全自動(dòng)無(wú)人駕駛綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

熊天圣 王克斌

摘 ?要：軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)具備安全運(yùn)營(yíng)、組織靈活、優(yōu)化乘客服務(wù)、減少人員配置的優(yōu)勢(shì)，成為軌道交通發(fā)展的主要方向。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)作為軌道交通綜合運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)，能夠很好地滿足無(wú)人駕駛高度自動(dòng)化、集中化、安全化的需求。本文通過(guò)分析城市軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理需求，梳理全自動(dòng)無(wú)人駕駛的關(guān)鍵因素，從智能集成、運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景、信息一體化融合展示、智能運(yùn)維等方面對(duì)全自動(dòng)無(wú)人駕駛綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng);軌道交通綜合自動(dòng)化系統(tǒng);智能集成;信息融合展示;智能運(yùn)維

中圖分類號(hào)：U172.7 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）14-0093-03

Analysis and Design of Automatic Unmanned Integrated Automation System

XIONG Tiansheng，WANG Kebin

（Shanghai Seisys Intellingent System Co.，Ltd.，Shanghai ?200063，China）

Abstract：With the advantages of safe operation，flexible organization，optimizing passenger service and reducing staffing，the automatic driverless system of rail transit has become the main direction of rail transit development. As an integrated operation and dispatching management system of rail transit，the integrated automation system can well meet the needs of highly automated，centralized and safe driverless operation. In this paper，the operation dispatching management requirements of the automatic unmanned driving system for urban rail transit are analyzed，and the key factors of the automatic unmanned driving system are sorted out. The design and research of the automatic unmanned driving integrated automation system are carried out from the aspects of intelligent integration，operation scene，information integration display，intelligent operation and maintenance.

Keywords：automatic unmanned driver system;rail transit integrated automation system;intelligent integration;information fusion display;intelligent operation and maintenance

0 ?引 ?言

城市軌道交通具有多復(fù)雜專業(yè)共同運(yùn)營(yíng)、空間密閉性強(qiáng)、列車運(yùn)行密度高、客流量巨大、社會(huì)高度關(guān)注、應(yīng)急指揮協(xié)調(diào)難度大等特點(diǎn)。在運(yùn)營(yíng)中如果出現(xiàn)行車延誤、設(shè)備故障、大型社會(huì)活動(dòng)客流沖擊、自然災(zāi)害、人為破壞等突發(fā)事件，往往會(huì)導(dǎo)致軌道交通網(wǎng)絡(luò)局部擁堵，有的甚至?xí)绊懻麄€(gè)軌道交通線網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)，造成惡劣的社會(huì)影響。軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)具備安全運(yùn)營(yíng)、組織靈活、優(yōu)化乘客服務(wù)、減少人員配置的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為軌道交通行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)營(yíng)指揮調(diào)度系統(tǒng)如何更好地滿足無(wú)人駕駛高度自動(dòng)化、集中化、安全化的需求成為亟待研究的課題。

城市軌道交通在通車運(yùn)營(yíng)時(shí)，一般會(huì)同步建設(shè)完成以設(shè)備管理為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，集成電力、環(huán)控、門(mén)禁、消防系統(tǒng)，互聯(lián)通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享和系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)，但是受限于集成范圍和深度，主要集中于消防聯(lián)動(dòng)，不能完全發(fā)揮多系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源和綜合聯(lián)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。城市軌道交通綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是指在統(tǒng)一的硬件、網(wǎng)絡(luò)資源和智能化監(jiān)控平臺(tái)上，對(duì)行車監(jiān)控、車輛信息、機(jī)電設(shè)備、通信系統(tǒng)的全面、深度集成，以行車指揮為核心，實(shí)現(xiàn)軌道交通的綜合運(yùn)營(yíng)管理和調(diào)度，對(duì)全自動(dòng)無(wú)人駕駛的智能運(yùn)行來(lái)說(shuō)具有重要意義。

1 ?全自動(dòng)無(wú)人駕駛運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理分析

1.1 ?全自動(dòng)無(wú)人駕駛關(guān)鍵因素分析

軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛線路與常規(guī)線路在運(yùn)營(yíng)管理上有明顯不同，最基本的區(qū)別是，在管理上，因?yàn)榱熊囁緳C(jī)配置的取消，全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)需要在控制中心新增代替司機(jī)，對(duì)車載乘客進(jìn)行服務(wù)和管理的崗位，以及對(duì)車輛運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和管理的崗位，一般稱為乘客調(diào)度和車輛調(diào)度;在技術(shù)上，全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)集成車輛信息監(jiān)控，并且在廣度和深度上也有延伸，需要實(shí)現(xiàn)場(chǎng)段內(nèi)監(jiān)控。

全自動(dòng)無(wú)人駕駛模式下，除了需要對(duì)信號(hào)/車輛/綜合監(jiān)控ISCS三大系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)上的改造外，還需要從運(yùn)營(yíng)籌劃方面滿足無(wú)人駕駛系統(tǒng)的需求。需要組建具備多專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的綜合調(diào)度團(tuán)隊(duì)和運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)軌道交通運(yùn)行的綜合調(diào)度指揮能力和安全運(yùn)維能力，提升控制中心集中實(shí)時(shí)控制管理水平，為無(wú)人駕駛系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)提供管理上的支撐和保障。同時(shí)，根據(jù)無(wú)人駕駛的需求以及國(guó)內(nèi)軌道交通當(dāng)前的運(yùn)營(yíng)組織現(xiàn)狀，制定適用于國(guó)內(nèi)軌道交通運(yùn)營(yíng)條件的管理目標(biāo)、運(yùn)營(yíng)策劃、應(yīng)急調(diào)度、維護(hù)管理等制度值得重點(diǎn)研究。

1.2 ?全自動(dòng)無(wú)人駕駛運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理需求分析

在全自動(dòng)無(wú)人駕駛模式下，車輛、信號(hào)、綜合監(jiān)控三大關(guān)鍵專業(yè)系統(tǒng)需要高效協(xié)同，共同完成各類場(chǎng)景的作業(yè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)以行車調(diào)度指揮為核心的運(yùn)營(yíng)管理。全自動(dòng)無(wú)人駕駛調(diào)度指揮和運(yùn)營(yíng)管理的主要需求分析如下。

1.2.1 ?實(shí)現(xiàn)以行車指揮為核心的智能集成

軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)，需要在常規(guī)以設(shè)備管理為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)之上對(duì)集成范圍進(jìn)行擴(kuò)展，增加對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的集成深度，即建設(shè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通中機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備、行車、車輛、乘客、環(huán)境的全面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)信息共享、協(xié)調(diào)調(diào)度，最終達(dá)到行車調(diào)度指揮和車站智能化運(yùn)行管理，滿足全自動(dòng)無(wú)人駕駛在控制中心、車站、區(qū)間、廠段的各類場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)。

1.2.2 ?一體化的運(yùn)營(yíng)信息融合展示，實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)指揮

通過(guò)將車輛信息、行車調(diào)度信息和機(jī)電設(shè)施設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行深度集成和高度融合，為調(diào)度指揮人員提供多專業(yè)融合信息全景展示，通過(guò)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能減少多專業(yè)信息接口聯(lián)通處理環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的扁平化和模塊化管理，避免通過(guò)系統(tǒng)外部接口帶來(lái)的接口信息固化、場(chǎng)景固定、通信延時(shí)等問(wèn)題，提升運(yùn)營(yíng)管理的效率和應(yīng)急指揮的速度。

1.2.3 ?實(shí)現(xiàn)多專業(yè)設(shè)施設(shè)備的智能運(yùn)維

常規(guī)系統(tǒng)的機(jī)電、車輛、信號(hào)系統(tǒng)各業(yè)務(wù)設(shè)備的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)是分別進(jìn)行采集和管理分析的，各個(gè)專業(yè)之間信息互通性較差，難以綜合運(yùn)用。在全自動(dòng)無(wú)人駕駛的情況下，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)機(jī)電、車輛、行車進(jìn)行統(tǒng)一集成，實(shí)時(shí)采集信號(hào)、車輛、供電、機(jī)電、通信等各專業(yè)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)并統(tǒng)一匯聚到線路綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)中，利用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、人工智能、大數(shù)據(jù)分析決策、智能學(xué)習(xí)、設(shè)備健康診斷模型等技術(shù)，構(gòu)建綜合性的運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)軌道交通智能運(yùn)維管理，對(duì)隱患提前預(yù)警，推動(dòng)設(shè)備維修模式從“故障修”到“狀態(tài)修”，從而降低軌道交通設(shè)施設(shè)備的故障率，保證運(yùn)營(yíng)的可靠性和安全性。

2 ?全自動(dòng)無(wú)人駕駛綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

全自動(dòng)無(wú)人駕駛綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以行車指揮為核心，將車輛、行車、電力、機(jī)電、通信等專業(yè)深度集成，全面提升運(yùn)營(yíng)管理和乘客服務(wù);按照無(wú)人駕駛系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)進(jìn)行場(chǎng)景定義和功能分配，在統(tǒng)一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多專業(yè)信息融合展示，實(shí)現(xiàn)基于運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的所有功能，滿足全自動(dòng)無(wú)人駕駛的場(chǎng)景聯(lián)動(dòng);全方位采集各專業(yè)設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行、故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)預(yù)警與健康度分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)智能化。

2.1 ?全自動(dòng)無(wú)人綜合自動(dòng)化系統(tǒng)集成架構(gòu)

全自動(dòng)無(wú)人駕駛綜合自動(dòng)化系統(tǒng)由中央綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、車站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（包含場(chǎng)段）以及車載綜合自動(dòng)化系統(tǒng)組成。與常規(guī)線路以設(shè)備調(diào)度為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)相比較，新增與信號(hào)系統(tǒng)ATS的深入融合以及車載綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要優(yōu)化與信號(hào)專業(yè)ATS的集成設(shè)計(jì)，選擇合適的集成方式，加強(qiáng)對(duì)列車運(yùn)行、行車故障、乘客報(bào)警、車輛故障、車站機(jī)電設(shè)備的聯(lián)動(dòng)和信息整合。車載綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)MVB總線實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛TCMS的信息接入和數(shù)據(jù)整合，通過(guò)接入車載PIS環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛PIS的信息接入和數(shù)據(jù)整合，通過(guò)維護(hù)以太網(wǎng)全面采集車輛維護(hù)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)控制中心調(diào)度對(duì)車輛乘客的監(jiān)視和互動(dòng)，包括廣播、視頻監(jiān)視以及對(duì)講等功能，實(shí)現(xiàn)車輛設(shè)備的工況管理、狀態(tài)監(jiān)控、聯(lián)動(dòng)等功能。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

2.2 ?全自動(dòng)無(wú)人駕駛場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)和一體化信息融合展示

全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景作為全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營(yíng)策劃的主要內(nèi)容和運(yùn)營(yíng)需求，對(duì)系統(tǒng)功能分配、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、作業(yè)流程及運(yùn)營(yíng)規(guī)則都有重要的指導(dǎo)作用。運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)需要統(tǒng)一軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行線路正常、故障和應(yīng)急的主要場(chǎng)景，空間范圍涵蓋正線和車庫(kù)，明確各類場(chǎng)景的處置流程和功能需求分配。全自動(dòng)無(wú)人駕駛的基本場(chǎng)景分析如圖2所示。

全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)將軌道交通行車調(diào)度指揮和運(yùn)營(yíng)管理進(jìn)一步集中于控制中心，控制中心的調(diào)度需要實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、車站、場(chǎng)段大范圍的集中監(jiān)控，需要對(duì)全局范圍內(nèi)的監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行綜合性的組織和融合。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在擴(kuò)大集成范圍和增加集成深度的情況下，大大提高了控制中心的監(jiān)控能力，融合一體的機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、電力監(jiān)控、行車調(diào)度、車輛監(jiān)控、乘客監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控，在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)上采用多專業(yè)信息融合可視化技術(shù)進(jìn)行組合，提供綜合全景監(jiān)視視圖和控制功能。例如在控制中心的行車監(jiān)視人機(jī)界面上，融合展示行車、機(jī)電、車輛的綜合信息，在傳統(tǒng)的ATS站場(chǎng)圖的基礎(chǔ)上，融合觸網(wǎng)供電信息、車站工況信息、隧道風(fēng)機(jī)信息，結(jié)合站場(chǎng)圖的列車位置信息、信號(hào)信息、設(shè)備信息、車輛的狀態(tài)信息，通過(guò)這張行車全景圖，可以總體掌握線路行車調(diào)度所需的所有相關(guān)信息。在車站的綜合運(yùn)營(yíng)信息人機(jī)界面，融合展示整個(gè)車站的多專業(yè)整體健康情況、重要設(shè)備運(yùn)行情況、客流狀態(tài)、車站環(huán)境狀態(tài)、車站網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，通過(guò)車站全景圖，車站運(yùn)營(yíng)人員可以總體掌握車站運(yùn)營(yíng)所需的所有相關(guān)信息。

2.3 ?軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛一體化智能運(yùn)維

軌道交通現(xiàn)有的綜合監(jiān)控、車輛、信號(hào)、通信系統(tǒng)等各個(gè)專業(yè)的維護(hù)支持系統(tǒng)分離設(shè)置，各系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)、維護(hù)管理數(shù)據(jù)獨(dú)立采集和存儲(chǔ)，難以互通使用，難以進(jìn)行跨專業(yè)聯(lián)合分析和診斷。面向全自動(dòng)無(wú)人駕駛的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，將機(jī)電、車輛、信號(hào)、通信等軌道交通各個(gè)專業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和維護(hù)數(shù)據(jù)做統(tǒng)一的采集并匯聚到綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，有利于進(jìn)行運(yùn)行和維護(hù)全過(guò)程多專業(yè)的信息的融合。在無(wú)人駕駛的情況下，各專業(yè)需要緊密協(xié)作，一旦出現(xiàn)故障和突發(fā)事件，其造成的影響會(huì)牽涉更多的系統(tǒng)，這就需要對(duì)多專業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，提前對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的健康度進(jìn)行診斷，對(duì)隱患提前預(yù)警，并對(duì)發(fā)生的故障進(jìn)行快速的智能定位，對(duì)于保證地鐵運(yùn)營(yíng)安全具有十分重要的意義。

智能運(yùn)維通過(guò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享、服務(wù)共享、運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人駕駛各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)自動(dòng)化故障智能檢測(cè)，自動(dòng)判斷設(shè)備在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的隱患，對(duì)即將發(fā)生的故障及時(shí)發(fā)出預(yù)警，輔助運(yùn)維管理者進(jìn)行消患、故障根因判斷和運(yùn)維處理。智能運(yùn)維實(shí)現(xiàn)在軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛的復(fù)雜系統(tǒng)和大規(guī)模運(yùn)營(yíng)設(shè)備情況下，采集、存儲(chǔ)多專業(yè)海量設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)智能分析，以可視化的形式展現(xiàn)出來(lái)，從而為管理者提供運(yùn)維管理的智能決策。

智能運(yùn)維連接軌道交通的工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)和信息化運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)，使軌道交通自動(dòng)化和信息化應(yīng)用深度融合;將軌道交通的自動(dòng)化工業(yè)設(shè)備運(yùn)行特有格式的狀態(tài)數(shù)據(jù)、原始日志、圖片、多媒體文件等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可識(shí)別的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)或時(shí)間序列數(shù)據(jù);通過(guò)建立采集數(shù)據(jù)與設(shè)備模型的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與設(shè)備聯(lián)動(dòng)，設(shè)備與運(yùn)維管理聯(lián)動(dòng)，做到自動(dòng)化處理設(shè)備數(shù)據(jù)采集、健康智能診斷、運(yùn)維管理自動(dòng)化觸發(fā)，智能化的推動(dòng)維保管理的完整閉環(huán)。利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)解決人工的閾值設(shè)定、提高故障預(yù)判預(yù)警能力。通過(guò)對(duì)多種專業(yè)運(yùn)維數(shù)據(jù)的聚合和跨專業(yè)分析，及時(shí)有效地為管理者提供運(yùn)維決策支持。

3 ?結(jié) ?論

軌道交通全自動(dòng)無(wú)人駕駛綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的信息融合，是軌道交通大數(shù)據(jù)的綜合管理平臺(tái);為跨專業(yè)聯(lián)動(dòng)、應(yīng)急調(diào)度指揮、設(shè)備安全監(jiān)測(cè)、綜合運(yùn)維管理提供基礎(chǔ)，是軌道交通兩化融合的橋梁，隨著全自動(dòng)無(wú)人駕駛線路在國(guó)內(nèi)的不斷增多，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)方案也將隨著實(shí)踐的情況不斷地改進(jìn)，必將在軌道交通運(yùn)營(yíng)管理和調(diào)度指揮中發(fā)揮更加重要的作用。

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作者簡(jiǎn)介：熊天圣（1983.08-），男，漢族，上海人，工程師，碩士，研究方向：軌道交通綜合監(jiān)控、智慧車站、智能運(yùn)維等技術(shù)研究與工程實(shí)施;王克斌（1983.09-），男，漢族，上海人，工程師，碩士，研究方向：軌道交通智能化與信息化研究與工程實(shí)施。