我國城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用

孫磊

摘 要：全自動運行（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）系統(tǒng)是一種基于現(xiàn)代計算機、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)實現(xiàn)列車運行全過程自動化的新一代軌道交通控制系統(tǒng)，近年來世界范圍內(nèi)的城市軌道交通系統(tǒng)開始應(yīng)用全自動運行系統(tǒng)技術(shù)。本文闡述了全自動運行系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢、技術(shù)核心、設(shè)計要點及總體架構(gòu)，并對未來該技術(shù)的發(fā)展方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;全自動運行;系統(tǒng)技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號：U284.48 文獻標(biāo)識碼：A

1 全自動運行技術(shù)

（1）全自動運行系統(tǒng)認識。全自動運行系統(tǒng)按是否配備駕駛員可分為有/無人值守的全自動運行系統(tǒng);按照運量可分為小運量/大運量全自動運行系統(tǒng);按區(qū)域可分為正線/含車場的全自動運行系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖1所示。

（2）全自動運行系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢。全自動運行系統(tǒng)是形象地衡量城市軌道交通系統(tǒng)可靠性、安全性、可用性、可維護性先進水平的標(biāo)尺，系統(tǒng)具備不需要配置司機列車完全自動運行的條件，對比傳統(tǒng)運營線路，全自動運行線路具備以下優(yōu)勢：

1）提供了更高的安全性、可靠性、可用性、可維護性。全自動運行系統(tǒng)利用高效、集成、智能化列控系統(tǒng)替代有人線路司機的工作，結(jié)合人工監(jiān)視、干預(yù)的機制，完成高精度列車運行的同時，可減少不必要的人為誤操作。全自動運行系統(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，具備更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。

2）采用基于設(shè)備系統(tǒng)全生命周期控制投資、降低運營成本。通過集中的控制中心級調(diào)度和線路全職能隊伍完成全線運營管理和維護工作，取消駕駛員（納入多職能隊伍），可以減少人員配置數(shù)量，有效降低運營和維護人員成本。全自動運行系統(tǒng)也可根據(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，節(jié)能減排、運營組織更加靈活。

3）提升了自動化水平、運營應(yīng)急處置水平。全自動運行系統(tǒng)實施同樣高效的加減速，控制列車的速度、時間達到最佳性能曲線，可以大大提高車輛運行的平穩(wěn)度和乘坐舒適性，使列車較容易實現(xiàn)準(zhǔn)點運行，提高了乘客對軌道交通的信任度。

4）提升了軌道交通設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)水平。全自動運行系統(tǒng)運用，依賴于信號、車輛、綜合監(jiān)控等核心設(shè)備系統(tǒng)高可靠性、冗余性、高度集成，可以促進相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)廠家加速研發(fā)和科技攻關(guān)工作，提升設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)水平。

（3）全自動運行核心系統(tǒng)。全自動運行線路通過高度集成化、信息化以及智能化列控系統(tǒng)來替代司機需要完成的各項工作，其核心系統(tǒng)主要包括車輛、信號、綜合監(jiān)控、車輛基地以及為上述系統(tǒng)和專業(yè)提供信息傳輸通道和通信手段的通信系統(tǒng)。

1）車輛系統(tǒng)。整個全自動駕駛技術(shù)都是圍繞著車輛來構(gòu)成的，車輛系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備采用冗余設(shè)置，可以大大減少運行故障，通過完善的故障自診斷和自愈功能提高整個系統(tǒng)的可用性和可靠性;與傳統(tǒng)線路相比增加自動檢測功能如障礙物檢測和脫軌檢測功能;增加了列車狀態(tài)、故障報警信息上傳功能;增加了自動喚醒、自動休眠、自檢等自動化功能;增加低壓系統(tǒng)恢復(fù)供電等功能。

2）信號系統(tǒng)。信號系統(tǒng)在全自動運行系統(tǒng)中是控制列車運行，保證行車安全，提高運輸效率，傳遞行車信息的關(guān)鍵設(shè)備。與傳統(tǒng)線路相比新增核心功能如下：

①關(guān)鍵設(shè)備均采用冗余——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;②增強控制中心配置級別——控制中心級核心設(shè)備熱備冗余，或是在車輛段異地災(zāi)備;③為線路工作人員提供可靠安全防護——車站/場段增加人員防護按鈕、與站臺門系統(tǒng)故障對位隔離功能、站臺關(guān)門按鈕PCB;④增強維護監(jiān)測功能——信號車載設(shè)備和車輛設(shè)備的狀態(tài)需實時上傳維護監(jiān)測系統(tǒng);⑤采用自動化車輛段——自動洗車控制、喚醒、休眠等。

3）通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)主要通過視頻監(jiān)視遠程提供給工作人員視頻圖像，通信調(diào)度系統(tǒng)則提供乘客和工作人員之間的通信方式，通過廣播系統(tǒng)工作人員可告知乘客相關(guān)情況。與傳統(tǒng)線路相比新增核心功能如下：

①建立可靠通信骨干網(wǎng)、專用無線系統(tǒng)可靠性增加;②增強與車輛接口——將車載無線通信設(shè)備狀態(tài)信息提供給車輛，使控制中心能隨時監(jiān)控列車設(shè)備的情況;③車載無線設(shè)備增加自檢功能——增強通信車載設(shè)備安全、穩(wěn)定性;④新增車載應(yīng)急電話——每節(jié)車廂在車門處新增車載應(yīng)急電話，通過無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)乘客與控制中心的雙向通信;⑤完善視頻監(jiān)控——在列車司機室內(nèi)增加攝像機照射前方，增強列車前后方視頻監(jiān)控功能;增強車內(nèi)視頻監(jiān)視聯(lián)動功能，發(fā)生情況時，可立即切換到相關(guān)畫面;⑥優(yōu)化車地通信方案——增強、綜合考慮車地通信傳輸帶寬和質(zhì)量。

4）綜合監(jiān)控系統(tǒng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)在全自動駕駛中的主要作用是對相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的實時集中監(jiān)控和各相關(guān)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)聯(lián)動兩大部分功能。與傳統(tǒng)線路相比新增核心功能如下：

①優(yōu)化關(guān)鍵設(shè)備配置，從系統(tǒng)軟件容量及處理功能、硬件冗余功能及處理能力等進行更新，達到系統(tǒng)實時性要求;②增加對車輛信息顯示及收集——對全自動駕駛提供信息服務(wù);③完善集成、互聯(lián)范圍優(yōu)化調(diào)整——車輛段納入正線統(tǒng)一控制后，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成和互聯(lián)系統(tǒng)的管理和監(jiān)控范圍進行擴充，從而滿足全線監(jiān)控功能;④優(yōu)化控制中心工藝布置——根據(jù)全自動駕駛的功能需求，優(yōu)化控制中心行調(diào)、設(shè)備調(diào)、乘客調(diào)度、車輛調(diào)度等的工藝布置，保證中心調(diào)度員的操作的有效便捷。

5）車輛基地。車輛段在全自動運行系統(tǒng)中是提供列車運用、整備、維修功能的場所，車輛段的功能就是保障列車保持良好狀態(tài)運行。與傳統(tǒng)線路相比新增核心功能如下：

①自動化車輛段——在車場基地設(shè)置與正線一致的ATC控制系統(tǒng)，車輛洗車、試車、出入庫等均由信號系統(tǒng)控制，自動完成;②完善的人員防護措施——自動運行區(qū)域設(shè)隔離措施（門禁、柵欄等），且分區(qū)控制，通過對大庫門、閉路電視、車輛段廣播、人員出入通道、接觸網(wǎng)等聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)運用設(shè)備、人員的安全防護。

2 結(jié)語

截止2020年5月國內(nèi)共有4座城市10條城市軌道交通線路采用全自動運行系統(tǒng)，運營線路里程達209.43公里，共有19座城市39條城市軌道在建線路采用全自動運行系統(tǒng)，在建線路里程達1 278.08公里。全自動運行系統(tǒng)代表了未來軌道交通的發(fā)展方向，近年來我國在FAO系統(tǒng)集成、列車無人駕駛技術(shù)、綜合自動化調(diào)度管控等全自動運行技術(shù)方面的突破縮小了與國外技術(shù)的差距，實現(xiàn)了“并跑”，但仍然需要在系統(tǒng)可靠性保障、突發(fā)事件應(yīng)急處置以及多目標(biāo)優(yōu)化智能運行等方面深入研究，進一步提高系統(tǒng)彈性和智能化水平的理論、方法和技術(shù)，為軌道交通可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

參考文獻：

[1]譚文舉，楊衛(wèi)峰，廖云，等.城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)設(shè)計及場景分析[J].機車電傳動，2019，60（04）：112-115+135.

[2]汪小勇.城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)的現(xiàn)狀及展望[J].城市軌道交通，2019，7（02）：20-21.