面向智慧地铁的全自动运行系统应用

刘树杰 王钰

摘要：智慧地铁是未来的发展方向，而全自动运行系统是智慧地铁的关键技术，构建符合我国城市轨道交通建设运营实际需求的全自动运行系统，将智能技术与城市轨道交通特点深度融合，是整体转型升级的关键。全自动运行系统是一个集合了计算机、通信、控制技术的复杂系统，其核心设计理念是为了降低由人为失误造成的运行风险。

关键词：智慧地铁，全自动运行，发展方向

1.引言

随着移动信号与通信技术的结合、云服务、物联网、大数据应用、人工智能应用等智能技术逐步在智能轨道交通技术拓展应用。轨道交通工具、信号设备、通信设施、供电应用等核心系统设施的关键技术均逐渐国产化，并与时俱进在智能化迈出新的一步。利用智能应用技术完成复杂脑力决策、加强安全防范和服务风险预防管理能力、实现全自动化运行，满足未来社会和交通体系下的乘客出行需求，在目前城市轨道交通领域已达成共识。构建符合我国城市轨道交通建设运营实际需求的全自动运行系统，将智能技术与城市轨道交通特点深度融合，是整体转型升级的关键。

2.全自动运行系统的重要性

城市轨道交通的全自动运行系统以物联网技术和传感器技术为核心，在道岔，轨道电路，电源，信号机，计轴系统，车载控制器等多种关键设备中增加新的采集设备，对现有监控系统补充，获取使用价值更多的数据，与既有数据融合，实现对这些关键设备的监测。关键设备数据还包括各种工业控制计算机，各种服务器工作站等产生了大量日志数据，通过自动化的分析手段分析日志，获取设备的工作状态信息。主要体现在以下几个方面：

（1）城市轨道交通的安全进一步拔高

城市交通轨道智能化程度的提高能削减轨道交通的运营成本以及降低工作人员的工作量，大大提高轨道系统的安全能力。与此同时，智能全自动化轨道交通系统也准备了一系列安全预防措施，例如加强了对障碍物的巡回检测，添加了紧急一键式制动手柄以及远程面对面通信等措施，从根本上提高了城市轨道交通的安全性能。

（2） 增强运营服务能力

智能轨道交通系统可以在列车高速运行时进行定位追踪，有效地提高了列车的追踪效率，与此同时，并且提高了原来轨道系统的1/10运输能力。此外，更新后的轨道系统不仅能够完成自动返航和自动换端等功能，还改进了行车管理系统，并且提高了行車安排的容错性。

（3） 降低了运营维护成本

将智能自动化设备替代工作人员的工作能够有效降低运营成本，减少运营人员的开支。此外，智能全自动化轨道交通运行系统能够优化运行模式，节减系统所需能耗。

（4） 提高自动化水平

全自动运行系统大幅提高了列车的自动化水平，可以自动完成发车、进站、回库等工作，还可远程控制照明、空调等系统，此外，其核心的自动检测系统还能对运营的安全性进行24小时的监测评估，确保了列车运行的安全可靠性。

由于起步较晚，近年来，我国已有多条全自动化铁路投入运行，但与研究较早的国外发达国家，自动化水平依然较低。由于我国城市布局，地域差异等因素，即使引进国外技术，依然需求因地制宜地来进行定制符合实际情况的自动化服务，

3.全自动运行系统难点分析

目前地铁各子系统供应商提供数据分散、监测终端过多，运营人员在巡视过程中需要花费大量的时间进行终端巡视，相应的为了维持终端的巡视工作需要消耗大量的人力成本，而分散的数据、过多的监测终端也会使运营工作复杂化，造成行车故障隐患未及时发现的风险。各子系统海量报警、无法区分关键信息、遗漏关键故障，各供应商从自身角度设计报警等级，没有统一的标准，所以从统筹全局的角度出发，如何将不同专业领域的子系统联动起来是设计的关键难题。

全自动运行系统是一个集合了计算机、通信、控制技术的复杂系统，其核心设计理念是为了降低由人为失误造成的运行风险，设计原则应为向下兼容原则，确保系统在遇到自然灾害等不满足全自动运行条件的情况时，列车还能以CBTC或者其他模式安全运行。而运行的实际情况给车辆段功能和正线运行提出了新的挑战。车辆段需要完成列车的自动唤醒、休眠、洗车、上电、自检，自动进站出站等工作，这需要中央监控系统、车载系统和车地通讯网络联动完成。

列车全自动运行系统潜在风险包括：

（1）当列车全自动运行系统的RAMS 指标不能满足运营需求时，可能发生故障降级和灾害工况处理的后果和频率超出运营所能接受的风险。

（2）当运能与运量不匹配时，会降低系统运行的可靠性，增加运营的风险。

（3）当系统故障范围和时间超出多职能队伍的承受能力时，存在运营中断的风险。

车站全自动运行系统潜在风险包括：

（1）当设备发生故障无法远程自动处置时，就可能会影响车站的运营服务。

（2）存在由于乘客不适应车站自助设备操作、缺少车站客运人员指引而影响乘客出行以及在系统设备故障时工作人员无法及时到场处理的风险。

4.全自动运行系统发展方向

全自动运行系统以行车的安全性为核心，利用信号、车辆、监控、通信等专业的协作，提高轨道交通管理系统的自动化水平。

（1）高度自动化、降低人为因素影响

全自动运行系统采用列车自动控制系统和以列车运行指挥为中心的列车控制系统，实现轨道交通系统的智能化运行。结合人工监控和干预来实现高精度列车运行控制。通过减少人为因素对系统运行的影响，提高运行的健壮性，提高自动化程度，系统具有快速有效地处理运行故障能力。自动化体现在：列车运行、唤醒、区间行车、主体运行、车站发车、自动折返、列车折返、休息停车、洗车等全过程自动控制。

（2）充分的冗余配置、提高系统可靠性

设备故障对全自动运行的影响，缩短故障诊断、诊断和维护时间。信号系统在现有设备冗余的基础上，加强冗余，包括控制器、驾驶室设备、ATO设备、车辆接口设备、ATS子系统、通信网关、主备中心。车辆加强了双网络的冗余控制，增加了车载信号系统和车载PIs接口系统的冗余配置。与传统的驾驶系统相比，控制中心在一个完整的自动运行系统中扮演着非常重要的角色。为了防止控制中心出现故障，影响系统的正常运行，必须加强控制中心的配置级别。

（3）完善的安全防护、提高系统安全性

全自动运行系统为列车运行的全过程提供安全防护，包括增设人员防护开关、车场ATP防护功能、车门对位和隔离功能、列车脱轨/障碍识别、轨道障碍识别、紧急情况下各系统联队功能以及中心处理突发情况的防护能力，可以显著提高运行系统的安全性。

（4）丰富的中心功能、实现智能化控制

全自动运行系统的控制中心应实现对列车运行的全面监控，包括远程乘客服务、列车运行的远程控制和故障处理，并对各系统进行详细监控。各系统维护状况等，各系统相关的联动控制等。

（5）兼容常规驾驶模式、支持多模式切换

除增加了 FAM 模式外，全自动运行系统能够完全兼容常规驾驶模式，可以支持从传统的应用模式到全自动运行模式的平滑过渡。

5.结束语

全自动运行系统采用列车自动控制系统和以列车运行指挥为中心的列车控制系统，实现轨道交通系统的智能化运行。结合人工监控和干预来实现高精度列车运行控制。全自动运行系统大幅提高了列车的自动化水平，可以自动完成发车、进站、回库等工作，还可远程控制照明、空调等系统，此外，其核心的自动检测系统还能对运营的安全性进行24小时的监测评估，确保了列车运行的安全可靠性。

参考文献：

[1]肖衍，苏立勇. 轨道交通全自动运行系统集成技术研究[J]. 中国铁路，2015（5）：39-42

[2] 王曰凡. 全自动无人驾驶系统——全新理念的城市轨道交通模式[J]. 城市轨道交通研究， 2006（8）：1-5.