城市軌道交通全自動運行線路線網(wǎng)聯(lián)動場景分析

葛 鑫 涂 飛

(1.上海寶信軟件股份有限公司， 201203， 上海； 2.寶信軟件(成都)有限公司， 610200， 成都∥第一作者， 高級工程師)

目前，城市軌道交通FAO(全自動運行)系統(tǒng)重點從設(shè)備集成體系、列車無人駕駛技術(shù)、綜合自動化調(diào)度管控技術(shù)、線路調(diào)度管理體系等方面出發(fā)建設(shè)，而忽略了以服務(wù)乘客出行為核心，面向智能化和智慧化發(fā)展的多重需求。此外，F(xiàn)AO系統(tǒng)與有人駕駛系統(tǒng)在運營模式、行車組織、客運組織、維保組織等方面都具有一定差異。而線網(wǎng)指揮中心作為城市軌道交通運營的大腦，是線路運營全過程進行實時監(jiān)控調(diào)度的控制中樞，在統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)調(diào)指揮、信息共享等方面有著決定性作用。

因此，F(xiàn)AO線路需要加強其與線網(wǎng)指揮中心的有序銜接，利用線網(wǎng)指揮中心的資源優(yōu)勢，實現(xiàn)城市軌道交通全程、全范圍的智能化控制和調(diào)度指揮，從而起到優(yōu)勢互補的作用。

1 FAO線路線網(wǎng)聯(lián)動場景

與有人駕駛線路相比，F(xiàn)AO線路在線路調(diào)度體系和管理模式上有較大變化，需要在原有主要面向行車、設(shè)備的調(diào)度職責(zé)的基礎(chǔ)上，增加面向乘客、車輛和場段的調(diào)度職責(zé)。在運營實踐中，國內(nèi)各城市采取了不同的調(diào)度崗位設(shè)置方式，如成都地鐵9號線擬增設(shè)乘客調(diào)度、車輛專家、場段行調(diào)和場段運用調(diào)度[1]，南寧軌道交通5號線擬將行車調(diào)度與乘客調(diào)度、車輛調(diào)度合并設(shè)置為新的行車調(diào)度崗位，上海軌道交通14號線擬設(shè)置運營調(diào)度(含行車調(diào)度、客運調(diào)度、車輛在線監(jiān)控等職責(zé))和設(shè)備調(diào)度(含環(huán)控調(diào)度、電力調(diào)度、維修調(diào)度等職責(zé))。在管控系統(tǒng)層面上，F(xiàn)AO線路ISCS(綜合監(jiān)控系統(tǒng))通常會與ATS(自動列車監(jiān)控系統(tǒng))深度集成，形成TIAS(行車綜合自動化系統(tǒng))[2]，同時增強對車輛系統(tǒng)的管控[3]。為了保證在FAO系統(tǒng)異常工況下線路的正常運營，F(xiàn)AO線路通常會設(shè)置主、備兩個控制中心，并在兩個控制中心中均設(shè)置TIAS。由此，TIAS的信息集成量和聯(lián)動模式數(shù)量都有大幅增加[3-4]，聯(lián)動的設(shè)備和流程也更為復(fù)雜[3]。

在線路層級，當(dāng)前業(yè)內(nèi)對FAO線路運營的線網(wǎng)聯(lián)動場景化描述和分析方式已基本達(dá)成共識，一般可劃分為正常場景和異常場景兩大類[5]。某些線路根據(jù)自身特點，又進一步將異常場景類型細(xì)分為非正常運營場景和緊急情況場景兩類。對于每一個場景，通常會對場景名稱、觸發(fā)聯(lián)動的事件名稱、畫面顯示的工作站名稱、聯(lián)動系統(tǒng)、聯(lián)動內(nèi)容、異常處置、接口關(guān)系、場景復(fù)位等方面進行詳細(xì)設(shè)計，最終由各專業(yè)系統(tǒng)(TIAS、通信系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等)共同實現(xiàn)。

2 FAO線路線網(wǎng)聯(lián)動場景分析

早期的線網(wǎng)指揮中心的功能定位是“只監(jiān)不控”[6]，對線路的日常運營和應(yīng)急處置以監(jiān)視監(jiān)督為主，缺乏直接介入管控的手段和職責(zé)。加之國內(nèi)各城市已運營的FAO線路較少，特別是與線網(wǎng)指揮中心聯(lián)合運營的FAO線路更是鳳毛麟角。因此，在FAO線路線網(wǎng)聯(lián)動場景方案設(shè)計中，并未對線網(wǎng)指揮中心的職責(zé)進行明確，也未對線網(wǎng)指揮中心應(yīng)實現(xiàn)的聯(lián)動功能做出要求。

隨著新一代線網(wǎng)指揮中心向“能監(jiān)、能控”的方向發(fā)展，不僅能對跨線合用的設(shè)備設(shè)施進行管控，且具備在特殊工況下直接控制車站級和列車級廣播系統(tǒng)、發(fā)布車站級和列車級乘客信息、調(diào)取和控制視頻監(jiān)控畫面等功能[6]，以及具備內(nèi)部生產(chǎn)大數(shù)據(jù)和外部信息數(shù)據(jù)的整合與分析能力[7]，因此可以從線網(wǎng)全局運營優(yōu)化角度對線路運營提供建議或提出要求，即新一代線網(wǎng)指揮中心已經(jīng)具備了與FAO線路運營聯(lián)動的基本條件。同時，隨著FAO線路數(shù)量的不斷增加，線網(wǎng)內(nèi)將會出現(xiàn)越來越多的FAO線路與有人駕駛線路之間的換乘站，甚至是FAO線路之間的換乘站。FAO線路的運營狀態(tài)將通過這些換乘站對線網(wǎng)全局運營狀態(tài)產(chǎn)生越來越不容忽視的影響，因此迫切需要線網(wǎng)指揮中心與FAO線路之間形成運營聯(lián)動。

基于當(dāng)前新一代線網(wǎng)指揮中心所具備的典型功能，其在FAO線路的線網(wǎng)聯(lián)動場景中發(fā)揮的作用可以體現(xiàn)在以下幾個方面：

1) 對FAO線路本身的突發(fā)事件處置進行監(jiān)督和跟進。例如，F(xiàn)AO線路發(fā)生突發(fā)事件時，線網(wǎng)指揮中心可以通過調(diào)用線路的視頻監(jiān)控畫面、監(jiān)聽線路無線調(diào)度和公務(wù)電話、調(diào)用現(xiàn)場人員單兵系統(tǒng)音視頻等方式，實時跟進現(xiàn)場情況，必要時可參與組織協(xié)調(diào)工作。

2) 對跨線合用設(shè)備設(shè)施進行聯(lián)動控制。在FAO線路與其他線路的跨線合用設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)故障(如共享主變電所退出運營)時，線網(wǎng)指揮中心可以對這部分設(shè)備設(shè)施進行聯(lián)動控制，以減少線路間以及線路和線網(wǎng)間的協(xié)調(diào)工作量，提高應(yīng)急處置流程的自動化水平，降低人工操作出現(xiàn)錯誤的可能性。

3) 當(dāng)FAO線路發(fā)生突發(fā)事件，可能影響到線網(wǎng)內(nèi)其他線路的正常運行時，對相關(guān)聯(lián)線路進行預(yù)警或聯(lián)動，協(xié)調(diào)采取站控、線控甚至網(wǎng)控措施，盡量減小突發(fā)事件的影響范圍。例如，由于FAO線路通常行車密度較高，車上沒有隨車工作人員，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事故(如設(shè)備故障)導(dǎo)致事故點實際通過能力小于計劃通過能力時，對線路控制中心的應(yīng)急響應(yīng)速度和應(yīng)急處置能力的要求很高，稍有遲緩就容易造成列車延誤影響范圍在整個線網(wǎng)中迅速擴大，高峰期時將會造成個別換乘站甚至鄰線的客流積壓[8]。為了避免此類事件的惡化，需要線網(wǎng)指揮中心在事故發(fā)生初期就及時介入，監(jiān)視線路應(yīng)急處置的進展及線網(wǎng)客流分布狀態(tài)，預(yù)警或聯(lián)動鄰線的站控或線控措施，通過播放廣播、發(fā)布乘客信息等方式安撫站內(nèi)乘客情緒，必要時還可采取網(wǎng)控措施、協(xié)調(diào)公交接駁、對外發(fā)布信息引導(dǎo)站外公眾的合理出行等措施。

4) 當(dāng)發(fā)生的外部事件可能影響FAO線路運營時，對FAO線路進行預(yù)警或聯(lián)動。例如，當(dāng)線網(wǎng)指揮中心預(yù)測到大客流事件將會在短期內(nèi)對FAO線路產(chǎn)生不利影響時，可以預(yù)警或聯(lián)動線路的站控或線控措施。

3 FAO線路線網(wǎng)聯(lián)動場景的設(shè)想

2020年3月中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，作為城市軌道交通行業(yè)2020—2035年制訂智慧城軌發(fā)展的技術(shù)政策、技術(shù)規(guī)范、發(fā)展規(guī)劃和實施計劃的指導(dǎo)性文件[9]。對于智慧城軌時期FAO線路的線網(wǎng)聯(lián)動場景，應(yīng)充分發(fā)掘、利用線網(wǎng)指揮中心的內(nèi)部生產(chǎn)大數(shù)據(jù)和外部信息數(shù)據(jù)的整合與優(yōu)勢，進一步提升線網(wǎng)聯(lián)動場景的智能化和智慧化水平。

基于此，對智慧城軌建設(shè)時期FAO線路的線網(wǎng)聯(lián)動場景提出如下幾點設(shè)想：

1) FAO線路TIAS建設(shè)中， ISCS和ATS系統(tǒng)應(yīng)具備一致的報警設(shè)計、聯(lián)動設(shè)計和盡可能全面的信息[3]，這樣TIAS才能更好地輔助線路調(diào)度進行應(yīng)急響應(yīng)。對于線網(wǎng)指揮中心的建設(shè)而言，更需要各線路的管控系統(tǒng)具備一致的報警設(shè)計、聯(lián)動設(shè)計和盡可能全面的信息，才能在線網(wǎng)運營規(guī)模日益膨脹、客流逐年增多、運營態(tài)勢愈發(fā)復(fù)雜的情況下，更好地輔助線網(wǎng)調(diào)度進行應(yīng)急響應(yīng)。在可預(yù)見的一段時期內(nèi)，統(tǒng)一FAO線路和有人駕駛線路的設(shè)計是相當(dāng)困難的。因此，可以結(jié)合智慧車站的建設(shè)[9]，推進換乘站的智慧化管控，減少相關(guān)線路控制中心對同一個換乘站的分頭管控，統(tǒng)一設(shè)計換乘站(智慧車站)的線網(wǎng)聯(lián)動場景，以及線網(wǎng)指揮中心、相關(guān)線路控制中心在場景中各自的職責(zé)分工，以點帶線、逐漸完善。

2) 當(dāng)前不少新一代線網(wǎng)指揮中心已具備優(yōu)化編制網(wǎng)絡(luò)化運營的列車運行計劃的功能。在此基礎(chǔ)上，可以進一步考慮由線網(wǎng)指揮中心自動向FAO線路下發(fā)列車運行計劃，并在運營期間根據(jù)線網(wǎng)內(nèi)客流實時分布狀態(tài)和態(tài)勢演變預(yù)測，自動對FAO線路的列車運行計劃進行調(diào)整，以此提升線網(wǎng)運能、運量的匹配程度，提高運輸組織的效率。隨著適用于互聯(lián)互通的FAO系統(tǒng)的研發(fā)，以及共線、跨線、越行等互聯(lián)互通的全自動運行場景的應(yīng)用[9]，在線網(wǎng)層面實現(xiàn)行車組織協(xié)調(diào)、優(yōu)化與自動化調(diào)整更是必要之舉。

3) FAO線路的備用控制中心與線網(wǎng)指揮中心合設(shè)。智慧城軌建設(shè)時期，一方面，線網(wǎng)指揮中心會向“能監(jiān)能控”的方向深化發(fā)展；另一方面，線網(wǎng)化運營的調(diào)度指揮管理架構(gòu)會逐漸扁平化[6]?；诖?，可以考慮取消FAO線路的備用控制中心，將其功能與線網(wǎng)指揮中心合設(shè)。當(dāng)FAO線路的主控制中心出現(xiàn)故障，或者主控制中心與車站、列車的通信鏈路出現(xiàn)故障時，由線網(wǎng)指揮中心接管線路控制，從而優(yōu)化相關(guān)的線網(wǎng)聯(lián)動場景設(shè)計。該措施可以在一定程度上降低FAO系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜性，以及線路的建設(shè)成本。

4 結(jié)語

FAO線路不僅實現(xiàn)了行車自動化，還蘊含了運維智能化和乘客服務(wù)自主化的理念。當(dāng)前FAO線路與線網(wǎng)指揮中心的聯(lián)動場景很少，制約了FAO線路在“三化”上的表現(xiàn)。隨著智慧城軌的建設(shè)，F(xiàn)AO線路的增多，以及線網(wǎng)指揮中心的增強，F(xiàn)AO線路與線網(wǎng)指揮中心的聯(lián)動場景會越來越多，F(xiàn)AO線路的智能化和智慧化運營潛力將會得到更大的釋放。