2+ATO列控系統(tǒng)的自動駕駛200km/h等級線路。2018年京沈客專線啟動了CTCS3+ATO列控系統(tǒng)350km/h高鐵自動駕駛系統(tǒng)現(xiàn)場試驗。新技術使用將打破機務傳統(tǒng)運用模式，極大提高生產(chǎn)效能。

三、機務運用新模式的構想

照軌道交通自動化按國際標準分4個等級（GOA），從低至高為GOA1至GOA4。GOA1級是系統(tǒng)監(jiān)督下的人工駕駛，司機操縱列車，列控系統(tǒng)監(jiān)督。GOA2級是有人值守的自動駕駛，列車運行和停站由系統(tǒng)控制，司機監(jiān)護和輔助操作。GOA3級是有人監(jiān)護的無人駕駛，列車無司機，系統(tǒng)控制運行全過程，僅有乘務人員處置突發(fā)問題。GOA4級是無人監(jiān)督自動駕駛，列車上無司乘人員，全過程均有系統(tǒng)控制。

我國現(xiàn)有鐵路絕大多數(shù)采用GOA1等級，因此需要大量司乘人員。短期內技術提升直接跨入GOA3級或以上難度巨大，且影響大批司乘人員崗位，既不利于基礎工業(yè)發(fā)展，更將產(chǎn)生較大負面社會效應。因此結合我國鐵路實際，提出適應社會效益下的機務運用模式構想。

遠程控制無人駕駛模式下的機務運用。在既有機車和動車組增加遠程控制設備和全景顯示監(jiān)護系統(tǒng)。運行完全由系統(tǒng)執(zhí)行，司乘人員不再隨車，改在地面遠程監(jiān)護。列車控制信息和內外部全景圖像回傳至機務段控制中心，監(jiān)護人員在各工位對列車進行監(jiān)護控制。該模式完全顛覆了傳統(tǒng)運用模式。首先是人員使用效率根本性改變，沒有了司機和乘務交路概念，司機崗位完全由監(jiān)護員代替，工作場所固定，人員在段內控制中心進行遠程控制監(jiān)護。工作制也由工時制變?yōu)闃藴嗜涨谥苹蛩陌嘀?，換班和“繼乘”全部在段內進行，作業(yè)時間規(guī)律性和人員使用集中性得到根本性改變。列車開行不再受司乘人員單班工作時間限制，貨物列車因速差制造成的旅行時間延長不再產(chǎn)生監(jiān)護人員超勞。從根本上解決了人力資源矛盾，釋放了機務人員效能。其次是機車運用效率大幅度提升，不再因人員換班繼乘和機型準駕增加換掛和技術作業(yè)。貨物列車補機區(qū)段僅需加掛補機，不再需增加乘務人員。改裝電氣復合車鉤后，機車摘掛不需要列檢作業(yè)，可自動連掛或摘解。再次是輔助后勤設施和人員大幅減少。實行遠程監(jiān)護控制后，人員操作技能要求可大幅降低，技能門檻進一步降低，原司乘人員培訓周期可由三年縮短至一年以內，也不需投入大量模擬培訓器材，控制中心既能滿足監(jiān)護控制功能也可滿足模擬練習需要。同時沿途行車公寓和機務折返點均可以撤銷。最后是應急處置一體化配置。因為列車上不再設置值守人員，途中發(fā)生問題遠程無法處理時，就近派出應急處置人員。以工電融合為基礎，在線路區(qū)間綜合工區(qū)內設置少量應急人員，實現(xiàn)人員集中化生活、專業(yè)化管理和高效化使用。大幅度提高了人員運用效率，降低了人工成本，同時又保留了相當數(shù)量的監(jiān)護員就業(yè)崗位，使企業(yè)利益和社會效益都得到保證。

四、結束語

遠程監(jiān)護無人駕駛系統(tǒng)技術已經(jīng)成熟考核，相比有人駕駛系統(tǒng)具有安全性和可靠性。充分發(fā)揮利用科技設備保安全，提效率的作用，極大的提升了鐵路企業(yè)的運輸效能，也從根本上改變了鐵路機務運用的舊格局，徹底解決了人力資源限制企業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。

參考文獻：

[1] 朱翔、王大慶 城市軌道交通無人駕駛技術的若干應用問題 城市軌道交通研究 2006.12

[2] 蔣歷正 淺析無人駕駛系統(tǒng) 鐵路通信信號工程技術 2006.2

[3] 鄧家龍 無人駕駛城軌列車控制系統(tǒng)的研究與開發(fā) 鐵道車輛 2007.9

[4] 陸小紅 高速鐵路列車自動駕駛系統(tǒng)的研究和仿真實現(xiàn) 鐵路計算機應用 2011.4

（作者單位：南昌機務段）