全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)在地鐵既有線改造中的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

裴英杰

摘要：伴隨勞動(dòng)力成本提升和人們對(duì)地鐵運(yùn)行要求的不斷提升，地鐵既有線改造中全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)替代有人操作的駕駛系統(tǒng)，成為城市軌道交通行業(yè)的主流系統(tǒng)。文章在闡述地鐵既有線改造中全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，著重就該系統(tǒng)運(yùn)作的機(jī)遇和挑戰(zhàn)問題進(jìn)行探究，旨在能夠更好的促進(jìn)我國(guó)軌道交通建設(shè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：城市地鐵;地鐵既有線改造中全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng);機(jī)遇;挑戰(zhàn)

1城市軌道交通全自動(dòng)無人駕駛技術(shù)效益分析

1.1全壽命周期成本經(jīng)濟(jì)分析

首先能夠使建設(shè)成本降低，提高運(yùn)行效率。使用無人駕駛技術(shù)能夠使運(yùn)能增加，相比于擴(kuò)大列車編組等方法，這種急速措施可以運(yùn)用較低的投資獲得更加理想的效果。對(duì)車輛進(jìn)行科學(xué)的編組，縮短行車間隔，使系統(tǒng)的輸送能力水平得到提升，以滿足線路的客流需要。同時(shí)還能夠留出運(yùn)能儲(chǔ)備的空間，是一種比較理想的方式。使用全自動(dòng)無人駕駛技術(shù)能夠使列車停站和折返的時(shí)間縮短，使行車速度得到提升，讓乘客快速的被送到位置，也使汽車輛周轉(zhuǎn)加速，減少備用車，使配車數(shù)量減少。通過分析，無人駕駛技術(shù)能夠節(jié)省5%～6%左右車輛[1]。雖然城市軌道交通使用全自動(dòng)無人駕駛技術(shù)在機(jī)電系統(tǒng)方面的投資會(huì)增加，但是對(duì)于整個(gè)交通系統(tǒng)而言，建設(shè)成本是減少的。

其次可以減少定員，使運(yùn)營(yíng)成本減少。利用全自動(dòng)無人駕駛技術(shù)由于正線不需要配備列車司機(jī)等，因此運(yùn)營(yíng)的定員會(huì)減少，因此管理培訓(xùn)工作也能夠簡(jiǎn)化。運(yùn)用這種駕駛模式可以精簡(jiǎn)操作層面，提高管理效率，使運(yùn)營(yíng)管理水平得到提升。使用無人駕駛技術(shù)，利用監(jiān)控方法結(jié)合客流的實(shí)際變化情況對(duì)車輛的運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，使在線運(yùn)營(yíng)車輛數(shù)量增多或者是減少，科學(xué)的分布各時(shí)段運(yùn)能，適應(yīng)客流分布曲線，減少空車運(yùn)行的情況。使運(yùn)營(yíng)成本減少，也降低車輛檢修工作量。

1.2全自動(dòng)無人駕駛技術(shù)綜合效益分析

無人駕駛系統(tǒng)能夠?qū)⑿熊囘^程中的安全、乘客安全以及運(yùn)營(yíng)人員安全等得到保障，使車輛運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種正常或者異常情況得到自動(dòng)化的安全防護(hù)。全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)的車輛控制、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等都是使用冗余技術(shù)配置，做到主、備系統(tǒng)的“無縫”切換，提高車輛自檢的能力水平，使車輛能夠連續(xù)正常運(yùn)行，使監(jiān)控以及站臺(tái)門系統(tǒng)等更加適用、可靠。

無人駕駛設(shè)備使用ATC系統(tǒng)，能夠自動(dòng)化的調(diào)整車輛連續(xù)速度曲線控制，使自動(dòng)行車能夠準(zhǔn)時(shí)、平穩(wěn)的運(yùn)行，利用車輛上的視頻監(jiān)控以及緊急對(duì)講等功能使應(yīng)急處理能力得到強(qiáng)化。此外無人駕駛系統(tǒng)還能夠?qū)⑺緳C(jī)從重復(fù)作業(yè)中解放出來，配備乘務(wù)人員，使系統(tǒng)自動(dòng)化水平得到提升，強(qiáng)化設(shè)備自身診斷和運(yùn)營(yíng)維護(hù)功能，減少運(yùn)營(yíng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2城市軌道交通全自動(dòng)無人駕駛關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1遠(yuǎn)程喚醒和休眠

在車輛段、停車場(chǎng)或正線存車線，每天運(yùn)營(yíng)前需要喚醒已休眠的列車。喚醒需要啟動(dòng)車載控制，接通車上設(shè)備的低壓供電電源，激活整個(gè)列車的其他控制設(shè)備，使之進(jìn)入正常工作狀態(tài)。正常情況下，列車的喚醒由ATS系統(tǒng)根據(jù)每日計(jì)劃自動(dòng)進(jìn)行，但是根據(jù)國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，下達(dá)自動(dòng)喚醒指令，存在一定的失敗概率，環(huán)境因素對(duì)硬件設(shè)備工作狀態(tài)也存在一定的影響。當(dāng)列車無法自動(dòng)喚醒時(shí)，可在遠(yuǎn)程控制中心，通過ATS系統(tǒng)人工遠(yuǎn)程下達(dá)喚醒指令，多次對(duì)列車進(jìn)行喚醒操作，使異常列車重新喚醒啟動(dòng)，避免人工登車喚醒操作，提高自動(dòng)化運(yùn)作效率。每天運(yùn)營(yíng)結(jié)束后，在車輛段、停車場(chǎng)或正線存車線，列車進(jìn)行自檢和清掃作業(yè)，當(dāng)一切就緒后，列車自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。然而當(dāng)車載信號(hào)設(shè)備向車輛系統(tǒng)發(fā)送休眠指令時(shí)，需由車輛反饋車輛狀態(tài)一切就緒信息，例如車輛速度為零、無牽引指令、無方向指令、車輛處于全自動(dòng)駕駛模式（FAM）等，列車才可進(jìn)入休眠狀態(tài)，否則車輛反饋拒絕休眠信息，中央控制中心可查看該拒絕休眠提示。因此，在預(yù)定的休眠時(shí)機(jī)，車輛狀態(tài)無法滿足休眠條件時(shí)，會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)休眠失敗。此時(shí)，可通過人工遠(yuǎn)程下達(dá)休眠指令，多次對(duì)列車進(jìn)行遠(yuǎn)程休眠操作，使列車在滿足休眠條件時(shí)，進(jìn)入休眠狀態(tài)，避免司機(jī)登車進(jìn)行操作。

2.2遠(yuǎn)程車門及逃生門控制

全自動(dòng)駕駛的列車，在列車端頭配備了逃生門，根據(jù)不同的逃生需求，控制列車車門或逃生門的打開。列車車門或逃生門的應(yīng)急打開主要分為2種情況：一種是列車正在運(yùn)行中，車廂內(nèi)觸發(fā)了應(yīng)急打開手柄，此時(shí)仍將控制列車?yán)^續(xù)前行，直至運(yùn)行至下一站，停車等待運(yùn)營(yíng)人員處理;另一種是列車迫停在區(qū)間，乘客觸發(fā)了應(yīng)急打開手柄，此時(shí)車門或逃生門不能自動(dòng)打開，應(yīng)通過調(diào)度中心行車調(diào)度遠(yuǎn)程確認(rèn)是否有必要區(qū)間逃生，如有必要?jiǎng)t遠(yuǎn)程給出確認(rèn)打開信號(hào)，如沒必要?jiǎng)t遠(yuǎn)程給出取消信號(hào)。如果調(diào)度中心在一定時(shí)間內(nèi)未給出任何確認(rèn)信息，在觸發(fā)了應(yīng)急打開手柄前提下，車門或逃生門自動(dòng)打開，避免無線故障或者人為疏忽，未察覺列車內(nèi)重大災(zāi)情隱患，而造成乘客傷亡。遠(yuǎn)程車門及逃生門控制功能是保證乘客乘車安全功能，代替了司機(jī)應(yīng)急操作，是全自動(dòng)駕駛安全保障重要功能之一。

2.3視頻監(jiān)控與分析系統(tǒng)

傳統(tǒng)電視以及車內(nèi)監(jiān)控是有限制的，只能對(duì)站廳、出入口以及站臺(tái)等乘客進(jìn)行監(jiān)控，雖然車內(nèi)有監(jiān)控，但是信息傳輸會(huì)受到多種因素的影響，需要通過非實(shí)時(shí)的方法進(jìn)行溝通。而使用全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)可以建立全方位、全線無盲區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)站臺(tái)、停車場(chǎng)以及車輛內(nèi)部等進(jìn)行全面的監(jiān)控，完善綜合監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等聯(lián)動(dòng)機(jī)制，如果出現(xiàn)異常關(guān)鍵問題，信號(hào)系統(tǒng)能夠?qū)o急停車進(jìn)行控制，報(bào)警信息可以利用聯(lián)動(dòng)機(jī)制將信息傳遞給視頻監(jiān)控系統(tǒng)，快速找到預(yù)警的位置，如站臺(tái)屏蔽門沒有關(guān)閉等，可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圖像讓中心調(diào)度采取有效的措施與工作人員配合解決問題。

完善視頻分析系統(tǒng)，傳統(tǒng)的視頻系統(tǒng)主要是客流量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，檢測(cè)障礙物，對(duì)警戒線報(bào)警進(jìn)行分析，判斷視頻分析行為。同時(shí)視頻分析能夠了解車站的客流量信息，尤其是多條線路交換的換乘站。但是目前還沒有合適的方法獲得單個(gè)站臺(tái)的客流量問題，使用視頻分析系統(tǒng)對(duì)客流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，能夠避免無人駕駛線路遇到較大客流擁堵導(dǎo)致車門不能關(guān)閉的情況。其他分析功能也是如此，通過視頻分析能夠了解不同線路中的情況，并將獲得的信息傳遞給控制中心，與信號(hào)系統(tǒng)有效聯(lián)動(dòng)，暫停車輛運(yùn)行，解決問題后再行車。

2.4通信系統(tǒng)

利用長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)對(duì)列控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，通過1.8GHz的專網(wǎng)頻段避免通信被干擾，提高其可靠性，此外使用20MHz載波頻率配置使車輛有足夠的無線通道，滿足乘客信息系統(tǒng)、車內(nèi)監(jiān)控帶寬需要等。建立雙LTE通信網(wǎng)備份機(jī)制，如果一張通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，另一張網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)無縫切換，兩張網(wǎng)絡(luò)相互備份，加之每張網(wǎng)都有A、B網(wǎng)，B網(wǎng)可以冗余備份A網(wǎng)的CBTC信息[5]，車內(nèi)監(jiān)控后上行帶寬要比下行高，D（時(shí)分）-LTE支持上下行不對(duì)稱的時(shí)隙配置，結(jié)合業(yè)務(wù)需要對(duì)上下行通道靈活配置。

結(jié)束語

全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)集成人工智能、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等最新技術(shù)，將進(jìn)一步提升城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。由于無人駕駛給運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景帶來了較大的變化，同時(shí)也賦予了信號(hào)系統(tǒng)調(diào)度中心新的使命，如何加強(qiáng)中心遠(yuǎn)程控制功能與現(xiàn)場(chǎng)的配合將是后續(xù)進(jìn)一步研究的內(nèi)容，以為全自動(dòng)無人駕駛的高效運(yùn)營(yíng)和解決突發(fā)事件提供有力的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]王寅.我國(guó)城市軌道交通應(yīng)用全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)的探討[J].中國(guó)工程咨詢，2017（2）：21-22.

[2]吳嘉，史海歐.全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)在地鐵既有線改造中的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J].城市軌道交通研究，2019（8）：8-12.

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