全自動駕駛系統(tǒng)FAO中清客控制功能設計及實現(xiàn)

景順利

摘 要：隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，城市軌道交通中的全自動駕駛線路將迎來爆發(fā)式增長，目前國內(nèi)已有多條全自動駕駛線路處于建設階段。在全自動駕駛系統(tǒng) FAO 中，系統(tǒng)自動控制列車完成在終端站、回庫站、臨時下線站等需要進行上下客作業(yè)站臺的清客確認，是必須解決的問題。文章從全自動駕駛系統(tǒng)實際運營需求考慮，主要從系統(tǒng)架構(gòu)、功能原理、控制方案等方面對全自動駕駛系統(tǒng)中的清客控制功能進行研究，提出一套滿足全自動駕駛中清客控制管理的設計方案。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;全自動駕駛 FAO;ATS;信號系統(tǒng);清客控制;功能設計

中圖分類號：U284;U482.1

1 概述

隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，其在城市交通中的地位越來越高。目前，各城市相繼開展無人駕駛系統(tǒng)的研究及設計，全自動駕駛已成為城市軌道交通發(fā)展的一種趨勢。

在傳統(tǒng)的有人駕駛系統(tǒng)中，列車停在站臺進行上下客作業(yè)時，列車門的開/關(guān)門操作、站臺門的開/關(guān)門操作，以及列車發(fā)車命令均由司機人工控制，特別是在終端站、折返站、回庫站及其他需要清客的站臺，必須保證乘客在站臺能夠完成下車作業(yè)，而上述確認均由列車司機或者站臺乘務人員人工確認完成。

在全自動駕駛線路中，列車在站臺的開/關(guān)門操作和發(fā)車命令均由車載信號系統(tǒng)根據(jù)當前站的停站時間自動控制完成。列車到站后，自動打開車門及站臺門（PSD）;當達到站臺停站時間后，列車將自動關(guān)閉車門及站臺門，自動離站。那么，在全自動駕駛系統(tǒng)FAO中，能否在系統(tǒng)給定的停站時間內(nèi)完成列車在站臺的上下客作業(yè)，確保完成清客，需要系統(tǒng)自動處理，即在站臺進行上下客作業(yè)時，即使停站時間已達到系統(tǒng)給定的停站時間，列車仍要保證車門及站臺門處于打開狀態(tài)，且列車不能發(fā)車，直至系統(tǒng)確認列車已完成清客，才允許列車離站。

因此，在無司機的情況下，系統(tǒng)要自動控制列車完成在終端站、回庫站、臨時下線站等需要進行上下客作業(yè)站臺的清客確認，這是全自動駕駛系統(tǒng)中必須解決的問題。

2 清客場景

在全自動駕駛系統(tǒng)中，主要有以下場景存在列車清客作業(yè)，但在不同的線路設計或不同的線路運營管理要求下，可能全部采用或部分采用以下清客作業(yè)。本文以南京市軌道交通寧和線為例進行描述，其線路示意圖如圖1所示。

（1）列車大交路運行時，清客站臺為列車運行路徑的終點站臺。例如，列車按照南京南—高家沖大交路運行，當列車站后折返時，清客站臺為站后折返前的實體上下客站臺，如圖中的高家沖上行站臺;當列車站前折返時，清客站臺為本行程的終點站臺，如圖中的高家沖下行站臺。

（2）列車小交路運行時，清客站臺為列車運行路徑的終點站臺。例如，列車按照石磧河—劉村小交路運行時，當列車站后折返時，清客站臺為站后折返前的實體上下客站臺，如圖中的劉村上行站臺;當列車站前折返時，清客站臺為本行程的終點站臺，如圖中的石磧河上行站臺。

（3）列車為回庫列車時，如列車按照南京南—青龍車輛段的運行路徑回庫，此行程的最后一個上下客車站——高家沖的上行站臺即為本行程的清客站臺。

（4）列車在運營過程中出現(xiàn)故障的情況下，如列車運行到南京南—石磧河區(qū)間時，列車即將進站的下一實體站——石磧河上行站臺即為清客站臺。

（5）列車前方的站臺發(fā)生故障時，若此時列車在南京南—石磧河區(qū)間運行或者?？吭谑兒由闲姓九_，則列車在石磧河上行站臺實施臨時清客。

3 清客設計方案

本文提出一套滿足全自動駕駛系統(tǒng)中清客控制系統(tǒng)的設計方案，以實現(xiàn)列車在完成清客后列車門和站臺門自動關(guān)閉，以及列車發(fā)車的自動控制。

3.1 站臺清客設置

針對站臺的清客控制功能，本設計方案提供系統(tǒng)自動清客設置和人工臨時清客設置2種方式。

3.1.1 系統(tǒng)自動清客設置

系統(tǒng)根據(jù)當天加載的時刻表中定義的列車運行計劃，自動判斷列車在固定清客站臺（終端站、折返站、回庫站等）處的清客任務，實現(xiàn)列車在固定清客站臺清客任務的自動設置。自動設置成功后，調(diào)度員處的人機界面實時顯示站臺的清客狀態(tài)。

3.1.2 人工臨時清客設置

當列車在線路運營過程中出現(xiàn)臨時情況、列車故障、前方站臺故障時，調(diào)度中心的調(diào)度人員通過人機界面對特定站臺進行人工臨時清客任務設置。設置完成后，調(diào)度員處的人機界面實時顯示站臺的清客狀態(tài)。

3.2 站臺清客確認

針對線路設計的清客站臺，本設計方案提供站臺清客確認按鈕和調(diào)度員遠程人工清客2種確認方式，以實現(xiàn)對站臺的清客確認。

3.2.1 站臺清客確認按鈕

在進行線路設計時，根據(jù)線路形式及運營需求，設置一些常規(guī)清客站臺，如大小交路的起始站、終點站、折返站、回庫站等。在設定的常規(guī)清客站臺，可在站臺中部或端部設置站臺清客確認按鈕，也可在車控室綜合后備盤（IBP）上設置清客確認按鈕，聯(lián)鎖系統(tǒng)采集站臺或車控室清客確認按鈕繼電器的觸點狀態(tài)變化，并將此信息上報列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS），以便ATS系統(tǒng)設置或取消站臺清客狀態(tài)。

3.2.2 調(diào)度員遠程人工清客

在進行線路設計時，對于未設置為常規(guī)清客站臺的車站，不會在站臺中部或端部設置清客確認按鈕，系統(tǒng)會通過人機界面提供給調(diào)度員遠程人工清客確認按鈕，以滿足臨時及故障情況下站臺臨時清客時的清客確認需求。

調(diào)度員在進行遠程人工清客確認時，聯(lián)動列車和站臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）查看車內(nèi)乘客情況，確認當前列車車廂內(nèi)乘客是否均已下車;若乘客下車完成，調(diào)度員遠程人工清客確認后，更新站臺清客狀態(tài)。

3.3 站臺清客狀態(tài)顯示

為便于調(diào)度員觀察，系統(tǒng)在調(diào)度員處的人機界面提供站臺清客狀態(tài)的實時顯示，針對人工臨時清客、系統(tǒng)自動清客采用不同的顏色對清客狀態(tài)進行區(qū)別顯示，分別如圖2和圖3所示。

當系統(tǒng)自動或者人工臨時對站臺設置清客任務后，人機界面會實時顯示當前站的狀態(tài)，以南京地鐵寧和線34號站高家沖站為例，如圖4所示：當高家沖站上行站臺設置為系統(tǒng)自動清客時，界面顯示自動清客狀態(tài);當高家沖下行站臺設置為遠程人工清客時，界面顯示人工臨時清客狀態(tài)。

3.4 清客聯(lián)動控制

（1）調(diào)度員處的人機界面。用于人機界面信息顯示，便于調(diào)度人員實時查看站臺的清客狀態(tài)。

（2）列車控制與監(jiān)控系統(tǒng)（TCMS）。TCMS系統(tǒng)收到清客指令后，自動聯(lián)動車輛廣播，提醒乘客下車。

（3）車載信號系統(tǒng)。車載信號系統(tǒng)接收到清客狀態(tài)信息后，在列車停站且未完成清客期間，通過硬線給車輛持續(xù)發(fā)送門使能指令;當接收到清客確認后，通過硬線信號發(fā)送關(guān)門指令給TCMS系統(tǒng)，同時控制站臺門關(guān)閉，并自動控制列車站臺發(fā)車。

（4）車站廣播。ATS系統(tǒng)聯(lián)動車站廣播系統(tǒng)，站臺廣播播放站臺清客信息，提示乘客不要上車。

（5）乘客預報系統(tǒng)。ATS系統(tǒng)聯(lián)動車站乘客預報系統(tǒng)，站臺乘客預報系統(tǒng)顯示站臺清客信息，提示乘客不要上車。

4 清客控制

4.1 自動清客控制

在系統(tǒng)進行自動清客控制中涉及ATS系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、車載信號系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)及車站綜合站務員。隨著列車移動及站臺的上下客作業(yè)完成，各系統(tǒng)之間的信息交互如圖5所示。具體交互過程如下所述。

（1）列車在上一站（石磧河站）離站后，ATS系統(tǒng)根據(jù)時刻表自動判斷列車在下一站（南京南站）需要清客，此時，該系統(tǒng)自動將站臺設置為清客狀態(tài)并在人機界面顯示自動清客狀態(tài)。同時，ATS系統(tǒng)一方面將“清客”工況發(fā)送給車載信號系統(tǒng)及TCMS系統(tǒng)，自動觸發(fā)車輛廣播提醒乘客下車，并聯(lián)動車輛乘客信息系統(tǒng)（PIS）提示乘客下車;另一方面，系統(tǒng)聯(lián)動南京南站車站廣播，提醒站臺乘客不能上車，并聯(lián)動站臺PIS系統(tǒng)，提示本站處于清客狀態(tài)，乘客請勿上車。

（2）列車自動運行至南京南站后，ATS系統(tǒng)接到列車到站事件，對南京南站進行到站處理，在獲取當前站處于清客狀態(tài)后，向車載信號系統(tǒng)發(fā)送運營控制指令（包括停站時間、站間運行時間及下一站等），此時停站時間設置為無限大，控制列車在站臺停車，并將列車門保持打開狀態(tài)。

（3）列車到站并打開車門后，乘客下車，一方面，調(diào)度中心調(diào)度人員通過聯(lián)動CCTV查看列車內(nèi)乘客下車情況;另一方面，站臺綜合站務人員上車進行乘客清客確認，確認乘客全部下車后，按壓站臺的清客確認按鈕，此時聯(lián)鎖系統(tǒng)采集到此狀態(tài)后，將清客確認按鈕狀態(tài)上報ATS系統(tǒng)，其接收到清客確認后，清除站臺清客狀態(tài)。

（4）ATS系統(tǒng)在接收到聯(lián)鎖上報的清客確認信息后，向列車發(fā)送控制指令 （ 停站時間為“0”及下一站運行信息），通知列車可以離站。

（5）列車在收到控制指令后，自動關(guān)閉車門以及聯(lián)動關(guān)閉站臺門，自動控制其向下一站運行。

4.2 人工臨時清客控制

在系統(tǒng)進行人工臨時清客控制中涉及ATS系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、車載信號系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)以及調(diào)度中心調(diào)度員。隨著列車移動及站臺的上下客作業(yè)完成，各系統(tǒng)之間的信息交互如圖6所示。具體交互過程如下所述。

（1）在列車出現(xiàn)故障或前方站臺出現(xiàn)故障等情況下需要對到站列車進行人工臨時清客時，調(diào)度人員通過人工臨時清客設置功能，對站臺進行清客設置，設置成功后，人機界面上將顯示站臺清客狀態(tài)。

（2）ATS系統(tǒng)一方面將“清客”工況發(fā)送給車載信號系統(tǒng)及TCMS系統(tǒng)，自動觸發(fā)車輛廣播提醒乘客下車，并聯(lián)動車輛PIS系統(tǒng)提示乘客下車;另一方面，將聯(lián)動車站廣播，提醒站臺乘客不要上車，同時聯(lián)動站臺PIS系統(tǒng)，提示本站處于清客狀態(tài)，乘客請勿上車。

（3）在臨時清客時，考慮到對后續(xù)列車的影響，系統(tǒng)將對列車運行后方站臺進行自動扣車設置，以防止本站列車在未完成清客的情況下，下一站列車駛?cè)胝鹃g，導致乘客滯留站間。

（4）列車到站后，車載信號系統(tǒng)向ATS系統(tǒng)發(fā)送列車到站事件，ATS系統(tǒng)接收到列車到站事件后，結(jié)合當前站臺的清客狀態(tài)，向列車發(fā)送運營控制指令（停站時間無限大），控制列車在站臺停車同時保持車門處于打開狀態(tài)。

（5）在乘客下客過程中，調(diào)度員聯(lián)動列車和站臺CCTV系統(tǒng)，查看車內(nèi)乘客下車情況，確認當前列車車廂內(nèi)的乘客均已下車后，遠程完成站臺的清客確認。

（6）ATS系統(tǒng)接收到清客確認后，更新人機界面上站臺的清客狀態(tài)顯示，同時向車載信號系統(tǒng)及TCMS系統(tǒng)發(fā)送清客確認。

（7）ATS系統(tǒng)接收到清客確認后，向車載信號系統(tǒng)發(fā)送運營控制指令（停站時間為“0”及下一站運行信息），車載信號系統(tǒng)在收到列車發(fā)車指令后，關(guān)閉車門并自動控制列車向下一站運行。

4.3 人工臨時取消清客控制

調(diào)度中心調(diào)度人員通過清客取消操作，臨時取消固定清客站臺（終端站、折返站）的清客功能及臨時設置的清客站清客功能。當取消站臺清客后，ATS系統(tǒng)更新站臺的清客狀態(tài)顯示，列車按照運行計劃運行到固定清客、折返站以及臨時清客站后，ATS系統(tǒng)按照運行計劃控制列車在本站的停站時間及開/關(guān)門，列車到站后正常進行開/關(guān)門作業(yè)。

5 結(jié)束語

本文從全自動駕駛系統(tǒng)實際運營需求考慮，針對全自動駕駛系統(tǒng)中的清客控制功能進行研究，首先對全自動駕駛系統(tǒng)中的清客場景進行分析，提出了一套滿足全自動駕駛系統(tǒng)中清客控制系統(tǒng)的設計方案，并對方案中的清客設置、清客確認、清客控制、狀態(tài)顯示及系統(tǒng)聯(lián)動等功能進行了詳細描述。同時，隨著圖像識別技術(shù)的發(fā)展，可以將CCTV系統(tǒng)圖像與圖像識別功能進一步結(jié)合，即依據(jù)CCTV系統(tǒng)提供的圖像通過圖像識別技術(shù)自動完成列車車廂內(nèi)乘客的清客確認。

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收稿日期 2020-04-30

責任編輯 黨選麗