轨道交通全自动运行系统对CBTC功能需求的研究

刘华超

【摘 要】本文通过对全自动运行系统新增功能需求的分析，提出在原CBTC系统基础上采取的应对措施。同时，提出全自动运行系统并非是信号系统一个专业能够完成需要多专业配合，并需借助完善的运营规则以降低运营安全风险。为我国轨道交通全自动运行技术的推广应用提供借鉴。

【关键词】全自动运行；CBTC；功能；需求

基于通信的列车运行控制系统即CBTC系统。作为各城市地铁选用的主流技术，在确保高安全性、高可靠性和高可用性的前提下，为城市轨道交通线网运输能力提高提供了可能。目前，国外轨道交通的新线建设和旧线改造工程中正推广全自动运行运载系统，多为支持无人介入驾驶的系统技术。国内已有全自动运行线路实现运营。全自动运行系统可以避免有人介入驾驶情况下，司机突发状况影响列车安全运行，并在特殊需要下可以昼夜循环运营。全自动运行的信号系统比常规CBTC系统的自动化程度、可靠性要求更高，它可以按最佳模式对列车进行更精确的控制，提高系统运行效率和运营服务质量，降低运营维护成本，代表了轨道交通未来发展方向。

一、全自动运行模式下CBTC新增功能需求分析

（一）高度集中的列车远程监控功能

因是无人值守，原由司机承担的部分功能由控制中心替代。UTO系统中控制中心具备对列车的远程控制功能，包括远程紧急制动/缓解、车门控制、车载换端、列车空调/电热参数设置、火灾确认、车辆故障复位和远程旁路、列车照明控制、清客确认等。ATC系统将替代司机承担的职能，与综合监控、车辆等系统配合，将车辆各系统自检及运行状态、故障情况实时传送至控制中心，中心集中控制、联动各子系统协调指挥，对列车运行实施精确有效控制。

（二）车辆段/停车场无人驾驶

当前信号控制系统在正线和车辆段/停车场（以下简称段/场）两个区域采用不同的信号控制制式，正线的CBTC系统能实现一定的自动化运行。段/场相对独立，依靠人工控制计算机联锁系统进行调度管理。列车在出入段/场时需要在转换轨上停车或减速切换信号控制制式，会降低运行效率。根据段/场内的作业模式和特点，段/场可划分为全自动控制区域和非全自动控制区域。非全自动控制区域适用于车辆检查、检修作业必须依靠专业检修人员和专用工装设备，而且作业过程中需要列车移位转线。

（三）故障/复位控制功能

传统CBTC系统车载设备故障可实现自动紧急制动，但复位需要司机操作。全自动运行的列车，当车载设备发生故障后，列控系统可对列车自动制动停车，并将故障信息传至控制中心，由控制中心认定车辆移动权限，复位车载信号设备，控制列车以低速运行方式至指定停车点停车待避，实施故障修复。

二、针对需求采取的应对措施分析

（一）行车综合自动化系统

全自动运行系统的中心调度控制系统应具备强大的远程监控和故障处理能力，保证系统在正常或故障运营场景下能联动控制，以深度集成信号ATS，电力PSCADA和设备BAS等系统的行车综合自动化系统（TIAS）为基础，配合以双向、实时、可靠、大容量的车地通信，将与行车相关信息采集到控制中心，以强化中央调度的远程监控能力。同时结合信号全程维护监测子系统（MSS）故障检测报警功能，快速启动故障应急预案，缩短系统的响应时间，以便对故障列车及时处理。

（二）扩展的系统接口

与原CBTC系统相比，采集与驱动的数据的变化带来接口的变化。有些内部接口变为外部接口，如ATP/ATO子系统传输给ATS系统的信息变为传输给TIAS系统，原ATS传输给ATP/ATO子系统的信息改为TIAS系统传输。ATP/ATO子系统与车辆的接口增加了障碍物探测与脱轨检测、粘着状况、空车探测等数据采集，并实时上传给TIAS系统。同时ATP/ATO子系统实时接收TIAS系统的远程控制命令，如故障/复位、车门隔离、驾驶室改端和开关车门等信息，并控制列车执行。例如，需退出正线服务回段的列车，TIAS联动列车和车站广播提醒车上乘客下车，站台乘客不能上车。停站未清客完成期间，车载信号设备保持车门打开。清客完成，可以利用车载CCTV模糊控制技术对图像进行空车检测。

（三）段/场ATC设备设置

要实现车辆段/停车场的全自动运行，需要在段/场设置与正线相同的信号系统，增加轨旁ATP、CI以及ATS设备，并进行无线覆盖，由控制中心TIAS系统统一调度管理，完成列车在段/场的运营控制。同时在车场内的需要位置设置固定应答器，实现列车休眠、唤醒、自检、初始化定位及位置校核等功能，车载信号设备需设置用于实现休眠和唤醒等相关控制模块。

三、全自动列车运行系统应用分析

（一）中心功能强化，应急处理能力提升

全自动运行系统控制中心以行车指挥为核心，深度集成信号、车辆、供电、通信等多专业，增强中心远程监控能力，实现对列车全自动运行的监控、对车辆远程控制、状态监控、远程乘客服务等功能，使列车在正常和故障情况下实现多专业自动联动，提升了全自动运行系统的应急处理能力。

（二）安全性增强，车辆段运行效率改善

全自动运行系统能够根据列车运行场景，按照运行图自动触发操作，克服人工误操作，在非正常运行情况下快速反应，大大提高安全性。依靠远程唤醒、自动静态测试和动态测试、自动回库、自动洗车、远程休眠、自动发车等功能，有效減少重复性人工作业的投入，改善车辆段运行效率。

（三）多专业联调，设备冗余配置完善，系统可用性提高

全自动运行系统联调联试时，多专业联动交叉验证，可充分暴露问题，极大减少尾工遗留数量，提高系统开通运营后的可用性。全自动运行系统完善了设备冗余配置，包括列车头尾设备冗余、ATP三取二冗余、ATO热备冗余、联锁双系冗余、网关多地四重冗余等手段，减少原系统中由于设备故障造成服务质量下降但可以维持运营造成的行车晚点，提高系统可靠性，使系统运行更加稳定。

（四）系统集成度加强，维护成本降低

行车综合自动化系统（TIAS）由统一平台进行数据管理，对系统设备的运营进行监测与维修调度。采用大数据技术，计算地铁客流拥挤指数、分析历史故障数据、预警故障趋势、调配备品备件等功能，实现维修信息统一发布，实施集中维护管理，提高系统预防性维修能力，降低维护成本。

四、结论

全自动运行系统的列车驾驶完全依靠信号控制，在常规的CBTC系统上增加了许多新功能，在提升地铁列车的运营效率，增强运行调整能力、降低人为风险，改善列车运行舒适性，提高了服务质量方面有诸多优势。UTO系统代表了当前城市轨道交通现代化的最先进技术，但全自动运行系统并非是信号系统一个专业能够包揽承担的系统技术革新，在相关接口系统的功能配合、性能强壮上，都需要匹配性改善，才能达到预期的全自动运行系统的功能实现目标。由于全自动运行系统在我国还没有相应成熟的运营经验，需认真总结国内外无人自动驾驶的经验，探索完善的运营规则和处置措施，以降低运营安全风险，提高整体运载系统的安全完整度水平，实现轨道交通可持续的科学发展，给人们带来更加安全、舒适、便捷的出行体验。

【参考文献】

[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]金华.城市轨道交通全自动无人驾驶信号系统功能分析[J].铁路计算机应用，2014，（1）：61-64.