全自动驾驶轨道交通综合监控系统关键功能要点研究

李欣，陈洪茹

（1.北京市轨道交通设计研究院有限公司/北京市轨道交通工程技术研究中心，北京100068；2.北京市轨道交通建设管理有限公司，北京100068）

全自动驾驶轨道交通综合监控系统关键功能要点研究

李欣1，陈洪茹2

（1.北京市轨道交通设计研究院有限公司/北京市轨道交通工程技术研究中心，北京100068；2.北京市轨道交通建设管理有限公司，北京100068）

列车全自动驾驶运行代表着轨道交通向着一个新的时代发展，我国为提高自身技术水平，着力于研究实现国产化的全自动驾驶轨道交通建设。综合监控系统作为轨道交通不可或缺的控制系统，其系统建设关系到全自动驾驶的实现效果。在全自动驾驶模式下，综合监控系统在原有功能基础上，需要补充车辆、行车的监控功能，侧重乘客服务和行车安全，增加特殊联动模式，同时提高系统自身的可靠性。在全自动驾驶模式下为调度人员提供多元化集成监控服务，发挥综合监控系统集成功能优势。

全自动驾驶；综合监控系统；功能；调度；车辆检修；集成；联动

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.077

1 概述

随着轨道交通技术的飞速发展，全自动驾驶已成为城市地铁建设的高端科技产物，其技术实现的优越效果为更多轨道交通项目提供了运营的便利。目前，许多发达国家的城市轨道交通都实现了全自动驾驶，如哥本哈根、巴黎、新加坡以及最新投入运营的迪拜地铁等。在国内，香港的迪士尼线、上海地铁10号线、北京地铁机场线均采用全自动驾驶技术。全自动驾驶已逐渐成为大型城市轨道交通建设发展的一种趋势。

轨道交通全自动驾驶的意义有以下几点。

1）进一步提高地铁控制系统安全性。由于全自动驾驶模式下应急处置难度较大，为了减少故障发生，势必提高设备的可靠性和应急处置的效率。

2）提高地铁运营服务质量。全自动驾驶避免了工作人员操作失误、疲劳、习惯等人为因素对运营的干扰，车辆运行操作时间缩短，准点率提高。

3）为降低运营成本创造条件。成功实现全自动驾驶后，车辆可不需要司机驾驶，在人力资源节约上提供了实现条件。

全自动驾驶技术的实现代表着轨道交通向着一个新的时代发展，我国为推进自主科技发展，着力于研究实现国产化的全自动驾驶轨道交通建设，在北京燕房线进行科研工程实验。

在国内目前技术现状下，自主实施轨道交通全自动驾驶工程难度相当大。综合监控系统作为不可或缺的控制系统，其系统建设关系到全自动驾驶的实现效果，在系统原有功能的基础上，需要认清全自动驾驶所需要的关键功能要点，对需求特点进行分析，剖析与传统驾驶模式相比系统的突出需求，从而研究综合监控系统工程建设方案。

2 全自动驾驶系统功能需求

2.1 全自动驾驶车辆功能需求

在全自动驾驶UTO运营等级下，列车的行驶无须跟车工作人员进行操作，对车辆控制系统提出新功能要求。车辆在行驶前能够自动唤醒，在回库后能够自动休眠；在运行期间，车辆还必须具备智能化的故障自检、自愈功能，在发生故障时能主动通过车辆自身系统进行故障分析，阻断故障源，启用备用设备，恢复故障继续运行；车辆应具有自动对位调整功能，当车辆到站停车出现误差时，可以自动进行对位调整，办理上下客作业；车辆应具有对线路障碍物的探测和自行排除障碍物功能，同时必须配备防脱轨设备，保证行车安全；车辆应具备完善的视频监控系统，使中央控制中心可以随时掌握车厢内的情况；车厢内需要设置乘客对讲电话，发生异常情况时，乘客可以与控制中心直接取得联系；车辆所有的状态和报警信息都应能上传至控制中心，由中心调度代替司机对车辆行驶状态进行监视，同时对车辆进行紧急控制操作[1]。综合监控系统需要完成车辆的部分监控功能，满足中心调度运营使用。

2.2 控制系统及设备可靠性

全自动驾驶技术运用依赖于设备设施的功能。当设备发生故障且无法通过自检自愈或以故障隔离的方式继续自动运行时，就只能中断全自动驾驶模式，改为人工驾驶。在严重故障的处理上，比有人驾驶需要耗费更多的时间，效率大大降低。因此，行车控制系统及其他设备控制系统的可靠性保障对无人驾驶至关重要。信号系统和综合监控系统作为完成全自动驾驶功能的主要控制系统，应具备完善的冗余机制，保证系统有较高的可靠性。

2.3 运营调度集中监控

全自动驾驶系统可以脱离司机进行自动运行，但相比传统行车监控，控制中心需要掌握更多的运营行车数据和控制权限，中心系统功能需要加强集中监控功能。控制中心的行车监管范围从正线扩大至车辆场段内，同时增加对车载设备、车载视频、车载广播、车载应急电话的状态集中监管。

2.4 区间事故疏散的处置

在全自动驾驶UTO运行等级下，区间事故疏散的处理要比普通行车处置方式难度高很多。因为车辆上可不配置工作人员，人员从车站赶赴列车迫停地点，需要比较长的时间，这就要求在中心完成一部分的事故处置。控制中心可远程启动车辆区间疏散联动，通过车载视频了解现场情况，遥控开启车门，通过车载广播指导乘客疏散，同时对区间疏散指示灯具、通风系统等救援设备进行联动控制，保证人员在区间内的安全。车上不配置司机后，事故车辆的区间救援也非常重要，需要将故障车拖出，整个救援过程需要行车控制系统进行特殊控制。

2.5 运营调度变化

全自动驾驶不配置司机后，司机原有的一部分工作转移给了中心调度，使得调度的工作内容增加，专业分工更趋细化。因此，掌握行车基本知识、具备较强沟通能力与心理疏导能力的乘客调度应运而生。他们不但要时刻监控客流的情况，还要负责接听列车上乘客的紧急呼叫，直接与乘客通话，帮助乘客解决问题。

全自动驾驶没有司机现场判断、处置故障，虽然行车调度员可以远程进行一部分操作，但如果遇到比较复杂的车辆技术问题时，必须到事故现场处理，势必会影响运营。所以有必要增设车辆检修调度为行车提供必要的技术支持，主要负责对车辆运行状态的监控，解决车辆的技术问题。

2.6 乘务人员素质

采用全自动驾驶以后，司机的工作需要转移到中心和车站工作人员身上，人员的素质将直接影响到无人驾驶线路运营的安全和质量。与普通行车相比，工作人员应进行更全面、多专业的职业技能培训，加强综合业务处理能力，这也对培训系统提出新的要求，应建立一套完整、全面的综合培训系统，可进行行车、供电、机电、车辆等综合化培训作业。

3 综合监控系统建设特点

综合监控系统的主要目的是用系统化方法以及集成、互联的方式将变电所综合自动化系统（PSCADA）、机电设备监控系统（BAS）、信号系统（ATS）防灾报警系统（FAS）、门禁系统（ACS）、广播系统（PA）、闭路电视系统（CCTV）、无线通信系统（TETRA）、安全门控制系统（PSD）、乘客信息系统（PIS）、自动售检票系统（AFC）等系统联结为一个有机的整体，纳入统一的应用平台，实现轨道交通各专业系统之间的信息互通、资源共享，提高各系统的协调配合能力，实现系统间的高效联动。

全自动驾驶功能需求下的综合监控系统，是以保证全自动驾驶技术的实现，保证线路的正常运营，确保乘客的人身安全，并提高整个线路体系车辆通过能力及防灾救援能力为根本目的。应对全自动驾驶系统的功能需求，综合监控系统作为地铁内不可或缺的自动化控制系统，其建设应能支撑全自动驾驶功能的实现，提升全自动驾驶的运营水平。

3.1 核心控制策略改变

在全自动驾驶运营要求下，联动控制方式策略从原先以时间计划为中心向按照行车指挥的要求进行控制发生转变，增加了很多根据行车计划需求进行的联动控制。综合监控系统应对全自动驾驶运行不仅需要实现对电力、设备的监控调度功能，还需要增加行车调度控制策略，全面开展行车、电力、机电等集成化监控，为无人驾驶运营提供更安全、可靠的服务。

3.2 集成化能力提高

全自动驾驶系统运营的一大特点在于行车管理的高度集中管理，并要求监控内容的综合性有所提高，同时扩大控制中心的远程监控范围。这就要求综合监控系统在原有集成方案下，扩展集成范围，提高监控能力，增加对行车控制、车辆状态、车载设备、车载语音等方面的功能集成，同时在人机界面上应采用多专业综合化的可视界面，能为调度提供更便捷的功能应用，这对系统平台软件提出了新的要求[2]。

3.3 具有较高可靠性

全自动驾驶系统脱离了人工对正常驾驶车辆的操作，所有的运营行驶都依靠于控制系统，控制系统自身的可靠性尤为重要。在工程建设时，综合监控系统除具备必要的冗余措施外，对系统接口、终端设备、电源系统、应用软件等方面也需要采取增强可靠性措施，将故障率降到最低。同时，综合监控系统还需要提高外围各专业的联动协作能力，对行车、电力、机电设备、广播、视频监控、乘客信息、防灾等系统，在正常模式、故障模式、灾害模式、维修模式下，提供可靠的自动化监控服务。

3.4 联动模式增加

为提高自动化控制水平，综合监控系统需要根据全自动驾驶行车运营需要，增加更多的自动联动模式[3]。与普通系统相比，全自动驾驶系统增加了一些特殊运营场景，如早间车辆唤醒出库、晚间车辆回库休眠、车辆自动洗车、无人区警戒防护等，这些场景联动功能的实现需要行车、供电、机电、视频、广播等多专业的参与，同时区间救援联动也是极其重要的。

4 综合监控系统功能要点研究

4.1 指挥线路运营

4.1.1 指挥车辆的日常运行

全自动驾驶运营模式下，为了实现整个系统的高效运行，实现多专业系统的联动控制要以行车指挥为核心，综合监控系统在原有集成互联方案的基础上，增加集成信号ATS子系统，实现对行车运营的监控指挥，制定行车运行图。系统通过相关手段，监视线路、停车区域情况，同时监控相关的供电信息及车站情况信息；根据列车运行的具体情况，在必要时操作线路调度、供电指令、车站设备等工作；在紧急情况下还需保证线路的降级运营；根据日常的列车运营计划，落实并监控车站等方面的运行计划，对车辆进行唤醒、休眠等控制。

4.1.2 监视车辆的安全运行

综合监控系统需要监视每组列车以及保护系统的运行状态等。综合监控系统监视车辆驾驶模式的转换、车辆紧急制动状态、各种车辆运行报警，系统同时监视车辆在正线停止和启动状态、车辆在停车区域的停止和启动状态。系统同时监视自动驾驶无人区安全状态，线路供电状态，消防防灾状态等安全信息，辅助车辆安全运行。

4.2 确保乘客及周围人员安全

4.2.1 进行车辆应急疏散门远程辅助控制

当车辆在区间内发生事故或灾害，车辆不能继续行驶时，需要进行车辆乘客疏散。在全自动驾驶模式下，疏散模式需要调度人员在控制中心通过综合监控系统对三轨进行停电后，解锁车辆疏散门或应急门，乘客可在车厢内手动开启车门。操作员进行远程断电控制，需要得到系统高级权限，应在总调或运营高级别负责人监督下进行操作。

4.2.2 对车辆发送应急联动模式命令

当车辆发生故障或灾害时，综合监控系统能根据故障或灾害的严重程度，给车辆发送应急模式命令，进行车载视频、车载广播、车载PIS、车载疏散设备的模式控制。由于车辆设备和综合监控系统之间的信息为无线传输，为保证模式执行的可靠性，综合监控系统在控制中心以手动形式进行模式命令控制。

4.2.3 可向车辆乘客发布语音、文字信息

在全自动驾驶模式运营下，控制中心调度要代替司机对车厢内乘客进行语音广播，综合监控系统需要增加对车载广播的监控功能，语音信息可以是预录制语音或人工语音。综合监控系统负责车载广播控制命令下发，人工语音信息从控制中心通过TETRA无线数字集群终端发送到车辆上。

控制中心能对车载PIS进行文字信息发布，在控制中心通过与PIS的接口实现，文字信息通过PIS或信号的车地无限通道发送到车载PIS控制器。

4.2.4 可调取车辆视频监控画面

综合监控系统在原有对车站视频监控进行调取的功能基础上，需要增加车载视频的调取功能，可在控制中心通过与视频监控系统中心级进行接口互联完成。此功能的实现需要视频监控系统扩大监管范围，将车载视频信息传送到地面视频监控系统中。视频调取命令可通过PIS或信号的车地无限通道发送到车载视频监控控制器。

4.2.5 系统需要监视车辆段无人区人员安全

为避免全自动驾驶车辆行驶时，对车下人员造成危害，在车站轨行区和车辆段/停车场划分为无人区域和有人区域，且采用围栏进行分隔，配有门禁对进出人员进行管理，车辆在无人区域行驶时可不配司机。当无人区有人进入时，车辆不能辨别行驶是否安全，综合监控系统需要与无人区门禁进行互联，接收人员出入信息，同时将信息提供给行车调度和供电调度人员。人员闯入报警与信号、供电系统的连锁保护建议在现场设备间进行，综合监控系统对连锁状态进行监视。

4.3 增加对车辆状态监控的功能

4.3.1 对车辆运行信息和故障信息进行监视

车辆不配属司机后，车辆的行驶状态参数和故障情况就需要由控制中心调度进行监视。控制中心需要在线监视车辆所有的行驶数据，并重点关注与行车安全直接相关的运行状态信息和车辆故障信息。车载信息管理系统将车辆数据通过信号车地无线通道发送给综合监控系统。在控制中心，为了能对车辆状态进行专业化监控，需要新增车辆检修调度席位，综合监控系统在席位上部署需要的功能终端。

4.3.2 对车辆设备进行参数初始化和复位控制

综合监控系统除对车辆进行状态监视外，还需要远程完成一些司机日常的车上操作功能，如根据行车计划对空调、照明、广播等设备的初始化操作，这些功能需由控制中心车辆检修调度完成。同时在车辆行驶过程中，对可远程复位恢复的故障，综合监控系统能对车辆信息管理系统下发控制命令。此功能的实现同样可通过信号车地无线通道进行数据传输。

4.4 为全自动驾驶特有调度席位提供功能服务

4.4.1 增加车辆检修调度的功能服务

根据前文的论述，在控制中心增加了专门负责车辆状态监控的车辆检修调度，综合监控系统在调度席位上配属相应的工作站终端，实现对车辆状态的实时监控，便于调度员对列车的故障进行处置。

4.4.2 增加乘客服务调度的功能服务

在紧急或特殊情况下，需要控制中心调度员代替司机与乘客进行交互并监视列车内乘客的状态。在控制中心增设了乘客服务调度席位，主要负责与乘客的语音通话业务，对车载广播发布音频信息，利用车载视频监控巡视列车内部状态等职能。综合监控系统需要在乘客服务调度席位上配置终端设备，为调度员提供完整的监控功能。

4.5 增强系统人机监控界面显示

综合监控在原有电力控制基础上，增加行车指挥的监控功能，对全自动驾驶运营提供更全面、综合的监控服务，对系统人机界面应进行优化配置和强化，适当打破以专业划分的图形界面显示，将行车监控、电力监控、设备监控界面综合起来，同时对行车辅助类信息进行延展显示，做到以行调、电调为统一核心的多专业集成监视，为调度员提供更快捷、更直观的人机交互，同时提高在突发情况下的应急能力。

5 总结

目前，国内全自动驾驶系统轨道交通工程案例较少，系统建设成熟度较低，尤其是国内自主技术研发，在整个研究和建设过程中都将遇到各种困难和挑战。无论综合监控系统采用什么样的系统建设方案，都应以全自动驾驶的功能需求为基础研究点，补充车辆、行车的监控功能，侧重乘客服务和行车安全，增加特殊联动模式，同时提高系统自身的可靠性。在全自动驾驶模式下为调度人员提供多元化集成监控服务。

【1】肖衍，苏立勇.全自动驾驶信号系统功能需求分析[J].铁道通信信号，2014(12):39-42.

【2】肖衍，苏立勇.轨道交通全自动驾驶系统集成技术研究[J].中国铁路，2015(5):39-42.

【3】张艳兵，王道敏，肖衍.城市轨道交通全自动驾驶的发展与思考[J].铁道运输与经济，2015(9):70-74.

Study on the Key Functions of ISCS in Full Automatic Operation Rail Transit

LI Xin1,CHEN Hong-ru2
（1.BeijingRailandTransitDesign&ResearchInstituteCo.Ltd./BeijingRailandTransitEngineeringResearchCenter,Beijing 100068,China; 2.BeijingMTRConstructionAdministrationCorporation,Beijing 100068,China）

Fullautomatictrainoperationmeansrailtransitisenteringanewera.Inordertoimproveour technologicallevel,Chinadivesinto localizingthefullautomaticrailtransitconstruction.Astheindispensablecontrolsysteminrailtransit,ISCSaffectsthefullautomaticoperation. Underthefullautomaticoperationmode,vehicleandvehiclemonitoringfunctionshouldbeaddedtoISCS.Itemphasizespassengerserviceand operation safetybyadding special linkage mode and improving system reliability.Multiple integration monitoring service is provided for the dispatchersunderfullautomaticmodeandtheintegrationcapabilityadvantagesofISCSarerealized.

fullautomaticoperation;ISCS;function;dispatch;rollingstockinspection;integration;linkage

U284.48

A

1007-9467（2016）10-0172-04

2016-09-28

北京市科委，全自动驾驶集成技术研究（D141100000 814003）

李欣（1983～），男，北京人，工程师，从事轨道交通智能化控制系统研究。