全自動(dòng)駕駛地鐵車輛安全性需求分析

田玉剛 西安市軌道交通集團(tuán)有限公司

現(xiàn)階段，我國(guó)城市軌道交通線路中，多數(shù)屬于半自動(dòng)運(yùn)行模式，其中列車牽引、制動(dòng)等均可自行完成，司機(jī)處于列車司機(jī)室內(nèi)，實(shí)時(shí)觀察其列車運(yùn)行狀況，一經(jīng)出現(xiàn)特殊狀況可及時(shí)轉(zhuǎn)化為人工駕駛模式，確保列車運(yùn)行安全性。全自動(dòng)駕駛車輛內(nèi)部無(wú)司機(jī)操作，為確保其滿足全自動(dòng)駕駛運(yùn)行安全成效，需對(duì)其安全性需求予以分析，制定完善的設(shè)計(jì)方案。

一、全自動(dòng)列車駕駛特征

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，主要是依附于計(jì)算機(jī)、通信以及控制等技術(shù)，對(duì)列車運(yùn)行實(shí)現(xiàn)全周期控制，作為新型城市軌道交通系統(tǒng)，核心目標(biāo)是保證城市軌道交通安全性及效率，作為評(píng)定城市交通系統(tǒng)性能發(fā)展水平的重要指標(biāo)，無(wú)司機(jī)便可自行完成各項(xiàng)操作。全自動(dòng)駕駛要求各專業(yè)高效協(xié)調(diào)，體現(xiàn)特征包含以下幾方面：（1）兼容性。城市軌道交通自動(dòng)化等級(jí)，趨于向下兼容，依照GoA4等級(jí)建設(shè)線路，可沿著GoA2、GoA3 模式開(kāi)展運(yùn)營(yíng)，一般初期均處于GoA2 模式行駛，循序漸進(jìn)轉(zhuǎn)換至下一模式，并保證其安全性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)。（2）高度自動(dòng)化、深度集成，以行車為中心點(diǎn)，其他系統(tǒng)深度有效融合集成，增強(qiáng)列車運(yùn)行自動(dòng)化水平，主要體現(xiàn)在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，如列車啟停、自檢、休眠斷電等。（3）完善的安全防護(hù)。安全防護(hù)是列車運(yùn)行基礎(chǔ)保障，需對(duì)其全過(guò)程進(jìn)行防護(hù)，特別是增強(qiáng)對(duì)列車乘客上下車保護(hù)。若遇特殊狀況，各系統(tǒng)可形成良好的聯(lián)動(dòng)，保證乘客安全。（4）豐富的中心功能。列車實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控，通過(guò)遠(yuǎn)程為乘客提供服務(wù)，控制中心新增車輛調(diào)度及乘客調(diào)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)監(jiān)控等服務(wù)[1]。

二、全自動(dòng)駕駛車輛安全性需求分析

全自動(dòng)駕駛列車實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，不配備司機(jī)觀察列車運(yùn)行狀況，并對(duì)其異常情況進(jìn)行處理，列車遇前方障礙物處理、關(guān)門時(shí)夾人夾物處理等，均由系統(tǒng)自行完成，針對(duì)全自動(dòng)駕駛車輛安全性需求分析如下：

（一）障礙物檢測(cè)

為避免列車實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，與異常障礙物發(fā)生撞擊，全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)布設(shè)相應(yīng)的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)，且存在三種模式：

（1）線路安裝探測(cè)傳感器。行車線路或車站內(nèi)區(qū)域增設(shè)探測(cè)傳感器，主要準(zhǔn)確探索列車運(yùn)行線路障礙物，若存在障礙物對(duì)列車運(yùn)行造成干擾，需通過(guò)傳感器傳輸提供報(bào)警提示，將其反饋給信號(hào)系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)傳感器警報(bào)位置，列車行駛至該部位自定停車。此模式建設(shè)成本較高，大面積使用難度較大。

（2）列車安裝障礙物探測(cè)裝置。根據(jù)列車行駛實(shí)際狀況，在其內(nèi)部合適位置安設(shè)相應(yīng)的探測(cè)裝置，探測(cè)前方障礙物，按照其探測(cè)機(jī)理不同，如紅外、高清相機(jī)、毫米、激光雷達(dá)等，存在多種探測(cè)方式。障礙物探測(cè)裝置的瓶頸是探測(cè)要求較高，要求探測(cè)距離遠(yuǎn)、經(jīng)濟(jì)性較佳、精度高等方面。且列車通過(guò)曲線時(shí)，探測(cè)前方距離受限，探測(cè)裝置功能也受限，現(xiàn)階段，主動(dòng)式探測(cè)系統(tǒng)仍處于進(jìn)一步研究階段。

（3）列車安裝障礙物檢測(cè)裝置。列車上裝設(shè)相應(yīng)排障器同時(shí)，在頭車轉(zhuǎn)向架一位端增設(shè)障礙物檢測(cè)裝置，核心原理是列車實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，若與障礙物發(fā)生碰撞，其檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)立即觸動(dòng)且制動(dòng)，并將信號(hào)反饋至控制中心，以免造成事故大范圍受損。此種檢測(cè)方式應(yīng)用成熟度較高，具備可靠性較高的性能，但核心不足是需與障礙物發(fā)生碰撞之后，列車才能采取舉措。

（二）脫軌檢測(cè)

列車脫軌具有一定復(fù)雜性，影響其脫軌因素不盡相同，包含車輛狀況、線路狀態(tài)等，若列車發(fā)生脫軌之后仍處于運(yùn)行狀況，增加顛覆事故風(fēng)險(xiǎn)。在列車轉(zhuǎn)向架安裝脫軌檢測(cè)傳感器，可準(zhǔn)確檢測(cè)列車運(yùn)行狀況，若檢測(cè)出現(xiàn)脫軌立即制動(dòng)停車，并將信號(hào)傳輸至控制中心，以免發(fā)生顛覆安全事故，保障車輛乘客安全性。

（三）走行部故障檢測(cè)

走行部故障檢測(cè)主要是針對(duì)車輛轉(zhuǎn)向架故障檢測(cè)，列車實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向架核心焊接位置、車輪、齒輪箱、軸箱狀態(tài)及溫度等監(jiān)測(cè)，若其出現(xiàn)異常狀況，如裂縫、持續(xù)性高溫等，系統(tǒng)會(huì)自行報(bào)警，并傳輸給地面分析系統(tǒng)，促使車輛停運(yùn)后轉(zhuǎn)向架及時(shí)檢修，避免長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行中，不利于行車安全性。

（四）列車車門夾人夾物檢測(cè)及再關(guān)門控制

列車按照運(yùn)行圖明確停站時(shí)間節(jié)點(diǎn)，完成自動(dòng)開(kāi)關(guān)車門操作，預(yù)先告知關(guān)門信息，車輛開(kāi)閉車門三次后仍處于未關(guān)閉狀態(tài)，依托車載信號(hào)及時(shí)傳輸至控制中心，控制中心獲取相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，通過(guò)監(jiān)視遠(yuǎn)程完成車門控制。基于全自動(dòng)駕駛列車下，若車門未進(jìn)行及時(shí)關(guān)閉，系統(tǒng)檢測(cè)列車缺乏完善的啟動(dòng)條件，并不會(huì)自行啟動(dòng)，確保乘客安全性。需特別注意的是，車門夾到較小的物體，如頭發(fā)、紙張等，車門可完全閉合，系統(tǒng)難以檢測(cè)被夾物品，仍存在安全風(fēng)險(xiǎn)。為進(jìn)一步解決上述安全風(fēng)險(xiǎn)，需在站臺(tái)頭尾布設(shè)相應(yīng)的紅外線探測(cè)裝置，該裝置在車門關(guān)閉之后檢測(cè)是否存在障礙物，若存在及時(shí)報(bào)警，并在列車牽引控制下形成閉環(huán)鎖，列車無(wú)法啟動(dòng)[2]。

（五）列車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

處于有人駕駛列車條件下，火警系統(tǒng)是可選項(xiàng)系統(tǒng)，司機(jī)可對(duì)各類異常狀況予以處理，而全自動(dòng)駕駛列車中，必須配備相應(yīng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，且對(duì)其警報(bào)準(zhǔn)確性要求較高。列車發(fā)生火災(zāi)因素較多，如設(shè)備、人為等，軌道交通通風(fēng)排煙難度較大，人員疏散耗時(shí)較長(zhǎng)等，需對(duì)防火予以高度重視。為將人為因素引發(fā)火災(zāi)降至最低，目前全面實(shí)施安檢，乘客包裹需通過(guò)系統(tǒng)檢查；而設(shè)備老化造成列車火災(zāi)，需依托火災(zāi)報(bào)警裝置及時(shí)反饋信息，一般布設(shè)兩種方式，即感溫報(bào)警、感煙報(bào)警。該系統(tǒng)檢測(cè)列車火警信息，并自行進(jìn)行報(bào)警，立即將火災(zāi)發(fā)生具體部位傳輸至控制中心，與視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)，為及時(shí)處理火災(zāi)做支撐。初期應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警裝置時(shí)，受多方面因素影響，出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象，不利于列車正常運(yùn)行。為進(jìn)一步降低誤報(bào)概率，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)具備誤報(bào)自學(xué)功能，系統(tǒng)獲取信息屬于誤報(bào)，并將其數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，便于防止后續(xù)出現(xiàn)相同誤報(bào)狀況。

三、結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)駕駛車輛實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，受多重因素干擾，安全性難以保證，有必要對(duì)其安全性需求展開(kāi)系統(tǒng)性分析，增設(shè)全面的保護(hù)裝置，便于應(yīng)對(duì)列車實(shí)際運(yùn)行各類異常狀況，為車輛方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)提供支撐。