城市轨道交通全自动驾驶场景设计

汤连桥

（南京铁信科技股份有限公司，江苏南京 211899）

1 概述

近年来，全自动化地铁在全球轨道交通领域日渐升温,巴黎、新加坡、哥本哈根、巴塞罗那等城市都已引入无人驾驶地铁，运行情况良好。据UITP（国际城市轨道交通协会）统计，截至2016年7月，全球36个城市有56条无人自动驾驶的地铁线路，共789 km，预计2025年将增加到2 200 km。

我国上海8号线和北京燕房线均开通了全自动驾驶运营，南京市、哈尔滨市、武汉市也在建一条以上的全自动驾驶线路。根据UITP统计，2020年，75%的新建城市轨道交通线路将采用UTO（完全无人驾驶级别）技术，40%的既有城市轨道交通线路将改造采用UTO技术。

与传统的城市轨道交通项目相比，全自动驾驶线路对信号系统的要求和用户的需求方面更具体明确，运营场景是明确用户需求的主要体现方式之一。

2 运营场景的设计

欧洲标准EN62290将列车运行自动化分为4个等级，即GoA1～A4，对每一个等级具备的功能进行严格定义，GoA4自动化驾驶级别最高。我国在建的城市轨道交通全自动驾驶线路均按照GoA4标准设计建设，实现正线列车、车辆段部分作业区无人值守的运营组织模式。

全线采用两级控制方式，即控制中心（备用控制中心）和车站两级管理模式，建设全自动化车辆段、停车场，设有人区及无人区，实现列车的自动休眠、唤醒、发车、洗车、自动运行、自动对位调整等一系列GoA4等级的全自动运行系统功能。

2.1 分类

全自动驾驶场景每条线路的分类方式不同，通过对哈尔滨市、北京市、武汉市、南京市和苏州市的全自动驾驶运营场景进行比较，按正常场景、故障场景和应急场景三大类进行分类比较清晰和直观，方便使用人员进行查找。

三类场景包含多个子场景，每个子场景通过场景概述、基本流程、注意事项、功能需求描述。

2.2 正常场景

正常场景以时间为顺序，依次为运营前准备、唤醒、列车出库、自动开站、列车正线运行、列车停站、站台发车、列车折返作业、正线清客、车站关站、列车回段、列车进入停车列检库、列车出入组合检修库、自动洗车、清扫作业、休眠、段场内自动调车、列车正线调整、无人区施工和列车检修，用户可根据实际情况进行增加或删减。

运营前准备场景可划分成5个子场景，如图1所示。

图1 运营前准备场景的组成

以运行图的下发和确认子场景为例说明是如何对子场景进行描述的。

（1）场景概述。

每日2：30（具体调整），由正线调度员生成当日运行图，下发至各相关系统及岗位。

（2）基本流程。

正线调度员在每日的固定时间确认当日运行图；正线调度员确认当日运行图无误后，下发计划至各相关系统；各相关岗位确认当日运行图。

（3）注意事项。

正线调度员应在每日2：30提早确认当日运行图，如计划有误，则立即下载当日运行图；各系统及各相关岗位均需要确认当日运行图无误。

（4）功能需求。

信号系统：自动匹配调取当日运行图并储存运行图的功能；编图转换软件，与现有运行图编图一体化软件开放接口，若是单独一套编图系统，则需要考虑预留后续无人驾驶线路编图接口；运行图系统应预留排班系统软件接口。

通信系统：中央调取当日运行图后，通过通信系统传输至各相关子系统（SCADA系统、AFC系统、PIS系统、综合监控系统），并发送确认回执。

2.3 故障场景

故障场景可分为场段内故障、正线列车故障、正线运行设备故障、调度室设备故障、车站相关设备故障、变电所故障6个场景，用户可根据自身情况进行适当增加或删减。

场段内故障可分为8个子场景，如图2所示。

图2 场段内故障场景的组成

（1）场景概述。

信号系统未能根据时刻表自动唤醒休眠列车或唤醒失败，行车调度员需要远程唤醒休眠列车或指派司机（运营前期）、多职能队员（运营中后期）登车就地唤醒休眠列车。

（2）基本流程。

行车调度员通过ATS工作站警告弹窗，发现待唤醒的休眠列车未能根据时刻表自动唤醒或自动唤醒失败后，使用ATS工作站远程唤醒休眠列车；若远程唤醒仍未成功，安排司机/车长登车进行就地人工唤醒，登车流程参考工作人员登乘场景（正常场景）。若就地人工唤醒失败，行车调度员应通知车辆调度员/维修调度员组织专业检修人员进行检修。

（3）功能需求。

信号系统：应具有根据时刻表自动唤醒、远程人工唤醒和就地人工唤醒功能；列车唤醒成功后，ATS界面应有提示框显示，提示结束后自动消失；列车未能根据时刻表唤醒休眠列车，ATS界面应有警告弹窗并显示失败原因，需要调度人员确认后消失；列车根据时刻表/远程人工唤醒失败后，ATS界面应有警告弹窗进行显示失败原因，需要调度人员确认后消失；应有唤醒结果历史记录，供调度员调度查看。

土建专业：库内停车股道、正线存车线等具备列车唤醒功能的唤醒点位置设置登乘平台和人员跌落防护装置。

车辆专业：每列车两端的第一对客室门作为蹬车车门，设置电解锁及电动开关功能。

2.4 应急场景

应急场景包括乘客疏散、爆炸毒气事件、火灾、乘客强行开门、列车冲突、列车倾覆、线路下沉、区间积水、区间救援、发生人潮等大客流、钢轨结冰、接触网悬挂异物、调度室疏散、雨雪模式、工作人员防护开关激活、车站失电、无人区内侵、车辆段/停车场连挂作业、列车障碍物检测触发、站台紧急停车按钮触发、防淹门锁闭信号丢失、正线列车迫停、慢行模式/RSM模式和列车事故场景。以应急场景中的乘客疏散场景为例进行说明，其他子场景架构相同。

（1）功能概述。

火灾、爆炸等突发情况，导致列车在区间被迫停车需要疏散乘客或在车站疏散乘客时，如不及时处理，将导致大面积人员伤亡及财产损失，造成供电、通信、轨道设施损坏，隧道或场段内其他设施的损坏及衍生其他突发故障。区间疏散的条件将对列车、信号、综合监控等设备提出更高的设计要求。列车停在区间且无法动车、需要疏散乘客时，需要车站人员到达现场引导乘客疏散，自动联动或值班主任/乘客调远程人工广播引导乘客疏散。

（2）处置流程。

行车调度通过ATS设备对疏散区间进行防护，如扣停后续列车及邻线列车或对事发区间进行信号封锁等；信号自动对运营列车的运行安全进行防护；设备调度确认执行疏散模式，通过综合监控对隧道通风并开启隧道全照明模式；相邻站车站人员（多职能队员）前往现场引导乘客疏散，并清点疏散人数；值班主任/乘客调度通过广播及PIS系统引导乘客采用逃生平台疏散或通过逃生门隧道疏散；车站及列车广播、PIS系统等设备根据运营调整情况联动播放乘客广播和乘客信息；值班主任/乘客调度通过车厢广播、逃生门处对讲装置、隧道广播等设备引导乘客疏散；指派车站人员引导乘客向临近车站疏散；疏散后保护现场，做好后续处理。

（3）功能需求。

车辆专业：车辆执行远程及联动广播播放功能；逃生门位置增加对讲设备，便于值班主任（乘客调度）对现场解锁逃生门进行指导操作；逃生门应经中央授权后才能打开，列车静止且列车火警被触发或其他可被侦测到的应急场景时可以不经授权直接打开；所有客室门均有紧急解锁装置；具备调度室远程车门开关操作功能，用以协助乘客隧道疏散。

信号专业：运行安全防护；远程开关列车车门。

综合监控系统：集成列车车厢、隧道视频监控画面；联动BAS、PSCADA、CCTV、广播及PIS信息；区间疏散指示。

通信专业：列车应急广播联动；车站与列车广播及PIS信息具备联动播放功能，联动信号由ATS发出执行指令；隧道重点行车部位视频监控。

3 结语

随着越来越多城市轨道交通线路采用全自动驾驶设计，用户需求和运营场景的设计趋于多样化。我国城市轨道交通协会正在积极努力，制定全自动驾驶运营需求规范，使全自动驾驶线路的运营场景更标化，内容更具体明确。