城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營場(chǎng)景研究

林靜

（溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司 浙江省溫州市 325000）

目前國內(nèi)全自動(dòng)運(yùn)行線路項(xiàng)目快速發(fā)展，全自動(dòng)運(yùn)行代表了技術(shù)發(fā)展的方向，也將是未來地鐵建設(shè)的首選模式。有鑒于此，國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域?qū)θ詣?dòng)運(yùn)行技術(shù)方案也越來越重視，除了已建成運(yùn)營的上海10 號(hào)線、北京燕房線、北京大興國際機(jī)場(chǎng)線等，北京、上海、廣州、深圳、南京、成都、武漢等主要地鐵城市都在進(jìn)行新建線路采用全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)的探討與實(shí)踐。目前，國內(nèi)已建或在建的全自動(dòng)運(yùn)行線路，均按照自動(dòng)化等級(jí)4（GOA4）設(shè)計(jì)建設(shè)，運(yùn)營方式大多計(jì)劃由有人值守的模式（DTO）逐步過渡到無人值守的模式（UTO），相較于其他自動(dòng)化等級(jí)的系統(tǒng)，UTO 在大幅度提高自動(dòng)化程度、提升運(yùn)營組織的靈活性、降低運(yùn)營人員勞動(dòng)強(qiáng)度等方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。本文將從UTO 模式出發(fā)，研究全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)營場(chǎng)景。

1 運(yùn)營場(chǎng)景的設(shè)計(jì)

全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營場(chǎng)景作為全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營策劃的主要內(nèi)容之一，與非功能類性能指標(biāo)及運(yùn)維管理模式等共同構(gòu)成運(yùn)營需求，對(duì)系統(tǒng)功能分配、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、作業(yè)流程及運(yùn)營規(guī)章編制等均有重要的指導(dǎo)作用。全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營場(chǎng)景包含了全自動(dòng)運(yùn)行線路正常、故障和應(yīng)急等主要場(chǎng)景。

1.1 正常場(chǎng)景

正常場(chǎng)景下，信號(hào)系統(tǒng)控制列車按照計(jì)劃自動(dòng)運(yùn)行，完成從喚醒、綜合自檢、出庫、正線運(yùn)行、停站、自動(dòng)開關(guān)門、正線發(fā)車、終點(diǎn)站清客、正線下線、自動(dòng)回庫及休眠等一系列場(chǎng)景。全自動(dòng)運(yùn)行模式（FAM）正常運(yùn)營流程圖如圖1所示。

圖1：全自動(dòng)運(yùn)行正常運(yùn)營流程圖

1.1.1 喚醒及自檢

運(yùn)營開始前，列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）較發(fā)車計(jì)劃時(shí)間提前一定時(shí)間下根據(jù)計(jì)劃自動(dòng)或人工向停車庫線/正線停車線上的列車車載設(shè)備下發(fā)喚醒控制命令。ATS 同時(shí)對(duì)列車的喚醒狀態(tài)進(jìn)行管理，喚醒狀態(tài)信息在控制中心行調(diào)工作站上顯示。ATS 可遠(yuǎn)程或人工對(duì)多列或全部列車同時(shí)發(fā)送喚醒指令。

車輛對(duì)全列車的上電并成功后，車載信號(hào)設(shè)備及車輛設(shè)備執(zhí)行必要的自檢、測(cè)試。車載信號(hào)設(shè)備應(yīng)將自檢和測(cè)試的狀態(tài)、報(bào)警信息及時(shí)上傳至ATS 子系統(tǒng)，便于調(diào)度人員實(shí)時(shí)了解列車喚醒的狀態(tài)。

列車喚醒成功后進(jìn)入待命狀態(tài)，車載信號(hào)設(shè)備應(yīng)向車輛發(fā)送待命工況，用于車輛打開照明、空調(diào)或電熱控制等。列車具備以FAM 模式運(yùn)行的條件。

1.1.2 列車出庫進(jìn)入正線

列車喚醒成功自動(dòng)進(jìn)入FAM 模式，并根據(jù)出入庫計(jì)劃及移動(dòng)授權(quán)，運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌自動(dòng)匹配時(shí)刻表進(jìn)行車次信息初始化后，執(zhí)行正線服務(wù)工況，并進(jìn)入正線運(yùn)行。

1.1.3 列車在正線的運(yùn)行

列車在正線采用FAM 模式運(yùn)行。列車自動(dòng)運(yùn)行到車站停穩(wěn)后，系統(tǒng)自動(dòng)打開車門及站臺(tái)門。列車進(jìn)站停車時(shí)如超出了停車精度范圍，則車門和站臺(tái)門不能打開。若列車進(jìn)站停車過標(biāo)不大于5 米（可設(shè)定）系統(tǒng)可自動(dòng)控制列車進(jìn)行對(duì)位調(diào)整N 次（可設(shè)定），若調(diào)整到位，開啟車門和站臺(tái)門。如果列車經(jīng)過N 次調(diào)整后仍不能停車到位，應(yīng)向中心進(jìn)行報(bào)警，由人工遠(yuǎn)程介入進(jìn)行控制或直接運(yùn)行至下一站。若列車進(jìn)站停車過標(biāo)超過5 米（可設(shè)定），則應(yīng)向中心進(jìn)行報(bào)警，由人工介入進(jìn)行控制或直接運(yùn)行至下一站。

當(dāng)站停時(shí)間結(jié)束后，自動(dòng)關(guān)閉車門及站臺(tái)門，并自動(dòng)發(fā)車?yán)^續(xù)運(yùn)行。列車在站臺(tái)發(fā)車前10 秒（可配置），信號(hào)系統(tǒng)向車輛設(shè)備提供信息，車輛設(shè)備控制列車發(fā)出聲光提示，發(fā)車前5 秒（可配置），信號(hào)設(shè)備控制關(guān)閉車門及站臺(tái)門。到發(fā)車點(diǎn)，列車自動(dòng)啟動(dòng)，駛向下一站。

處于FAM 模式下運(yùn)行的列車，當(dāng)列車在折返站規(guī)定的停車時(shí)間結(jié)束并進(jìn)行清客確認(rèn)后，車門和站臺(tái)門自動(dòng)關(guān)閉，列車根據(jù)移動(dòng)授權(quán)，從到達(dá)站臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)入折返線，自動(dòng)激活/關(guān)閉相應(yīng)的駕駛端，實(shí)現(xiàn)駕駛端的自動(dòng)轉(zhuǎn)換后，自動(dòng)駛出折返線，進(jìn)入發(fā)車站臺(tái)后自動(dòng)打開車門和站臺(tái)門。列車在站臺(tái)進(jìn)行駕駛端轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)使車門和站臺(tái)門保持開啟狀態(tài)，列車在折返線等非站臺(tái)區(qū)進(jìn)行駕駛端轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)使車門保持關(guān)閉狀態(tài)。

1.1.4 列車運(yùn)行結(jié)束作業(yè)

列車到達(dá)終到站，站內(nèi)、車輛廣播提醒乘客下車及不能上車。停站未清客完成期間，車載信號(hào)設(shè)備保持車門打開，在進(jìn)行清客確認(rèn)后，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉車門和站臺(tái)門。列車根據(jù)移動(dòng)授權(quán)，以全自動(dòng)運(yùn)行模式自動(dòng)運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌后，信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)向列車發(fā)送“停止正線服務(wù)”指令。

1.1.5 休眠

當(dāng)列車運(yùn)行至預(yù)定義的休眠停車窗內(nèi)時(shí)，中心判斷列車具備休眠條件后，自動(dòng)或人工向車載信號(hào)設(shè)備發(fā)送休眠命令。

車載信號(hào)設(shè)備收到休眠命令，完成自身休眠準(zhǔn)備工作后，向車輛發(fā)出休眠請(qǐng)求命令，車載信號(hào)設(shè)備收到車輛的休眠確認(rèn)后，向車輛發(fā)送休眠指令，車輛控制車載設(shè)備斷電。休眠結(jié)果反饋給中心行調(diào)臺(tái)。若休眠不成功，進(jìn)行報(bào)警提示。

1.1.6 自動(dòng)洗車

信號(hào)系統(tǒng)接收洗車機(jī)的狀態(tài)，在洗車機(jī)準(zhǔn)備就緒的情況下，ATS 根據(jù)目的地碼或洗車計(jì)劃自動(dòng)排列至洗車庫的進(jìn)路，根據(jù)移動(dòng)授權(quán)列車以FAM 模式自動(dòng)運(yùn)行至洗車庫前停車。信號(hào)系統(tǒng)收到洗車機(jī)的洗車確認(rèn)后，信號(hào)系統(tǒng)向車輛發(fā)送“洗車”工況，開始洗車。洗車過程中，信號(hào)控制列車牽引，暫定車輛控制列車恒速運(yùn)行（車速3～5km/h）。洗車完畢，列車運(yùn)行至出清洗車庫停車點(diǎn)停穩(wěn)，退出洗車工況，列車?yán)^續(xù)以FAM 模式運(yùn)行回庫。

1.1.7 車輛段/停車場(chǎng)調(diào)車作業(yè)

車輛段/停車場(chǎng)內(nèi)分為自動(dòng)化區(qū)和非自動(dòng)化區(qū)。

在自動(dòng)化區(qū)內(nèi)，車輛段場(chǎng)調(diào)人員可通過設(shè)置列車目的地碼自動(dòng)排列進(jìn)路，也可人工辦理調(diào)車進(jìn)路，列車根據(jù)移動(dòng)授權(quán)以FAM 模式自動(dòng)控制列車運(yùn)行。

在非自動(dòng)化區(qū)內(nèi)，列車按照地面調(diào)車信號(hào)機(jī)的顯示行車。此時(shí)列車自動(dòng)防護(hù)(ATP)設(shè)備僅對(duì)列車的最大運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)督。

1.2 異常場(chǎng)景

對(duì)于城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)營過程而言，異常場(chǎng)景是影響運(yùn)行的一個(gè)巨大的隱患，可分為故障場(chǎng)景和應(yīng)急場(chǎng)景，有效構(gòu)建、識(shí)別異常場(chǎng)景，對(duì)準(zhǔn)確、快速處理異常場(chǎng)景、維持系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行有著重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。下文異常運(yùn)營場(chǎng)景的設(shè)計(jì)與構(gòu)建由場(chǎng)景描述、基本流程、注意事項(xiàng)和功能需求四個(gè)部分來闡述。

1.2.1 故障場(chǎng)景

故障場(chǎng)景包含了列車在行車過程中遇到的各類故障場(chǎng)景，可采用基于故障現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)法來對(duì)故障場(chǎng)景進(jìn)行羅列，如圖2所示，下文以軌旁信號(hào)故障中區(qū)域控制器(ZC)故障為例對(duì)故障場(chǎng)景進(jìn)行說明。

圖2：故障場(chǎng)景分類

（1）場(chǎng)景描述：ZC 故障時(shí)，故障區(qū)域內(nèi)的基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）列車立即施加緊急制動(dòng)。

（2）基本流程：運(yùn)營控制中心(OCC)行調(diào)扣停即將進(jìn)入故障區(qū)域的列車；OCC 行調(diào)通過 ATS 工作站確認(rèn)列車距前后車站的距離；OCC 行調(diào)（乘客調(diào)）通過遠(yuǎn)程廣播告知受影響乘客；OCC 維調(diào)盡快安排專業(yè)維修設(shè)備；OCC 行調(diào)安排多職能隊(duì)員接管相關(guān)列車；即將進(jìn)入故障區(qū)域的列車，多職能隊(duì)員接管列車后根據(jù) OCC行調(diào)指令將列車切換到點(diǎn)式后備模式駕駛；故障區(qū)域區(qū)間內(nèi)的列車，多職能隊(duì)員接管列車后根據(jù) OCC 行調(diào)指令轉(zhuǎn)為 限制人工模式（RM）駕駛列車運(yùn)行至前方站，在信號(hào)機(jī)前成功讀取有源信標(biāo)后升級(jí)為點(diǎn)式后備模式駕駛；ZC 故障恢復(fù)，OCC 行調(diào)通過ATS 工作站重新設(shè)置故障區(qū)域全自動(dòng)駕駛區(qū)域授權(quán)后，相應(yīng)區(qū)域內(nèi)列車可采用列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）與列車自動(dòng)防護(hù)駕駛模式（ATPM）；列車到站臺(tái)停車后，多職能隊(duì)員根據(jù) OCC 行調(diào)指令將列車轉(zhuǎn)為 FAM模式運(yùn)行。

（3）功能需求：

信號(hào)：ZC 故障時(shí)，中央與車站 ATS 工作站、ATS 維護(hù)工作站顯示報(bào)警信息；ZC 故障恢復(fù)后，列車以 RM 模式運(yùn)行經(jīng)過自動(dòng)化區(qū)的任意一個(gè)計(jì)軸區(qū)段邊界時(shí)，能完成篩選，重新獲取 CBTC 授權(quán)并升級(jí)為ATO 或ATPM 模式；ZC 系統(tǒng)為雙系冗余系統(tǒng)，單系故障或者主備系切換不影響 ZC 正常工作；車地通信正常且列車定位未丟失，中央 ATS 工作站可顯示故障區(qū)域內(nèi)列車距前后車站的距離；ZC 重啟時(shí)，不影響區(qū)域內(nèi)點(diǎn)式列車運(yùn)行。

通信：專用調(diào)度電話、長期演進(jìn)技術(shù)(LTE)手持臺(tái)提供通信功能。

（4）注意事項(xiàng)：如人員需要登乘區(qū)間列車時(shí)按《區(qū)間迫停列車登乘》執(zhí)行。

1.2.2 應(yīng)急場(chǎng)景

應(yīng)急場(chǎng)景包含了列車可能遇到的各類緊急情況，如圖3所示，以應(yīng)急場(chǎng)景中的乘客緊急對(duì)講為例進(jìn)行說明。

圖3：應(yīng)急場(chǎng)景分類

（1）場(chǎng)景描述：當(dāng)司機(jī)室未人工激活時(shí)，乘客按壓乘客緊急對(duì)講按鈕，報(bào)警信息發(fā)送到中央 ATS 工作站和綜合監(jiān)控（ISCS）工作站，對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）自動(dòng)推送到中央 ISCS 工作站，緊急對(duì)講接通 OCC。

（2）基本流程：OCC 行調(diào)（乘客調(diào)）根據(jù) CCTV 推送的圖像查看列車內(nèi)的情況，并與乘客通話；OCC 行調(diào)根據(jù)實(shí)際情況安排站務(wù)或多職能隊(duì)員到下一站上車處理。

（3）功能需求：

信號(hào)：中央ATS 工作站能顯示緊急對(duì)講報(bào)警信息；將緊急對(duì)講申請(qǐng)信息和行車信息發(fā)送到ISCS 系統(tǒng)。

車輛：司機(jī)室虛擬激活時(shí)（為信號(hào)系統(tǒng)激活），將緊急對(duì)講申請(qǐng)及激活信息發(fā)送到車載通信系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)；司機(jī)室鑰匙激活時(shí)，緊急對(duì)講點(diǎn)的CCTV 自動(dòng)推送至司機(jī)室CCTV 顯示屏，緊急對(duì)講接通司機(jī)室。

綜合監(jiān)控：中央ISCS 工作站能顯示緊急對(duì)講申請(qǐng)和激活信息；中央ISCS 工作站能推送緊急對(duì)講點(diǎn)的車載 CCTV；當(dāng)同時(shí)多個(gè)乘客緊急對(duì)講激活時(shí)，可選擇任意一個(gè)接通進(jìn)行通話；具備調(diào)取車載CCTV 功能。

通信：緊急對(duì)講電話（IPH）申請(qǐng)激活，IPH 系統(tǒng)將信息發(fā)送至中央ISCS 系統(tǒng)，同時(shí)IPH 工作站顯示申請(qǐng)和激活信息；乘客緊急對(duì)講接通后，IPH 具備語音通話功能和錄音功能。

（4）注意事項(xiàng)：如同時(shí)多個(gè)乘客緊急對(duì)講激活時(shí)，OCC 行調(diào)同一時(shí)間僅能選擇一個(gè)乘客緊急對(duì)講進(jìn)行通話。

2 結(jié)束語

隨著全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)成為被認(rèn)可的可靠方案且將保持著高速增長，特別是國內(nèi)的北京、上海、廣州、南京、武漢等地鐵已經(jīng)開始陸續(xù)運(yùn)營，國內(nèi)軌道交通即將迎來無人駕駛系統(tǒng)建設(shè)高潮。針對(duì)國內(nèi)城市軌道交通線路條件多樣、客流量大等特點(diǎn)，持續(xù)全面地研究全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)營場(chǎng)景是十分必要的。