面向智慧地鐵的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)用

劉樹(shù)杰 王鈺

摘要：智慧地鐵是未來(lái)的發(fā)展方向，而全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是智慧地鐵的關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建符合我國(guó)城市軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)實(shí)際需求的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，將智能技術(shù)與城市軌道交通特點(diǎn)深度融合，是整體轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)集合了計(jì)算機(jī)、通信、控制技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，其核心設(shè)計(jì)理念是為了降低由人為失誤造成的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：智慧地鐵，全自動(dòng)運(yùn)行，發(fā)展方向

1.引言

隨著移動(dòng)信號(hào)與通信技術(shù)的結(jié)合、云服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、人工智能應(yīng)用等智能技術(shù)逐步在智能軌道交通技術(shù)拓展應(yīng)用。軌道交通工具、信號(hào)設(shè)備、通信設(shè)施、供電應(yīng)用等核心系統(tǒng)設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)均逐漸國(guó)產(chǎn)化，并與時(shí)俱進(jìn)在智能化邁出新的一步。利用智能應(yīng)用技術(shù)完成復(fù)雜腦力決策、加強(qiáng)安全防范和服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防管理能力、實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行，滿足未來(lái)社會(huì)和交通體系下的乘客出行需求，在目前城市軌道交通領(lǐng)域已達(dá)成共識(shí)。構(gòu)建符合我國(guó)城市軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)實(shí)際需求的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，將智能技術(shù)與城市軌道交通特點(diǎn)深度融合，是整體轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。

2.全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的重要性

城市軌道交通的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)為核心，在道岔，軌道電路，電源，信號(hào)機(jī)，計(jì)軸系統(tǒng)，車載控制器等多種關(guān)鍵設(shè)備中增加新的采集設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)補(bǔ)充，獲取使用價(jià)值更多的數(shù)據(jù)，與既有數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)還包括各種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，各種服務(wù)器工作站等產(chǎn)生了大量日志數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)化的分析手段分析日志，獲取設(shè)備的工作狀態(tài)信息。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）城市軌道交通的安全進(jìn)一步拔高

城市交通軌道智能化程度的提高能削減軌道交通的運(yùn)營(yíng)成本以及降低工作人員的工作量，大大提高軌道系統(tǒng)的安全能力。與此同時(shí)，智能全自動(dòng)化軌道交通系統(tǒng)也準(zhǔn)備了一系列安全預(yù)防措施，例如加強(qiáng)了對(duì)障礙物的巡回檢測(cè)，添加了緊急一鍵式制動(dòng)手柄以及遠(yuǎn)程面對(duì)面通信等措施，從根本上提高了城市軌道交通的安全性能。

（2） 增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)能力

智能軌道交通系統(tǒng)可以在列車高速運(yùn)行時(shí)進(jìn)行定位追蹤，有效地提高了列車的追蹤效率，與此同時(shí)，并且提高了原來(lái)軌道系統(tǒng)的1/10運(yùn)輸能力。此外，更新后的軌道系統(tǒng)不僅能夠完成自動(dòng)返航和自動(dòng)換端等功能，還改進(jìn)了行車管理系統(tǒng)，并且提高了行車安排的容錯(cuò)性。

（3） 降低了運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本

將智能自動(dòng)化設(shè)備替代工作人員的工作能夠有效降低運(yùn)營(yíng)成本，減少運(yùn)營(yíng)人員的開(kāi)支。此外，智能全自動(dòng)化軌道交通運(yùn)行系統(tǒng)能夠優(yōu)化運(yùn)行模式，節(jié)減系統(tǒng)所需能耗。

（4） 提高自動(dòng)化水平

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)大幅提高了列車的自動(dòng)化水平，可以自動(dòng)完成發(fā)車、進(jìn)站、回庫(kù)等工作，還可遠(yuǎn)程控制照明、空調(diào)等系統(tǒng)，此外，其核心的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)還能對(duì)運(yùn)營(yíng)的安全性進(jìn)行24小時(shí)的監(jiān)測(cè)評(píng)估，確保了列車運(yùn)行的安全可靠性。

由于起步較晚，近年來(lái)，我國(guó)已有多條全自動(dòng)化鐵路投入運(yùn)行，但與研究較早的國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，自動(dòng)化水平依然較低。由于我國(guó)城市布局，地域差異等因素，即使引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，依然需求因地制宜地來(lái)進(jìn)行定制符合實(shí)際情況的自動(dòng)化服務(wù)，

3.全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)難點(diǎn)分析

目前地鐵各子系統(tǒng)供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)分散、監(jiān)測(cè)終端過(guò)多，運(yùn)營(yíng)人員在巡視過(guò)程中需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行終端巡視，相應(yīng)的為了維持終端的巡視工作需要消耗大量的人力成本，而分散的數(shù)據(jù)、過(guò)多的監(jiān)測(cè)終端也會(huì)使運(yùn)營(yíng)工作復(fù)雜化，造成行車故障隱患未及時(shí)發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。各子系統(tǒng)海量報(bào)警、無(wú)法區(qū)分關(guān)鍵信息、遺漏關(guān)鍵故障，各供應(yīng)商從自身角度設(shè)計(jì)報(bào)警等級(jí)，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以從統(tǒng)籌全局的角度出發(fā)，如何將不同專業(yè)領(lǐng)域的子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)起來(lái)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵難題。

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)集合了計(jì)算機(jī)、通信、控制技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，其核心設(shè)計(jì)理念是為了降低由人為失誤造成的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)原則應(yīng)為向下兼容原則，確保系統(tǒng)在遇到自然災(zāi)害等不滿足全自動(dòng)運(yùn)行條件的情況時(shí)，列車還能以CBTC或者其他模式安全運(yùn)行。而運(yùn)行的實(shí)際情況給車輛段功能和正線運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。車輛段需要完成列車的自動(dòng)喚醒、休眠、洗車、上電、自檢，自動(dòng)進(jìn)站出站等工作，這需要中央監(jiān)控系統(tǒng)、車載系統(tǒng)和車地通訊網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動(dòng)完成。

列車全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)潛在風(fēng)險(xiǎn)包括：

（1）當(dāng)列車全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的RAMS 指標(biāo)不能滿足運(yùn)營(yíng)需求時(shí)，可能發(fā)生故障降級(jí)和災(zāi)害工況處理的后果和頻率超出運(yùn)營(yíng)所能接受的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）當(dāng)運(yùn)能與運(yùn)量不匹配時(shí)，會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，增加運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）當(dāng)系統(tǒng)故障范圍和時(shí)間超出多職能隊(duì)伍的承受能力時(shí)，存在運(yùn)營(yíng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。

車站全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)潛在風(fēng)險(xiǎn)包括：

（1）當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障無(wú)法遠(yuǎn)程自動(dòng)處置時(shí)，就可能會(huì)影響車站的運(yùn)營(yíng)服務(wù)。

（2）存在由于乘客不適應(yīng)車站自助設(shè)備操作、缺少車站客運(yùn)人員指引而影響乘客出行以及在系統(tǒng)設(shè)備故障時(shí)工作人員無(wú)法及時(shí)到場(chǎng)處理的風(fēng)險(xiǎn)。

4.全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)展方向

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)以行車的安全性為核心，利用信號(hào)、車輛、監(jiān)控、通信等專業(yè)的協(xié)作，提高軌道交通管理系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

（1）高度自動(dòng)化、降低人為因素影響

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)采用列車自動(dòng)控制系統(tǒng)和以列車運(yùn)行指揮為中心的列車控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。結(jié)合人工監(jiān)控和干預(yù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度列車運(yùn)行控制。通過(guò)減少人為因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，提高運(yùn)行的健壯性，提高自動(dòng)化程度，系統(tǒng)具有快速有效地處理運(yùn)行故障能力。自動(dòng)化體現(xiàn)在：列車運(yùn)行、喚醒、區(qū)間行車、主體運(yùn)行、車站發(fā)車、自動(dòng)折返、列車折返、休息停車、洗車等全過(guò)程自動(dòng)控制。

（2）充分的冗余配置、提高系統(tǒng)可靠性

設(shè)備故障對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行的影響，縮短故障診斷、診斷和維護(hù)時(shí)間。信號(hào)系統(tǒng)在現(xiàn)有設(shè)備冗余的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)冗余，包括控制器、駕駛室設(shè)備、ATO設(shè)備、車輛接口設(shè)備、ATS子系統(tǒng)、通信網(wǎng)關(guān)、主備中心。車輛加強(qiáng)了雙網(wǎng)絡(luò)的冗余控制，增加了車載信號(hào)系統(tǒng)和車載PIs接口系統(tǒng)的冗余配置。與傳統(tǒng)的駕駛系統(tǒng)相比，控制中心在一個(gè)完整的自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。為了防止控制中心出現(xiàn)故障，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須加強(qiáng)控制中心的配置級(jí)別。

（3）完善的安全防護(hù)、提高系統(tǒng)安全性

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)為列車運(yùn)行的全過(guò)程提供安全防護(hù)，包括增設(shè)人員防護(hù)開(kāi)關(guān)、車場(chǎng)ATP防護(hù)功能、車門對(duì)位和隔離功能、列車脫軌/障礙識(shí)別、軌道障礙識(shí)別、緊急情況下各系統(tǒng)聯(lián)隊(duì)功能以及中心處理突發(fā)情況的防護(hù)能力，可以顯著提高運(yùn)行系統(tǒng)的安全性。

（4）豐富的中心功能、實(shí)現(xiàn)智能化控制

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的控制中心應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的全面監(jiān)控，包括遠(yuǎn)程乘客服務(wù)、列車運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制和故障處理，并對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)控。各系統(tǒng)維護(hù)狀況等，各系統(tǒng)相關(guān)的聯(lián)動(dòng)控制等。

（5）兼容常規(guī)駕駛模式、支持多模式切換

除增加了 FAM 模式外，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)能夠完全兼容常規(guī)駕駛模式，可以支持從傳統(tǒng)的應(yīng)用模式到全自動(dòng)運(yùn)行模式的平滑過(guò)渡。

5.結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)采用列車自動(dòng)控制系統(tǒng)和以列車運(yùn)行指揮為中心的列車控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。結(jié)合人工監(jiān)控和干預(yù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度列車運(yùn)行控制。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)大幅提高了列車的自動(dòng)化水平，可以自動(dòng)完成發(fā)車、進(jìn)站、回庫(kù)等工作，還可遠(yuǎn)程控制照明、空調(diào)等系統(tǒng)，此外，其核心的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)還能對(duì)運(yùn)營(yíng)的安全性進(jìn)行24小時(shí)的監(jiān)測(cè)評(píng)估，確保了列車運(yùn)行的安全可靠性。

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