全自動無人駕駛的系統(tǒng)服務(wù)可用性考核方法的研究

孟慶元，鄒守銘，孫 娜，畢 昱，徐 娜

(中車大連機車車輛有限公司 科技管理部，遼寧 大連 116000)

從全世界范圍而言，全自動無人駕駛技術(shù)正加速發(fā)展且逐步成熟，據(jù)不完全統(tǒng)計，全球已有37個城市55條線路采用全自動無人駕駛技術(shù)，運營里程占全部軌道交通里程的6 %，該技術(shù)的應(yīng)用主要集中在歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家[1]。

《城市軌道交通運營績效評估體系》中的績效考核方法適用于傳統(tǒng)地鐵中列車、屏蔽門和信號等系統(tǒng)[2-3]，鑒于全自動無人駕駛與傳統(tǒng)地鐵技術(shù)相比，系統(tǒng)的運營方式和故障處理策略有很大的不同[4-5]，所以該考核方法是否適合全自動無人駕駛的系統(tǒng)服務(wù)可用性考核需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

因此，本文在評估現(xiàn)有的考核方法的基礎(chǔ)上，提出一種適用于全自動無人駕駛技術(shù)的系統(tǒng)服務(wù)可用性考核方法。

1 運營績效評估體系介紹

《城市軌道交通運營績效評估體系》中定義了傳統(tǒng)地鐵的考核方法，包括對客流、運行、服務(wù)、安全、能耗、成本的績效考核?？己酥笜?biāo)分別從線路、系統(tǒng)設(shè)備及非系統(tǒng)設(shè)備的服務(wù)可用性三個方面對傳統(tǒng)地鐵線路進(jìn)行考核。

《城市軌道交通運營績效評估體系》中定義的考核方法存在以下不足：

(1)統(tǒng)計樣本不夠全面。只考核5 min及5 min以上故障帶來的影響，沒有考核5 min以下故障的影響，即可以迅速解決的故障并沒有計入在內(nèi)，但是這些故障頻繁發(fā)生的話，對列車服務(wù)可用性的影響也很大，尤其是對于全自動無人駕駛的列車。

(2)統(tǒng)計數(shù)值不準(zhǔn)確。傳統(tǒng)地鐵在乘客運送監(jiān)測、列車運行操作及確保緊急情況的檢測和管理上與全自動無人駕駛是有所不同的。有人駕駛的列車，司機可以根據(jù)列車故障的實際情況，在中間站減少停車時間，這樣在列車到達(dá)終點站的時候，相對于發(fā)車時刻表而言可能不會對運營造成任何影響；而對于全自動無人駕駛的列車，由于沒有司機，故障影響時間取決于運營單位的故障處理方案，除此之外，列車的停站時間是預(yù)先設(shè)定的，任何故障都會造成列車全線晚點，列車無法追趕時刻表。

因此，采用上述方法進(jìn)行列車服務(wù)可用性的考核，在同樣里程的情況下，全自動無人駕駛系統(tǒng)的列車服務(wù)可用性一定會低于傳統(tǒng)地鐵。

2 全自動無人駕駛的系統(tǒng)服務(wù)可用性考核方法

全自動無人駕駛系統(tǒng)的考核方法需要更客觀和合理地體現(xiàn)全自動無人駕駛的運營特點，遇到故障情況或者緊急情況，中央控制室的運營人員能夠根據(jù)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的故障報警信息，按照預(yù)先制定的故障處理程序，安排相應(yīng)的運營和維護(hù)人員進(jìn)行故障處理，直至系統(tǒng)恢復(fù)正常運營。從系統(tǒng)發(fā)生故障到系統(tǒng)恢復(fù)正常運營的這段時間，系統(tǒng)屬于不可用的狀態(tài)，因此可以采用統(tǒng)計服務(wù)可用性的方法作為全自動無人駕駛技術(shù)的系統(tǒng)服務(wù)可用性考核方法。

服務(wù)可用性A的計算公式為：

(1)

式中：TU——系統(tǒng)在線時間，h；

TO——系統(tǒng)運營時間，h。

系統(tǒng)中的任何一個產(chǎn)品的故障都會對系統(tǒng)的可用性產(chǎn)生影響，為了避免重復(fù)考核的現(xiàn)象發(fā)生，可以針對系統(tǒng)的模式可用性、車隊的可用性和站臺門的可用性分別進(jìn)行考核，進(jìn)而得到整個無人駕駛系統(tǒng)的服務(wù)可用性指標(biāo)。

2.1 模式可用性考核

模式可用性Am表示無人駕駛系統(tǒng)在運營時段內(nèi)能否一直以預(yù)定的模式運營，用于評估系統(tǒng)轉(zhuǎn)入非正常運營模式所造成的影響。Am的計算公式如下：

(2)

式中：Tm——實際運營模式故障時數(shù)(在運行系統(tǒng)排定提供具體服務(wù)模式的時間段中，所有因故障導(dǎo)致模式停機的總時數(shù))，h；

Ts——排定運營模式時數(shù)(已排定的具體運營服務(wù)模式的時數(shù))，h。

模式可用性主要考核因單一或多重運行系統(tǒng)相關(guān)問題造成在排定的運營模式下正常服務(wù)停止的事件。

2.2 車隊可用性考核

車隊可用性Af表示在排定運營模式下，列車可用性以及系統(tǒng)在排定的行車間隔下，滿足排定運營需求的能力。Af的計算公式如下：

(3)

式中：Ta——實際運營車輛服務(wù)時數(shù)(在運行系統(tǒng)無任何服務(wù)中斷且車輛功能正常的情況下，車輛在排定運營模式期間實際行駛的車輛數(shù)量與服務(wù)時數(shù)的乘積)；

Tsc——排定車輛服務(wù)時數(shù)(具體運營模式下，排定的車輛數(shù)量與服務(wù)時數(shù)的乘積)。

車隊可用性主要考核排定車輛中斷服務(wù)的時間，從排定車輛失去服務(wù)能力或失去全部功能狀態(tài)開始，直至該故障車輛重新投入運營并完全恢復(fù)功能或被一輛功能正常的車輛替換或該列車已不需服務(wù)。

2.3 站臺門可用性考核

站臺門可用性Ap表示在排定運營模式下車站站臺門可用性。Ap的計算公式如下：

(4)

式中：Tap——實際站臺門服務(wù)時數(shù)(運營模式下排定的車站站臺門數(shù)量與服務(wù)時數(shù)的乘積減去所有停機站臺門數(shù)量與服務(wù)時數(shù)的乘積)；

Tsp——排定站臺門服務(wù)時數(shù)(在具體運營模式下，所需的排定車站站臺門數(shù)量及服務(wù)時數(shù)的乘積)。

站臺門可用性主要考核因站臺門自身故障導(dǎo)致站臺門在命令運轉(zhuǎn)期間而無法操作的事件。站臺門停機的時長應(yīng)從排定的站臺門無法正常運行開始計算，直至站臺門恢復(fù)正常運行后第1次列車停站或發(fā)車完畢之后。

2.4 系統(tǒng)服務(wù)可用性考核

針對某一具體時段的系統(tǒng)服務(wù)可用性Ai，可以用模式、車隊及站臺門在該模式下所需要的排定運行模式來表示。系統(tǒng)服務(wù)可用性應(yīng)是Am，Af及Ap的乘積，計算公式如下：

Ai=Ami×Afi×Api

(5)

設(shè)每個時段的時間為Ti，因此系統(tǒng)累積的運行系統(tǒng)服務(wù)可用性Ac可以表示為：

(6)

2.5 除外事件

在系統(tǒng)運行的過程中，會發(fā)生一些意外的事件而造成系統(tǒng)的停運。因此需要在運營開始之前和運營單位共同協(xié)商對特定事件的免除責(zé)任。以下是不需要計入考核的示例：

(1)因非運行系統(tǒng)的服務(wù)失效導(dǎo)致中斷，例如，外部供給的電力超出正常范圍、因安全問題而做出的列車分流等造成的服務(wù)中斷；

(2)乘客造成的中斷或延誤；

(3)因未授權(quán)人員或生物及非生物侵入運行系統(tǒng)造成的中斷。

3 算法舉例

某項目是8列6編組的列車，7個站臺雙側(cè)站臺門可以投入運營,每天運營17 h。某日該列車系統(tǒng)的可用性數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 某日某列車系統(tǒng)的可用性數(shù)據(jù)表

按照新的算法，系統(tǒng)服務(wù)可用性的計算考核了當(dāng)天發(fā)生的所有故障，更為準(zhǔn)確地反映了不同故障對于系統(tǒng)服務(wù)可用性的影響。例如在9:30—10:30這段時間內(nèi)，車輛無法滿足排定的時間表的要求，信號系統(tǒng)故障及站臺門故障最終導(dǎo)致該時段內(nèi)系統(tǒng)的可用性只有68.92%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)天其他時段的水平。

相對于之前的統(tǒng)計方法，微小故障對線路的影響也被統(tǒng)計在內(nèi)，這樣避免了統(tǒng)計數(shù)值造成最終結(jié)果不精確的問題。

4 結(jié)束語

全自動無人駕駛技術(shù)相對于傳統(tǒng)的有人駕駛，在列車運行方式和故障管理等方面有著較大的變化，全自動無人駕駛技術(shù)強化了中央控制室的監(jiān)控和故障處理能力，同時，無人駕駛技術(shù)對于故障發(fā)生的時長及原因記錄更為準(zhǔn)確。采用改進(jìn)的全自動無人駕駛的系統(tǒng)服務(wù)可用性考核方法可以更加簡潔、客觀地反映出產(chǎn)品的真實性能水平。因此，建議采用此方法作為全自動無人駕駛的系統(tǒng)服務(wù)可用性考核方法。