全自动驾驶信号系统功能需求分析

李暮思，张蓉

（1.武汉科技大学 电子信息工程（国际），湖北 武汉 430080；2.湖北第二师范学院 计算机科学与技术中外合作办学，湖北 武汉 430079）

0 引言

全自动驾驶技术一方面可以提高运行效率，另一方面还可以节约能源，可以称得上是未来轨道交通技术发展的趋势。对于全自动驾驶来说，信号系统是其核心要素，要想进一步开展该项工作，就必须对该系统的功能需求进行研究。本文以全自动驾驶影像因素分析为切入点，对信号系统的功能需求等进行了系统的梳理，希望可以为后期的系统集成及建设做好充分的准备[1]。

1 全自动驾驶信号系统影响因素分析

该系统拥有极强的自动化程度，其运行优势主要体现在以下三个方面：可靠；高效；安全。该系统的自动化运行等级非常高，车辆可以通过运营时刻表，正确实施唤醒、休眠以及启动等操作，使运行控制达到最佳程度，从而实现节能与高效。该种系统与传统信号系统存在很大的差异，具体表现在以下三个方面：①如果司机行驶于传统线路的话，一旦遇到问题可以立即采取停车措施，一切操作都由司机来实施。如果是在全自动驾驶线路，那么信号系统就可以自动执行所有控制。②当处于传统驾驶模式的时候，一旦遇到恶劣天气，司机可以及时采取恰当措施，规避风险。当处于全自动运营环境中时，如果出现了轮轨打滑的情况，信号系统就可以在第一时间感应出来，迅速加强摩擦，减缓速度。此外，该种信号系统还需要向控制中心发出信号，对运营模式做出实时改变。③要想实现全自动驾驶，就必须设置展台屏蔽门。全自动驾驶对单个屏蔽门的联动需求非常高。除此以外，在安装屏蔽门的时候，需要结合探测技术，确保人与物品出现在屏蔽门与车门之间时，会发出警报。

2 全自动驾驶信号系统功能需求

2.1 提升系统的运行等级

（1）全线自动化运行。CBTC系统是当前使用最为频繁的轨道交通信号系统，其自动化运行能力较为可观，然而，当处于车辆段及停车场的时候，对人工的需求依然无法摆脱。该种运营方式有利有弊，好的一面是管理相对独立，在进行调车作业的时候变现得非常灵活，不好的一面是信号系统与CBTC系统不同，要想确认列车能否持续行驶，需要进行两种系统的信息交互，这样做会在一定程度上影响运行效率。为了满足全自动运行模式，需要在车辆段及停车场中进行正线CBTC系统的延伸，此外，还要在车辆段中增加ATP/ATO设备，从而实现中心统一管理[2]。

（2）行车综合自动化深度集成。系统可以代替驾驶员职能，中心对各个子系统进行统一的控制及联动。行车综合自动化系统也就因此诞生，其对以往的信号系统进行了深度的集成，使将行车放在主导地位的综合控制系统得以实现。

（3）车载信号系统的唤醒休眠。当处于一般情况时，要想实现列车的运营，就必须要通过人力，然而在开启全自动驾驶模式时，信号系统就需要依赖运营时刻表，基于此，将唤醒及休眠等命令传送到车载信号系统当中。

（4）驾驶端的自动转换。当处于全自动运行的时候，列车需要集合移动授权的方向，对运行方向做出迅速判断，并对相应的驾驶端实施自动激活或自动关闭操作。

（5）全自动洗车作业。可以在信号系统中设置一个自动洗车操作，这样一来就可以实现自动洗车的功能，具体来说就是在信号系统当中，使洗车机与连锁设备合为一体，由此获取洗车状态以及清洗模式，这样就可以完成洗车作业。

（6）空车探测。当列车自动回到车辆段或停车场时，需要开启自动探测技术，确保列车当中已经没有人停留。此时，可以使用车载CCTV模糊控制技术，通过该项技术能够直接对图像做出分辨。

（7）驾驶模式极其转换。该系统对以下六种模式都予以支持：无人驾驶、限制人工驾驶、非限制人工驾驶、列车自动驾驶、蠕动、基于列车自动防护下的人工驾驶。当列车驾驶模式向低等过渡时，转换驾驶模式需要结合特定情况来考虑是否停车，当列车驾驶模式向高等转换时，转换驾驶模式不需要停车。

（8）列车工况管理。在全自动驾驶当中，为了确保列车的正常行驶，需要对列车工况做出合理的设定[3]。此外，列车的自动折返也非常关键。

2.2 提升系统的可靠及安全性能

（1）信号系统所使用的是完整的ATC，除此以外，各个子系统都需要冗余。还需要在此基础上加设车载ATO设备，一旦有故障发生，主备“无缝”切换。

（2）自动诊断及中央远程监控功能。要对该系统的诊断分析能力做出强化，通过增加与行车综合自动化系统的接口，使控制中心第一时间获取诊断信息，从而起到加强远程监控水平的作用。

（3）车载检测装置。对车载控制器系统的良好情况做出识别，从而在恰当的时间对车辆采取制动停车手段，如果出现了故障的话，控制中心就会立刻收到警报，由控制中心对车载信号设备进行复位，在确保没有车门打开或车体移动的情况下，继续运行列车。

（4）障碍物探测。为了避免障碍物误入钢轨之中，对列车脱轨情况进行有效检测，需要加设两个系统：轨道障碍物检测系统，脱轨检测系统。为了确保安全，应专门设置脱轨检测及车载障碍物装置。

2.3 停车功能需求

正线车站停车。首先是停车对位自动调整。如果误差已经大于提前设定好的停车精度，列车可以自行重新启动对位停车，此外也可以倒退对位停车。但在一系列的操作之后依然存在很大误差，就直接跳站。其次是停车倒退防护。要想完全满足全自动驾驶要求，就要加强倒退防护功能，如果误差已经大于提前设定好的距离时，就要终止列车的倒退行为，并直接开往下一站停止。同时，还需要向行调人员以及乘客等提前发出预警[4]。

紧急制动停车。在站台区域中，当出现以下几种情况时，需要立即触发紧急制动停车。第一，离站列车没有获取到相关站台屏蔽门的锁闭消息；第二，站台紧急关闭按钮受到触发；第三，通信中断；第四，人员或物品入侵轨道；第五，信号系统突发故障。除了以上提到的情况以外，当收到紧急停车指令时，也需要按照规定第一时间触发紧急制动停车。

列车初始位置确定。需要在全自动车辆的基地或停车场处安装信号标志，也可以采取适宜的定位技术，对车辆最开始的位置进行确定。此外，还需要安装信标或采取定位技术的地方包括正线及停车线，从而锁定车辆的准确停车位置。

2.4 屏蔽门/安全门的控制

对位隔离锁定功能。如果列车的车门出现故障，该辆列车在停站的时候，与其相对应的屏蔽门以及安全门也需要处于锁闭状态，一切常规的开门与关门作业都需要随之停止。此外，如果车站的屏蔽门或安全门出现了而故障，或者由人为锁闭，列车在停车靠站的时候也需要保持锁闭状态，一切相关作业停止[5]。

异物探测。在进行站台设计的时候，为了确保安全距离，在屏蔽门与车门之间留够了一定的空间。然而，这样的空间对于乘客来说却成了安全隐患，尤其是在空间较大时，乘客更有可能遇到更大的麻烦。基于多种考虑之后，决定使用激光探测技术等，通过土建，使车门与屏蔽门之间的空间尽可能地减少，一旦屏蔽门与车门之间出现人员或物品，可以第一时间被检测到。

3 系统接口

信号系统与其他系统之间存在信息交互功能，图1所呈现的就是信号系统的接口图，在实施全自动驾驶以后，以下设备都会受到一定程度的影响，需要新增接口：屏蔽门、车库门、安检中心、洗车机、人员防护等。为了将全自动驾驶的各项功能发挥到极致，及时获取系统的状态参数，可以分别通过车辆、轨旁以及车站上传至控制中心。

图l 信号系统接口图

4 结论

目前，在轨道行业当中，全自动驾驶技术是极其关键的发展方向，该项技术不仅能提升轨道交通系统的效率，还能够节约能源，使运行达到最佳状态。对于我国城市轨道交通而言，新型建设即将到来，要想得到进一步发展，预先做好全自动驾驶技术的研究非常重要，该系统的发展空间十分广阔。