市域鐵路全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)及運(yùn)用研究

摘""要：為滿足市域鐵路軌道交通運(yùn)營(yíng)需求，提升列車調(diào)度的智能化水平，對(duì)適用于市域鐵路的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行分析研究，理清適用于市域鐵路的全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景功能，分析相關(guān)核心系統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)方案、接口設(shè)計(jì)方案，總結(jié)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)在市域鐵路中的技術(shù)運(yùn)用特點(diǎn)，以期市域鐵路全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用滿足市域鐵路行駛要求。

關(guān)鍵詞：市域鐵路"""智能全自動(dòng)運(yùn)行"""運(yùn)行系統(tǒng)"""關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：U284.48

Research"on"the"Technology"and"Application"of"Automatic"Operation"System"for"Urban"Railway

LIU"Chang

China"Railway"Fifth"Survey"and"Design"Institute"Group"Co.，"Ltd.，"Beijing，"102600"China

Abstract："In"order"to"meet"the"operational"needs"of"urban"rail"transit"and"improve"the"intelligence"level"of"train"scheduling，"this"paper"analyzes"and"conducts"research"on"the"technology"of"fully"automatic"operation"system"applicable"to"urban"railways，"clarifies"the"functions"of"fully"automatic"operation"scenarios"applicable"to"urban"railways，"analyzes"the"optimization"technology"and"interface"design"schemes"of"relevant"core"systems，"summarizes"the"technical"application"characteristics"of"fully"automatic"operation"system"in"urban"railways，"and"hopes"that"the"application"of"fully"automatic"operation"system"technology"in"urban"railways"can"meet"the"requirements"of"urban"railway"operation.

Key"Words："Urban"railway;"Intelligent"fully"automatic"operation;"Operation"system;"Key"technology

市域鐵路作為城市交通網(wǎng)絡(luò)重要組成部分，憑借其靈活性與高效性緩解了城市交通壓力，而全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（Full"Automatic"Operation）的應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)市域鐵路網(wǎng)絡(luò)化以及自動(dòng)化發(fā)揮關(guān)鍵作用，其實(shí)現(xiàn)了市域鐵路與城軌線路的互聯(lián)互通，提高數(shù)據(jù)信息接收的兼容性，通過(guò)集成控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)、車輛、通信、綜合監(jiān)控以及站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)和協(xié)作，縮短車輛追蹤時(shí)間，降低車輛運(yùn)維成本。

1"""市域鐵路運(yùn)行特點(diǎn)

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)交通領(lǐng)域提出“四網(wǎng)融合”要求，倡導(dǎo)部署城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)布局，以軌道交通為核心，銜接市域鐵路、干線鐵路以及城市軌道交通，優(yōu)先利用“四網(wǎng)”層級(jí)，實(shí)現(xiàn)城市交通的網(wǎng)絡(luò)化、公交化以及自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有市域鐵路建設(shè)情況來(lái)看，當(dāng)前市域鐵路工程建設(shè)（1）傾向于網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，市域鐵路與城市鐵路網(wǎng)、城軌網(wǎng)絡(luò)連接密切，列車共線、跨線互聯(lián)互通；（2）市域鐵路列車站間距增大，平均車間距約為3～10"km，部分線路間距區(qū)間為10"km以上；（3）高架路段占比較大，尤其在地面高架站上，車輛行駛速度達(dá)120～160"km/h，整體行駛速度不低于65"km/h；（4）市域鐵路運(yùn)營(yíng)方式更為靈活，以“大站車+站站停車”為主要列車運(yùn)行方式；（5）市域鐵路列車運(yùn)行間距較長(zhǎng)，約為4～15"min，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)要求運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為2～2.5"min間隔；（6）DC1500V"或交流25"kV的交流供電方式[1]。

2"市域鐵路全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)場(chǎng)景分類

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)包含信號(hào)、車輛、通信、綜合監(jiān)控、站臺(tái)門(mén)、車輛基地工藝設(shè)備等系統(tǒng)設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)協(xié)同控制、準(zhǔn)確聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)市域鐵路列車運(yùn)行全過(guò)程自動(dòng)化。

目前河南省已結(jié)合鄭許市域鐵路對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景功能進(jìn)行了定義，根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可將聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景劃分為正常場(chǎng)景、故障場(chǎng)景和應(yīng)急場(chǎng)景三類。

正常場(chǎng)景下的聯(lián)動(dòng)功能為各系統(tǒng)必須具備的正常功能，主要包括當(dāng)日正線運(yùn)行計(jì)劃確認(rèn)與下發(fā)、接觸網(wǎng)/接觸軌送電、列車喚醒、軋道車運(yùn)行、車站開(kāi)啟、列車出庫(kù)、列車進(jìn)入正線、列車進(jìn)站停車、站臺(tái)發(fā)車、列車區(qū)間運(yùn)行、列車清客、列車站前折返、列車站后折返、扣車、跳停、正線運(yùn)行計(jì)劃變更、末班車運(yùn)行、列車退出正線服務(wù)、車站關(guān)閉、列車入庫(kù)、列車清掃、日檢與維修、車輛基地轉(zhuǎn)線作業(yè)、洗車作業(yè)、列車休眠，共計(jì)25項(xiàng)場(chǎng)景。

故障場(chǎng)景下的聯(lián)動(dòng)功能是為滿足特定的故障場(chǎng)景所需的特定功能，主要包括車輛受電弓異常降弓、車輛牽引系統(tǒng)故障、車輛制動(dòng)系統(tǒng)總風(fēng)壓力低、車輛制動(dòng)系統(tǒng)空氣制動(dòng)無(wú)法緩解、車輛制動(dòng)系統(tǒng)空氣制動(dòng)力損失、車輛輔助逆變器/充電機(jī)故障、車載乘客信息（Passenger"Information"System，PIS）系統(tǒng)故障、車輛煙火報(bào)警系統(tǒng)故障、車輛障礙物/脫軌檢測(cè)裝置故障、車輛照明/空調(diào)故障、車輛車門(mén)無(wú)法關(guān)閉、車輛車門(mén)無(wú)法打開(kāi)、車輛車門(mén)關(guān)閉狀態(tài)丟失、車輛車門(mén)鎖閉狀態(tài)丟失、列車關(guān)鍵微型斷路器斷開(kāi)、列車控制管理（Train"Contral"and"Management"System，TCMS）通信故障、主控制中心信號(hào)（Assign"Terminal"Service，ATS）完全故障、信號(hào)車載設(shè)備完全故障、信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備完全故障、信號(hào)區(qū)域控制器完全故障、信號(hào)道岔設(shè)備故障、信號(hào)信標(biāo)/應(yīng)答器故障、信號(hào)計(jì)軸設(shè)備故障、站臺(tái)屏蔽門(mén)滑動(dòng)門(mén)故障、站臺(tái)屏蔽門(mén)狀態(tài)丟失、接觸網(wǎng)/接觸軌失電、洗車機(jī)故障、車庫(kù)門(mén)故障、人防門(mén)/防淹門(mén)狀態(tài)丟失，共計(jì)29項(xiàng)場(chǎng)景。

應(yīng)急場(chǎng)景下的聯(lián)動(dòng)功能為滿足特定應(yīng)急場(chǎng)景所需的特定功能，主要包括緊急手柄激活、乘客緊急對(duì)講、車門(mén)緊急解鎖裝置觸發(fā)、駕駛臺(tái)蓋板打開(kāi)、列車電氣柜門(mén)打開(kāi)、列車滅火器被取出、列車障礙物監(jiān)測(cè)裝置/脫軌檢測(cè)裝置激活、車門(mén)夾人夾物、車門(mén)和站臺(tái)屏蔽門(mén)間隙夾人夾物、站臺(tái)屏蔽門(mén)夾人夾物、站臺(tái)緊急關(guān)閉按鈕激活、人員防護(hù)開(kāi)關(guān)（Staff"Protecting"Key"Switch，SPKS）裝置激活、列車火災(zāi)、車站火災(zāi)、區(qū)間火災(zāi)、線路積水、區(qū)間停車、區(qū)間阻塞、雨雪模式等共計(jì)19項(xiàng)場(chǎng)景。

3"智能全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1""綜合智能動(dòng)態(tài)調(diào)度

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)以計(jì)劃運(yùn)行圖為行車組織基礎(chǔ)，加載當(dāng)日運(yùn)行計(jì)劃，為列車排列進(jìn)路并指揮列車運(yùn)行。調(diào)度指揮系統(tǒng)下發(fā)進(jìn)路觸發(fā)命令，經(jīng)信號(hào)等系統(tǒng)安全檢查后控制軌旁設(shè)備聯(lián)動(dòng)，ATP/ATO軌旁計(jì)算機(jī)為列車計(jì)算移動(dòng)授權(quán)和速度防護(hù)曲線，自動(dòng)駕駛列車運(yùn)行并操控列車。綜合監(jiān)控系統(tǒng)收集信號(hào)、車輛、通信、電力、環(huán)境監(jiān)控和站臺(tái)門(mén)等系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道、列車、電力、環(huán)境、客流等信息，完成綜合監(jiān)控、預(yù)測(cè)態(tài)勢(shì)，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度決策、列車靈活編組等調(diào)整手段進(jìn)行調(diào)度指揮控制和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)綜合最優(yōu)化的智能動(dòng)態(tài)調(diào)度。

3.2""基于運(yùn)行環(huán)境智能感知的列車全自主運(yùn)行

市域鐵路運(yùn)行環(huán)境與地下全封閉城市軌道交通線路存在較大差異，地面段和高架段均為露天敞開(kāi)環(huán)境，存在較多的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，比如異物侵限、自然災(zāi)害及火災(zāi)等。在復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境中，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)各類運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景構(gòu)建運(yùn)行環(huán)境感知系統(tǒng)，采用多類型、多源傳感器融合的障礙物感知、基于大數(shù)據(jù)和先進(jìn)傳感器的設(shè)備設(shè)施監(jiān)控管理等手段，采集分析實(shí)時(shí)環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)，提升列車運(yùn)行凈空內(nèi)障礙物、列車狀態(tài)、乘客和緊急事件等的主動(dòng)檢測(cè)和智能感知能力，實(shí)現(xiàn)列車與站臺(tái)門(mén)間異物檢測(cè)、軌道障礙物檢測(cè)、主動(dòng)或被動(dòng)障礙物感知、周界防護(hù)報(bào)警，應(yīng)對(duì)風(fēng)、雨、雪、地震等自然災(zāi)害場(chǎng)景制定相應(yīng)的列車安全運(yùn)行策略，針對(duì)列車火災(zāi)、區(qū)間火災(zāi)、車站火災(zāi)等火災(zāi)場(chǎng)景制定相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)處置救援策略，全面總結(jié)環(huán)境異常情況的處置流程和系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)處置措施，提高全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)急處置能力[3]。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)能降低傳統(tǒng)司機(jī)和車載司乘人員的工作強(qiáng)度，可支持無(wú)人值守的列車運(yùn)行[2]。

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)通過(guò)試車線聯(lián)調(diào)聯(lián)試或者正線樣板段試車測(cè)試，完成信號(hào)、車輛、通信、綜合監(jiān)控和站臺(tái)屏蔽門(mén)5大類核心系統(tǒng)等的單體功能、系統(tǒng)間的接口匹配性以及系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能測(cè)試。

3.3""降級(jí)優(yōu)化方案

信號(hào)系統(tǒng)對(duì)列車的控制方式有全自動(dòng)控制模式（Fully"Automatic"Mode，F(xiàn)AM）、基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（Communication"Based"Train"Control，CBTC）、駕車自動(dòng)保護(hù)模式（Automatic"Train"Protection，ATP）、聯(lián)鎖控制模式，其中ATP模式和聯(lián)鎖控制模式為降級(jí)模式。市域鐵路正線如果配置點(diǎn)式降級(jí)模式，由于有源應(yīng)答器的線纜控制長(zhǎng)度有限，區(qū)間需增設(shè)LEU中繼站，并設(shè)置用房、供電、環(huán)控等配套設(shè)施；若僅配置聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)模式，列車降級(jí)后在區(qū)間運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)、速度較低，對(duì)運(yùn)營(yíng)效率影響較大。針對(duì)上述情況，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)在正線可采用優(yōu)化降級(jí)方案，即取消區(qū)間點(diǎn)式設(shè)備、保留車站內(nèi)點(diǎn)式設(shè)備，按滿足初期行車間隔的降級(jí)運(yùn)營(yíng)模式要求布設(shè)區(qū)間信號(hào)機(jī)，將區(qū)間信號(hào)機(jī)關(guān)聯(lián)至車站，出站時(shí)需檢查區(qū)間信號(hào)機(jī)開(kāi)放，以實(shí)現(xiàn)站間閉塞要求[3]。

3.4""高架段長(zhǎng)大區(qū)間信號(hào)、通信優(yōu)化方案

3.4.1""信號(hào)優(yōu)化方案

設(shè)備集中站對(duì)非長(zhǎng)大區(qū)間軌旁設(shè)備的控制一般按表1常規(guī)線徑的電纜配置即可。由于市域鐵路高架段長(zhǎng)大區(qū)間兩端設(shè)備集中站距離可能超過(guò)20"km，有條件的線路可設(shè)置類似國(guó)鐵干線鐵路的信號(hào)中繼站，增設(shè)信號(hào)中繼設(shè)備。無(wú)條件設(shè)置信號(hào)中繼站的線路，兩個(gè)“握手設(shè)備集中站”僅對(duì)靠近本站的半個(gè)區(qū)間設(shè)備進(jìn)行控制，通過(guò)軌旁設(shè)備電纜加粗線徑、加芯、增設(shè)中繼器等方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中站對(duì)本區(qū)間軌旁設(shè)備的遠(yuǎn)距離控制。

超過(guò)7.7"km的區(qū)間信號(hào)機(jī)采用1.4"mm線徑信號(hào)電纜，并在設(shè)備集中站室內(nèi)為區(qū)間信號(hào)機(jī)供電的變壓器升壓調(diào)壓，以提高室內(nèi)送電電源電壓，補(bǔ)償遠(yuǎn)距離電壓衰減。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備和道岔缺口監(jiān)測(cè)設(shè)備的長(zhǎng)距離控制，三相交流五線道岔控制距離大于2"km時(shí)，應(yīng)將道岔電纜芯線X1與芯線X2～X5分纜設(shè)置，以減少電纜的線間電容；增設(shè)軌旁通信轉(zhuǎn)換器以支持缺口監(jiān)測(cè)信息長(zhǎng)距離傳輸。

全線軌道占用檢查裝置采用計(jì)軸，由于計(jì)軸控制電纜的電阻值要求≤200"Ω，為實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)軸的遠(yuǎn)距離控制，在區(qū)間適當(dāng)位置增設(shè)計(jì)軸機(jī)柜，通過(guò)聯(lián)鎖遠(yuǎn)程驅(qū)采實(shí)現(xiàn)接口控制。

3.4.2""通信優(yōu)化方案

市域鐵路設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值通常在120"km/h以上，為支持高速列車移動(dòng)通信的需求，通信方案多采用鐵路寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)（Long"Term"Evolution，LTE-R）技術(shù)，通過(guò)配置基帶處理單元（Building"Baseband"Unit，BBU）和射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote"Radio"Unit，RRU）進(jìn)行分布式基站架構(gòu)組網(wǎng)。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全線覆蓋，避免因線路中某一個(gè)聯(lián)鎖區(qū)RRU光纜業(yè)務(wù)斷開(kāi)引發(fā)整個(gè)區(qū)間車地通信中斷的大面積故障，工程實(shí)施階段可采用RRU交叉集中站雙向敷設(shè)光纜、車地通信通道冗余的優(yōu)化方案，A網(wǎng)和B網(wǎng)由同一基站BBU敷設(shè)放射，同一區(qū)間內(nèi)A網(wǎng)的RRU由同一個(gè)設(shè)備集中站供電、布設(shè)光纜，B網(wǎng)的RRU由另一個(gè)設(shè)備集中站供電、布設(shè)光纜[4]，該方案下單一聯(lián)鎖區(qū)RRU光纜故障只影響單網(wǎng)，能有效縮小車通信故障的影響范圍。

3.5""智能多線路動(dòng)態(tài)協(xié)同調(diào)整

目前市域鐵路線網(wǎng)尚處于建設(shè)階段，參考城市軌道交通制式線路集群調(diào)度與線網(wǎng)內(nèi)任一單線的ATS設(shè)備間接口存在統(tǒng)一調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的需求，同一線網(wǎng)內(nèi)采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的市域鐵路，應(yīng)遵循統(tǒng)一的調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行圖、調(diào)度命令和運(yùn)行計(jì)劃協(xié)同動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)級(jí)調(diào)度指揮系統(tǒng)對(duì)采用相同信號(hào)系統(tǒng)制式的不同線路、不同信號(hào)系統(tǒng)制式下的不同線路間的列車調(diào)度集中管理和控制，順利完成列車跨線運(yùn)行、追蹤管理、調(diào)度權(quán)限切換、異常情況的輔助/自動(dòng)調(diào)整、線間協(xié)調(diào)調(diào)整等功能[5]。

4""結(jié)語(yǔ)

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)作為高度集成化、智能化的系統(tǒng)，融合了人工智能、機(jī)器視覺(jué)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，能夠根據(jù)動(dòng)態(tài)客流變化靈活配置運(yùn)力資源，降低司乘人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提升運(yùn)輸組織靈活性，減少人為誤操作，提高乘客服務(wù)質(zhì)量，有利于市域鐵路提高運(yùn)行安全性、可靠性、可用性和可維護(hù)性，實(shí)現(xiàn)資源全方位優(yōu)化配置，符合綠色低碳環(huán)保和降本增效降耗運(yùn)行的交通發(fā)展要求。

參考文獻(xiàn)

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