城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)相關(guān)分析

金仲軍 許琿 劉建鋒

浙江眾合科技股份有限公司，中國(guó)·浙江 杭州 310051

城市軌道交通；無人駕駛系統(tǒng)

1 引言

隨著中國(guó)各大城市人流量的增加，社會(huì)對(duì)城市交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)也提出了更高的要求。為了更好地滿足城市居民的出行需求，必須要大力發(fā)展城市軌道交通。但是，隨著城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路增加以及列車發(fā)車頻率的提升，列車司機(jī)、站務(wù)、乘務(wù)以及維護(hù)檢修人員的隊(duì)伍規(guī)模也在不斷的擴(kuò)大，這不僅會(huì)增加城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本，還會(huì)增加傳統(tǒng)人工作業(yè)環(huán)節(jié)的工作壓力。長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷的重復(fù)作業(yè)，很容易引發(fā)交通安全事故。在這種情況下，將無人駕駛系統(tǒng)應(yīng)用到城市軌道交通中，實(shí)現(xiàn)列車行駛?cè)^程的自動(dòng)化駕駛，提升城市軌道交通系統(tǒng)的智能性，將成為未來一段時(shí)間內(nèi)城市軌道交通控制系統(tǒng)發(fā)展的穩(wěn)定趨勢(shì)。

2 無人駕駛技術(shù)的相關(guān)概述

2.1 無人駕駛技術(shù)的定義

分析國(guó)際電工委員會(huì)的規(guī)范IEC 62290 規(guī)定，如果以自動(dòng)化程度為標(biāo)準(zhǔn)，可以將城市軌道交通的管理與控制系統(tǒng)中的運(yùn)營(yíng)功能分成五個(gè)等級(jí)，具體如表1所示。通過表1可以明確，要想滿足列車的無人駕駛運(yùn)行，城市軌道交通管理與控制系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)功能至少要達(dá)到GOA3 等級(jí)。而GOA4 等級(jí)的運(yùn)營(yíng)功能可以在無人值守的情況下，保證列車的正常運(yùn)行。所以，真正意義上的城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)指的就是，城市軌道交通管理與控制系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)功能達(dá)到了GOA4 等級(jí)[1]。

2.2 無人駕駛的核心理念

無人駕駛的核心是通過設(shè)備或者機(jī)器來完成原本由司機(jī)完成或監(jiān)督設(shè)備完成的運(yùn)行活動(dòng)，在使用最少人員的情況下保證列車運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。與此同時(shí)，還要適當(dāng)?shù)募尤胍恍┒鄨?chǎng)景冗余措施，將列車運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的意外情況及其相關(guān)應(yīng)對(duì)方案提前預(yù)置到列車運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中。具體如圖1所示。

圖1 運(yùn)營(yíng)駕駛所有環(huán)節(jié)全面自動(dòng)化

圖2是中國(guó)常用的七種列車行駛模式，其中UTO 模式為完全無人自動(dòng)駕駛模式，DTO 模式為無司機(jī)有人監(jiān)視自動(dòng)駕駛模式，AM 模式為CBTC 級(jí)別的列車自動(dòng)駕駛模式；CM 模式為CBTC 級(jí)別列車自動(dòng)防護(hù)下的人工駕駛模式；IATP 模式為點(diǎn)式級(jí)別列車自動(dòng)防護(hù)下的人工駕駛模式；RM 模式為限制人工駕駛模式；EUM 模式為非限制人工駕駛模式。其中UTO模式的自動(dòng)化程度最高，EUM 模式自動(dòng)化程度最低。其中，無人駕駛以UTO 和DTO 為主，可根據(jù)項(xiàng)目需要配備后備模式。

為了保證有著較高自動(dòng)化水平的無人駕駛系統(tǒng)的正常運(yùn)行，可考慮適當(dāng)減少后備模式，以減少設(shè)備配置和冗余功能，加強(qiáng)無人駕駛系統(tǒng)運(yùn)行成本的控制和系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性。因而，在大多數(shù)情況下，雖然列車自動(dòng)化行駛模式的自動(dòng)化程度較高，但是其相應(yīng)的信號(hào)系統(tǒng)后備模式的自動(dòng)化程度卻不會(huì)很高[2]。

圖2 列車行駛模式分類

另外，由于裝載無人駕駛控制系統(tǒng)的列車，其駕駛室可以不配置司機(jī)，所以以往需要司機(jī)進(jìn)行的操作，都需要借助運(yùn)營(yíng)管理團(tuán)隊(duì)或者行車控制系統(tǒng)來完成。

3 城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 提升了列車行駛的安全性

城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效減少人為操作失誤現(xiàn)象的發(fā)生，并通過提前預(yù)置的應(yīng)急預(yù)案來對(duì)列車行駛過程中各種意外情況的發(fā)生進(jìn)行及時(shí)、有效的處理，列車行駛的安全性得到了明顯的提升。另外，冗余互備技術(shù)在城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用，還可以通過其有效的故障自診斷與自愈功能來降低列車行駛過程中意外故障的發(fā)生，保證無人駕駛系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 提升了乘客的乘車體驗(yàn)

城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)的正常運(yùn)行，可以按照最理想的要求對(duì)列車的行車速度、行車時(shí)間進(jìn)行控制，并保障列車的準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，所以，乘客可以享受到最佳的乘車體驗(yàn)。另外，無人駕駛系統(tǒng)中的高精確度信號(hào)控制系統(tǒng)，還可以對(duì)列車進(jìn)行全方位的控制，確保列車的正常喚醒、休眠、運(yùn)行、折返、進(jìn)站等作業(yè)的精確化實(shí)施，乘客無需擔(dān)心因人為誤操作而引起的故障現(xiàn)象的發(fā)生，更加無需擔(dān)心因此而延長(zhǎng)列車運(yùn)行的調(diào)整時(shí)間，所以乘客會(huì)對(duì)列車行駛充滿信任。

3.3 促進(jìn)了新型城市軌道交通系統(tǒng)的智能化發(fā)展

隨著無人駕駛技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣，無人駕駛技術(shù)必將得到進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，與之相關(guān)的各種設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)的更新、升級(jí)與創(chuàng)新速度也必將越來越快，例如車載通信監(jiān)控設(shè)備、行車控制設(shè)備、雷達(dá)探測(cè)設(shè)備等。而各種設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)的更新、升級(jí)與創(chuàng)新，也必將為城市軌道交通系統(tǒng)的智能化發(fā)展打好更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

4 城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)發(fā)展過程中需要改進(jìn)的地方

雖然無人駕駛系統(tǒng)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，但是依然有很多地方需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

4.1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)與完善

在城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)的發(fā)展過程中，需要加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善。因?yàn)樵诹熊囘\(yùn)行過程中，不僅需要對(duì)信號(hào)系統(tǒng)和列車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還需要對(duì)其它各個(gè)弱電子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如通信系統(tǒng)、自動(dòng)售票檢票系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等。因?yàn)檫@些系統(tǒng)在運(yùn)行過程中也會(huì)出現(xiàn)一些性能故障，為了保證無人駕駛系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，也需要對(duì)這些子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)。在無人駕駛系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，最重要的就是對(duì)障礙物的有效檢測(cè)以及處理。目前，對(duì)接觸式障礙物檢測(cè)比較容易實(shí)現(xiàn)，列車在行駛過程中一旦遭遇障礙物，就會(huì)立即做出緊急制動(dòng)的響應(yīng)。但是對(duì)于非接觸式障礙物檢測(cè)，由于目前檢測(cè)手段尚不夠成熟，一方面檢測(cè)效果欠佳，另一方面，列車一旦遭遇障礙物，無人駕駛效率將會(huì)受到嚴(yán)重的影響[4]。

4.2 實(shí)現(xiàn)拋錨列車與救援車輛的自動(dòng)連掛

如果列車在行駛過程中出現(xiàn)拋錨現(xiàn)象，就必須要安排救援車輛到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)與拋錨列車進(jìn)行連掛，并進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急救援操作。如果采用手動(dòng)連掛方式，不僅連掛效率低，就連操作人員的生命安全也會(huì)面臨一定的威脅。所以自動(dòng)連掛是最好的選擇。但是如何保證救援車輛與拋錨列車一次性自動(dòng)連掛成功，還需要技術(shù)人員的進(jìn)一步研究。

目前，針對(duì)自動(dòng)連掛的研究主要以有條件的自動(dòng)連掛為主，例如，只有同時(shí)滿足通信列車、同向運(yùn)行以及車門處于鎖閉狀態(tài)，才能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)連掛。如何降低條件限制，確保列車拋錨故障第一時(shí)間得到解決，也是現(xiàn)階段技術(shù)人員的研究重點(diǎn)。

4.3 加強(qiáng)列車運(yùn)營(yíng)中突發(fā)事故的處理

在城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，也會(huì)面臨一些車內(nèi)事故，例如乘客惡意觸發(fā)列車緊急制動(dòng)按鈕。此時(shí)如果列車上沒有工作人員進(jìn)行維護(hù)，那么列車的正常運(yùn)行就會(huì)受到一定的影響。如何避免這類型車內(nèi)事故的發(fā)生，是相關(guān)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)需要深入思考的問題。

另外，還有一些乘客經(jīng)常出現(xiàn)不遵守列車運(yùn)營(yíng)規(guī)則的情況，例如個(gè)別乘客會(huì)在列車關(guān)門瞬間進(jìn)入列車，或者使用物件卡在列車門與站臺(tái)屏蔽門之間。這些行為都會(huì)對(duì)列車的自動(dòng)化運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。如何在不額外增加人員配置的情況下，確保站務(wù)人員可以對(duì)這些情況進(jìn)行妥善的處理，也需要相關(guān)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行深入的思考[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，城市軌道交通無人駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用提升了列車行駛的安全性、運(yùn)行效率以及乘客的乘車體驗(yàn)、促進(jìn)了新型城市軌道交通系統(tǒng)的智能化發(fā)展。但是，城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行本身就非常復(fù)雜、專業(yè)、龐大。要想將更為復(fù)雜的無人駕駛系統(tǒng)應(yīng)用到城市軌道交通系統(tǒng)中，促進(jìn)城市軌道交通系統(tǒng)的無人化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，技術(shù)人員必須要加強(qiáng)這方面的研究，投入更多的精力，積累更多的實(shí)踐數(shù)據(jù)和操作經(jīng)驗(yàn)。