市域铁路全自动运行系统技术及运用研究

摘""要：为满足市域铁路轨道交通运营需求，提升列车调度的智能化水平，对适用于市域铁路的全自动运行系统技术进行分析研究，理清适用于市域铁路的全自动运行场景功能，分析相关核心系统的优化技术方案、接口设计方案，总结全自动运行系统在市域铁路中的技术运用特点，以期市域铁路全自动运行系统技术的应用满足市域铁路行驶要求。

关键词：市域铁路"""智能全自动运行"""运行系统"""关键技术

中图分类号：U284.48

Research"on"the"Technology"and"Application"of"Automatic"Operation"System"for"Urban"Railway

LIU"Chang

China"Railway"Fifth"Survey"and"Design"Institute"Group"Co.，"Ltd.，"Beijing，"102600"China

Abstract："In"order"to"meet"the"operational"needs"of"urban"rail"transit"and"improve"the"intelligence"level"of"train"scheduling，"this"paper"analyzes"and"conducts"research"on"the"technology"of"fully"automatic"operation"system"applicable"to"urban"railways，"clarifies"the"functions"of"fully"automatic"operation"scenarios"applicable"to"urban"railways，"analyzes"the"optimization"technology"and"interface"design"schemes"of"relevant"core"systems，"summarizes"the"technical"application"characteristics"of"fully"automatic"operation"system"in"urban"railways，"and"hopes"that"the"application"of"fully"automatic"operation"system"technology"in"urban"railways"can"meet"the"requirements"of"urban"railway"operation.

Key"Words："Urban"railway;"Intelligent"fully"automatic"operation;"Operation"system;"Key"technology

市域铁路作为城市交通网络重要组成部分，凭借其灵活性与高效性缓解了城市交通压力，而全自动运行系统（Full"Automatic"Operation）的应用，对于实现市域铁路网络化以及自动化发挥关键作用，其实现了市域铁路与城轨线路的互联互通，提高数据信息接收的兼容性，通过集成控制技术，实现了信号、车辆、通信、综合监控以及站台门系统设备的联动和协作，缩短车辆追踪时间，降低车辆运维成本。

1"""市域铁路运行特点

近年来，我国对交通领域提出“四网融合”要求，倡导部署城市轨道交通网络布局，以轨道交通为核心，衔接市域铁路、干线铁路以及城市轨道交通，优先利用“四网”层级，实现城市交通的网络化、公交化以及自动化运营。根据我国现有市域铁路建设情况来看，当前市域铁路工程建设（1）倾向于网络化运营，市域铁路与城市铁路网、城轨网络连接密切，列车共线、跨线互联互通；（2）市域铁路列车站间距增大，平均车间距约为3～10"km，部分线路间距区间为10"km以上；（3）高架路段占比较大，尤其在地面高架站上，车辆行驶速度达120～160"km/h，整体行驶速度不低于65"km/h；（4）市域铁路运营方式更为灵活，以“大站车+站站停车”为主要列车运行方式；（5）市域铁路列车运行间距较长，约为4～15"min，全自动运行系统要求运行时长为2～2.5"min间隔；（6）DC1500V"或交流25"kV的交流供电方式[1]。

2"市域铁路全自动运行系统场景分类

全自动运行系统包含信号、车辆、通信、综合监控、站台门、车辆基地工艺设备等系统设备，能实现各系统协同控制、准确联动，实现市域铁路列车运行全过程自动化。

目前河南省已结合郑许市域铁路对全自动运行联动场景功能进行了定义，根据运营需求和设备运行状态可将联动场景划分为正常场景、故障场景和应急场景三类。

正常场景下的联动功能为各系统必须具备的正常功能，主要包括当日正线运行计划确认与下发、接触网/接触轨送电、列车唤醒、轧道车运行、车站开启、列车出库、列车进入正线、列车进站停车、站台发车、列车区间运行、列车清客、列车站前折返、列车站后折返、扣车、跳停、正线运行计划变更、末班车运行、列车退出正线服务、车站关闭、列车入库、列车清扫、日检与维修、车辆基地转线作业、洗车作业、列车休眠，共计25项场景。

故障场景下的联动功能是为满足特定的故障场景所需的特定功能，主要包括车辆受电弓异常降弓、车辆牵引系统故障、车辆制动系统总风压力低、车辆制动系统空气制动无法缓解、车辆制动系统空气制动力损失、车辆辅助逆变器/充电机故障、车载乘客信息（Passenger"Information"System，PIS）系统故障、车辆烟火报警系统故障、车辆障碍物/脱轨检测装置故障、车辆照明/空调故障、车辆车门无法关闭、车辆车门无法打开、车辆车门关闭状态丢失、车辆车门锁闭状态丢失、列车关键微型断路器断开、列车控制管理（Train"Contral"and"Management"System，TCMS）通信故障、主控制中心信号（Assign"Terminal"Service，ATS）完全故障、信号车载设备完全故障、信号联锁设备完全故障、信号区域控制器完全故障、信号道岔设备故障、信号信标/应答器故障、信号计轴设备故障、站台屏蔽门滑动门故障、站台屏蔽门状态丢失、接触网/接触轨失电、洗车机故障、车库门故障、人防门/防淹门状态丢失，共计29项场景。

应急场景下的联动功能为满足特定应急场景所需的特定功能，主要包括紧急手柄激活、乘客紧急对讲、车门紧急解锁装置触发、驾驶台盖板打开、列车电气柜门打开、列车灭火器被取出、列车障碍物监测装置/脱轨检测装置激活、车门夹人夹物、车门和站台屏蔽门间隙夹人夹物、站台屏蔽门夹人夹物、站台紧急关闭按钮激活、人员防护开关（Staff"Protecting"Key"Switch，SPKS）装置激活、列车火灾、车站火灾、区间火灾、线路积水、区间停车、区间阻塞、雨雪模式等共计19项场景。

3"智能全自动运行系统关键技术研究

3.1""综合智能动态调度

全自动运行系统以计划运行图为行车组织基础，加载当日运行计划，为列车排列进路并指挥列车运行。调度指挥系统下发进路触发命令，经信号等系统安全检查后控制轨旁设备联动，ATP/ATO轨旁计算机为列车计算移动授权和速度防护曲线，自动驾驶列车运行并操控列车。综合监控系统收集信号、车辆、通信、电力、环境监控和站台门等系统运行状态信息，通过人工智能、大数据分析等技术实时监测轨道、列车、电力、环境、客流等信息，完成综合监控、预测态势，通过优化调度决策、列车灵活编组等调整手段进行调度指挥控制和调整，实现综合最优化的智能动态调度。

3.2""基于运行环境智能感知的列车全自主运行

市域铁路运行环境与地下全封闭城市轨道交通线路存在较大差异，地面段和高架段均为露天敞开环境，存在较多的风险点，比如异物侵限、自然灾害及火灾等。在复杂的运行环境中，全自动运行系统应根据各类运营场景构建运行环境感知系统，采用多类型、多源传感器融合的障碍物感知、基于大数据和先进传感器的设备设施监控管理等手段，采集分析实时环境状态数据，提升列车运行净空内障碍物、列车状态、乘客和紧急事件等的主动检测和智能感知能力，实现列车与站台门间异物检测、轨道障碍物检测、主动或被动障碍物感知、周界防护报警，应对风、雨、雪、地震等自然灾害场景制定相应的列车安全运行策略，针对列车火灾、区间火灾、车站火灾等火灾场景制定相应的联动处置救援策略，全面总结环境异常情况的处置流程和系统智能联动处置措施，提高全自动运行系统的应急处置能力[3]。全自动运行系统能降低传统司机和车载司乘人员的工作强度，可支持无人值守的列车运行[2]。

全自动运行系统通过试车线联调联试或者正线样板段试车测试，完成信号、车辆、通信、综合监控和站台屏蔽门5大类核心系统等的单体功能、系统间的接口匹配性以及系统联动功能测试。

3.3""降级优化方案

信号系统对列车的控制方式有全自动控制模式（Fully"Automatic"Mode，FAM）、基于通信的列车自动控制系统（Communication"Based"Train"Control，CBTC）、驾车自动保护模式（Automatic"Train"Protection，ATP）、联锁控制模式，其中ATP模式和联锁控制模式为降级模式。市域铁路正线如果配置点式降级模式，由于有源应答器的线缆控制长度有限，区间需增设LEU中继站，并设置用房、供电、环控等配套设施；若仅配置联锁级降级模式，列车降级后在区间运行时间较长、速度较低，对运营效率影响较大。针对上述情况，全自动运行系统在正线可采用优化降级方案，即取消区间点式设备、保留车站内点式设备，按满足初期行车间隔的降级运营模式要求布设区间信号机，将区间信号机关联至车站，出站时需检查区间信号机开放，以实现站间闭塞要求[3]。

3.4""高架段长大区间信号、通信优化方案

3.4.1""信号优化方案

设备集中站对非长大区间轨旁设备的控制一般按表1常规线径的电缆配置即可。由于市域铁路高架段长大区间两端设备集中站距离可能超过20"km，有条件的线路可设置类似国铁干线铁路的信号中继站，增设信号中继设备。无条件设置信号中继站的线路，两个“握手设备集中站”仅对靠近本站的半个区间设备进行控制，通过轨旁设备电缆加粗线径、加芯、增设中继器等方式，实现设备集中站对本区间轨旁设备的远距离控制。

超过7.7"km的区间信号机采用1.4"mm线径信号电缆，并在设备集中站室内为区间信号机供电的变压器升压调压，以提高室内送电电源电压，补偿远距离电压衰减。

为实现对道岔转辙设备和道岔缺口监测设备的长距离控制，三相交流五线道岔控制距离大于2"km时，应将道岔电缆芯线X1与芯线X2～X5分缆设置，以减少电缆的线间电容；增设轨旁通信转换器以支持缺口监测信息长距离传输。

全线轨道占用检查装置采用计轴，由于计轴控制电缆的电阻值要求≤200"Ω，为实现对计轴的远距离控制，在区间适当位置增设计轴机柜，通过联锁远程驱采实现接口控制。

3.4.2""通信优化方案

市域铁路设计速度目标值通常在120"km/h以上，为支持高速列车移动通信的需求，通信方案多采用铁路宽带移动通信系统（Long"Term"Evolution，LTE-R）技术，通过配置基带处理单元（Building"Baseband"Unit，BBU）和射频拉远单元（Remote"Radio"Unit，RRU）进行分布式基站架构组网。为了实现无线网络全线覆盖，避免因线路中某一个联锁区RRU光缆业务断开引发整个区间车地通信中断的大面积故障，工程实施阶段可采用RRU交叉集中站双向敷设光缆、车地通信通道冗余的优化方案，A网和B网由同一基站BBU敷设放射，同一区间内A网的RRU由同一个设备集中站供电、布设光缆，B网的RRU由另一个设备集中站供电、布设光缆[4]，该方案下单一联锁区RRU光缆故障只影响单网，能有效缩小车通信故障的影响范围。

3.5""智能多线路动态协同调整

目前市域铁路线网尚处于建设阶段，参考城市轨道交通制式线路集群调度与线网内任一单线的ATS设备间接口存在统一调度标准协议的需求，同一线网内采用全自动运行系统的市域铁路，应遵循统一的调度标准协议，实现线网内运行图、调度命令和运行计划协同动态调整，实现线网级调度指挥系统对采用相同信号系统制式的不同线路、不同信号系统制式下的不同线路间的列车调度集中管理和控制，顺利完成列车跨线运行、追踪管理、调度权限切换、异常情况的辅助/自动调整、线间协调调整等功能[5]。

4""结语

全自动运行系统作为高度集成化、智能化的系统，融合了人工智能、机器视觉、大数据和云计算等先进技术，能够根据动态客流变化灵活配置运力资源，降低司乘人员劳动强度，提升运输组织灵活性，减少人为误操作，提高乘客服务质量，有利于市域铁路提高运行安全性、可靠性、可用性和可维护性，实现资源全方位优化配置，符合绿色低碳环保和降本增效降耗运行的交通发展要求。

参考文献

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• 李晓争，牛儒，杨洋，等.基于广义优先关系网络的全自动运行系统故障应急处置方案研究[J].现代城市轨道交通，2024（2）：49-56.

[2]邹海平.城轨全自动运行环境感知相关运营需求研究[J].铁道通信信号，2023，59（5）：52-59.

[3]王长青，廖洪.高架段长大区间RRU交叉布缆方案及实现[J].铁道建筑技术，2023（7）：88-91.

[4]宋晗炜.基于设备状态信息的FAO系统运行风险态势评估[D].北京：北京交通大学，2021.

[5]ARTURO"A，MARIO"B，SALATORE"S"D，et"al.A"real-time"vital"control"module"to"increase"capabilities"of"railway"control"systems"in"highly"automated"train"operations[J].Real-Time"Systems，"2023，59（4）：636-661.