軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)CBTC功能需求的研究

劉華超

【摘 要】本文通過(guò)對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)新增功能需求的分析，提出在原CBTC系統(tǒng)基礎(chǔ)上采取的應(yīng)對(duì)措施。同時(shí)，提出全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)并非是信號(hào)系統(tǒng)一個(gè)專業(yè)能夠完成需要多專業(yè)配合，并需借助完善的運(yùn)營(yíng)規(guī)則以降低運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)。為我國(guó)軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)的推廣應(yīng)用提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】全自動(dòng)運(yùn)行；CBTC；功能；需求

基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)即CBTC系統(tǒng)。作為各城市地鐵選用的主流技術(shù)，在確保高安全性、高可靠性和高可用性的前提下，為城市軌道交通線網(wǎng)運(yùn)輸能力提高提供了可能。目前，國(guó)外軌道交通的新線建設(shè)和舊線改造工程中正推廣全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)載系統(tǒng)，多為支持無(wú)人介入駕駛的系統(tǒng)技術(shù)。國(guó)內(nèi)已有全自動(dòng)運(yùn)行線路實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)可以避免有人介入駕駛情況下，司機(jī)突發(fā)狀況影響列車安全運(yùn)行，并在特殊需要下可以晝夜循環(huán)運(yùn)營(yíng)。全自動(dòng)運(yùn)行的信號(hào)系統(tǒng)比常規(guī)CBTC系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、可靠性要求更高，它可以按最佳模式對(duì)列車進(jìn)行更精確的控制，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量，降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，代表了軌道交通未來(lái)發(fā)展方向。

一、全自動(dòng)運(yùn)行模式下CBTC新增功能需求分析

（一）高度集中的列車遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

因是無(wú)人值守，原由司機(jī)承擔(dān)的部分功能由控制中心替代。UTO系統(tǒng)中控制中心具備對(duì)列車的遠(yuǎn)程控制功能，包括遠(yuǎn)程緊急制動(dòng)/緩解、車門(mén)控制、車載換端、列車空調(diào)/電熱參數(shù)設(shè)置、火災(zāi)確認(rèn)、車輛故障復(fù)位和遠(yuǎn)程旁路、列車照明控制、清客確認(rèn)等。ATC系統(tǒng)將替代司機(jī)承擔(dān)的職能，與綜合監(jiān)控、車輛等系統(tǒng)配合，將車輛各系統(tǒng)自檢及運(yùn)行狀態(tài)、故障情況實(shí)時(shí)傳送至控制中心，中心集中控制、聯(lián)動(dòng)各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)指揮，對(duì)列車運(yùn)行實(shí)施精確有效控制。

（二）車輛段/停車場(chǎng)無(wú)人駕駛

當(dāng)前信號(hào)控制系統(tǒng)在正線和車輛段/停車場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱段/場(chǎng)）兩個(gè)區(qū)域采用不同的信號(hào)控制制式，正線的CBTC系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)一定的自動(dòng)化運(yùn)行。段/場(chǎng)相對(duì)獨(dú)立，依靠人工控制計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度管理。列車在出入段/場(chǎng)時(shí)需要在轉(zhuǎn)換軌上停車或減速切換信號(hào)控制制式，會(huì)降低運(yùn)行效率。根據(jù)段/場(chǎng)內(nèi)的作業(yè)模式和特點(diǎn)，段/場(chǎng)可劃分為全自動(dòng)控制區(qū)域和非全自動(dòng)控制區(qū)域。非全自動(dòng)控制區(qū)域適用于車輛檢查、檢修作業(yè)必須依靠專業(yè)檢修人員和專用工裝設(shè)備，而且作業(yè)過(guò)程中需要列車移位轉(zhuǎn)線。

（三）故障/復(fù)位控制功能

傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)車載設(shè)備故障可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急制動(dòng)，但復(fù)位需要司機(jī)操作。全自動(dòng)運(yùn)行的列車，當(dāng)車載設(shè)備發(fā)生故障后，列控系統(tǒng)可對(duì)列車自動(dòng)制動(dòng)停車，并將故障信息傳至控制中心，由控制中心認(rèn)定車輛移動(dòng)權(quán)限，復(fù)位車載信號(hào)設(shè)備，控制列車以低速運(yùn)行方式至指定停車點(diǎn)停車待避，實(shí)施故障修復(fù)。

二、針對(duì)需求采取的應(yīng)對(duì)措施分析

（一）行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的中心調(diào)度控制系統(tǒng)應(yīng)具備強(qiáng)大的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障處理能力，保證系統(tǒng)在正?；蚬收线\(yùn)營(yíng)場(chǎng)景下能聯(lián)動(dòng)控制，以深度集成信號(hào)ATS，電力PSCADA和設(shè)備BAS等系統(tǒng)的行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（TIAS）為基礎(chǔ)，配合以雙向、實(shí)時(shí)、可靠、大容量的車地通信，將與行車相關(guān)信息采集到控制中心，以強(qiáng)化中央調(diào)度的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。同時(shí)結(jié)合信號(hào)全程維護(hù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)（MSS）故障檢測(cè)報(bào)警功能，快速啟動(dòng)故障應(yīng)急預(yù)案，縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，以便對(duì)故障列車及時(shí)處理。

（二）擴(kuò)展的系統(tǒng)接口

與原CBTC系統(tǒng)相比，采集與驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)的變化帶來(lái)接口的變化。有些內(nèi)部接口變?yōu)橥獠拷涌?，如ATP/ATO子系統(tǒng)傳輸給ATS系統(tǒng)的信息變?yōu)閭鬏斀oTIAS系統(tǒng)，原ATS傳輸給ATP/ATO子系統(tǒng)的信息改為T(mén)IAS系統(tǒng)傳輸。ATP/ATO子系統(tǒng)與車輛的接口增加了障礙物探測(cè)與脫軌檢測(cè)、粘著狀況、空車探測(cè)等數(shù)據(jù)采集，并實(shí)時(shí)上傳給TIAS系統(tǒng)。同時(shí)ATP/ATO子系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收TIAS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制命令，如故障/復(fù)位、車門(mén)隔離、駕駛室改端和開(kāi)關(guān)車門(mén)等信息，并控制列車執(zhí)行。例如，需退出正線服務(wù)回段的列車，TIAS聯(lián)動(dòng)列車和車站廣播提醒車上乘客下車，站臺(tái)乘客不能上車。停站未清客完成期間，車載信號(hào)設(shè)備保持車門(mén)打開(kāi)。清客完成，可以利用車載CCTV模糊控制技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行空車檢測(cè)。

（三）段/場(chǎng)ATC設(shè)備設(shè)置

要實(shí)現(xiàn)車輛段/停車場(chǎng)的全自動(dòng)運(yùn)行，需要在段/場(chǎng)設(shè)置與正線相同的信號(hào)系統(tǒng)，增加軌旁ATP、CI以及ATS設(shè)備，并進(jìn)行無(wú)線覆蓋，由控制中心TIAS系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度管理，完成列車在段/場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)控制。同時(shí)在車場(chǎng)內(nèi)的需要位置設(shè)置固定應(yīng)答器，實(shí)現(xiàn)列車休眠、喚醒、自檢、初始化定位及位置校核等功能，車載信號(hào)設(shè)備需設(shè)置用于實(shí)現(xiàn)休眠和喚醒等相關(guān)控制模塊。

三、全自動(dòng)列車運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)用分析

（一）中心功能強(qiáng)化，應(yīng)急處理能力提升

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)控制中心以行車指揮為核心，深度集成信號(hào)、車輛、供電、通信等多專業(yè)，增強(qiáng)中心遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車全自動(dòng)運(yùn)行的監(jiān)控、對(duì)車輛遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程乘客服務(wù)等功能，使列車在正常和故障情況下實(shí)現(xiàn)多專業(yè)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，提升了全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)急處理能力。

（二）安全性增強(qiáng)，車輛段運(yùn)行效率改善

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)能夠根據(jù)列車運(yùn)行場(chǎng)景，按照運(yùn)行圖自動(dòng)觸發(fā)操作，克服人工誤操作，在非正常運(yùn)行情況下快速反應(yīng)，大大提高安全性。依靠遠(yuǎn)程喚醒、自動(dòng)靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試、自動(dòng)回庫(kù)、自動(dòng)洗車、遠(yuǎn)程休眠、自動(dòng)發(fā)車等功能，有效減少重復(fù)性人工作業(yè)的投入，改善車輛段運(yùn)行效率。

（三）多專業(yè)聯(lián)調(diào)，設(shè)備冗余配置完善，系統(tǒng)可用性提高

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試時(shí)，多專業(yè)聯(lián)動(dòng)交叉驗(yàn)證，可充分暴露問(wèn)題，極大減少尾工遺留數(shù)量，提高系統(tǒng)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后的可用性。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)完善了設(shè)備冗余配置，包括列車頭尾設(shè)備冗余、ATP三取二冗余、ATO熱備冗余、聯(lián)鎖雙系冗余、網(wǎng)關(guān)多地四重冗余等手段，減少原系統(tǒng)中由于設(shè)備故障造成服務(wù)質(zhì)量下降但可以維持運(yùn)營(yíng)造成的行車晚點(diǎn)，提高系統(tǒng)可靠性，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

（四）系統(tǒng)集成度加強(qiáng)，維護(hù)成本降低

行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（TIAS）由統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與維修調(diào)度。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，計(jì)算地鐵客流擁擠指數(shù)、分析歷史故障數(shù)據(jù)、預(yù)警故障趨勢(shì)、調(diào)配備品備件等功能，實(shí)現(xiàn)維修信息統(tǒng)一發(fā)布，實(shí)施集中維護(hù)管理，提高系統(tǒng)預(yù)防性維修能力，降低維護(hù)成本。

四、結(jié)論

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的列車駕駛完全依靠信號(hào)控制，在常規(guī)的CBTC系統(tǒng)上增加了許多新功能，在提升地鐵列車的運(yùn)營(yíng)效率，增強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整能力、降低人為風(fēng)險(xiǎn)，改善列車運(yùn)行舒適性，提高了服務(wù)質(zhì)量方面有諸多優(yōu)勢(shì)。UTO系統(tǒng)代表了當(dāng)前城市軌道交通現(xiàn)代化的最先進(jìn)技術(shù)，但全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)并非是信號(hào)系統(tǒng)一個(gè)專業(yè)能夠包攬承擔(dān)的系統(tǒng)技術(shù)革新，在相關(guān)接口系統(tǒng)的功能配合、性能強(qiáng)壯上，都需要匹配性改善，才能達(dá)到預(yù)期的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。由于全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)在我國(guó)還沒(méi)有相應(yīng)成熟的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，需認(rèn)真總結(jié)國(guó)內(nèi)外無(wú)人自動(dòng)駕駛的經(jīng)驗(yàn)，探索完善的運(yùn)營(yíng)規(guī)則和處置措施，以降低運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)，提高整體運(yùn)載系統(tǒng)的安全完整度水平，實(shí)現(xiàn)軌道交通可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展，給人們帶來(lái)更加安全、舒適、便捷的出行體驗(yàn)。

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