地铁列车全自动无人驾驶系统方案探析

地铁列车全自动无人驾驶系统方案探析

张晓辰

天津一号线轨道交通运营有限公司 天津 300350

摘要：现阶段许多城市都开始采用无人驾驶的地铁，在此基础上逐步实现了全自动化。全自动化的地铁列车无人驾驶系统能够实现无人干预、全自动化运行，具有智能化、高安全性和高可靠性等优势。为了提高列车驾驶性能和使用效果，就需要针对地铁列车全自动无人驾驶系统方案进行了研究分析，以供相关人员参考。

关键词：地铁列车；全自动；无人驾驶系统；方案

引言：

现今城市轨道交通的快速发展，车辆、信号、通信等综合技术的飞速发展以及相关科技的发展与发展，使得地铁列车自动驾驶技术日趋成熟。现在，世界上很多国家都在尝试实现无人驾驶，还有其他一些城市，都在考虑将CBTC无人驾驶技术应用到无人驾驶中。该技术在国内起步较晚，尽管有些线路上已有自动驾驶，但有关的辅助设备和设备仍需进一步改进，满足我国城市轨道交通的需求，在全国范围内都将采用全自动驾驶技术。

一、列车驾驶模式分类

地铁列车行驶模式可划分为自动驾驶模式、自动列车自动保护模式、自动驾驶模式以及ATP截断模式。

①自动驾驶模式简称为AM，这种模式可分为两种：一种是有人驾驶的自动操作，一种是无人驾驶的人随车的自动运行方式。

②全自动化无人驾驶的自动化运行方式简称为CBTC，其是国内现有的常规轨道交通系统中普遍使用的一种全自动操作模式。

③人工驾驶列车的自动保护模式，在列车行驶时，司机可以通过驾驶员的操作来控制列车的速度和停靠地点，如果列车的速度超过了系统的安全范围，则会被自动保护并强行停车。

④ATP自动驾驶模式是只有司机开着火车，列车的车速和泊位都是由驾驶员来控制，并受到ATP的保护，这种行驶方式要求车速限制，属于非常规操作。

二、全自动无人驾驶方案

（一）全自动无人驾驶的特点

CBTC与FAM的不同之处在于，以前的驾驶员都是由OCC来完成，因此，对信号系统的冗余性、可靠性和功能性都有很高的要求，必须具备高可靠性、实时传输等多种监控手段，这就要求铁路网络具有更高的功能性和诊断能力。在CBTC系统中，需要对设备的配置、控制、逻辑等进行冗余备份。同时，为了确保列车的安全、可靠，还应从软硬件上对其进行相应的辅助或补偿。

（二）功能及实施方案

1.驾驶控制功能

在手动模式下，驾驶员操纵列车。在FAM模式下，驾驶员应按下ATO开始键，然后开车。在CBTC模式下，列车的运行完全是根据运行图上的指示进行的。CBTC系统的控制线路是以OCC控制车辆中的列车控制设备为路径，然后将其传递给列车控制系统、逆变器控制系统、刹车控制系统。

CBTC系统还可以实现列车的自动回程。当列车在自动返回时，会根据信号系统的指令，自动判断行驶方向，并在相应一侧启动/关闭相应的司机间，使两个车厢之间可以进行切换。同时，在两个驾驶室之间进行切换，不会造成资料的损失，也不会造成系统的错误判断。

2.唤醒、休眠功能

①唤醒功能

在每日运营之前或在有列车接入的情况下，由信号系统按时间顺序为每一辆列车指定标识号。当列车的两个车厢都处于自动状态时OCC会在列车出发前对列车发出一道叫醒指令，在得到叫醒指令后，所有的分系统都会进行启动、自检和静态测试。在静态自检的基础上，TCMS对列车各个子系统的静态自检、列车唤醒状态等进行了分析，并将分析的结果反馈到ATC和OCC。如果唤醒失败，OCC调度员根据列车的故障情况进行人工干预，唤醒后可以随时开动，并等候新的命令。

②休眠功能

在列车运行完毕后，可在停车场或车站停靠。为了节约能量，在列车停止运行后，CBTC系统会自动开始睡眠。为了维护设备，信号系统ATC会在列车进入休眠状态之前，向地面列车维修系统发出提示，以确定是否要进行列车维修。在特定的时段，列车将会自动关掉相关的车辆系统，使其进入休眠状态。在睡眠状态下，ATC系统必须保持带电状态。

（三）停车控制

在雨雾天气或车轮边缘喷油时，当停车距离增大或不精确时，ATC需要重新调整停车位置：比如，如果没有停车点（一般为±250mm)，火车就会缓慢地跳转，直至将停车点对准。当火车驶入PSD区域时，可以采用慢跳的方式进行倒车，直到对齐。当列车跨越站台5米以上或经过一定次数的慢跳调整后，列车将会自动开始进入下一个站点，并将警报发送给OCC，并由车上的PIS系统通知旅客。

（四）广播和视频故障数据传输

①因为是全自动化，所以使用预定的节目，实现全自动的播出。OCC还可以进行现场广播和应急广播。客舱内设有应急通信设备，方便旅客与OCC进行即时通信，这是CBTC的独特之处。

②在每辆车内安装2台摄像机，监控客舱内的状况，首、尾车驾驶员在驾驶室内外的面罩上安装1台摄像机，监控车外的状况，并将视频数据记录在隧道中，以备应急撤离和列车发生故障时使用，这些图像将会被传送到OCC[1]。

（五）火灾报警系统和障碍物检测系统

自动无人驾驶列车配有火灾报警装置，能将有关的警报信号发送给乘客和OCC，帮助乘客迅速逃离。

在火车的前部和尾部安装了一种能够检测火车两端的障碍的传感器。当发现有障碍物时，紧急刹车系统会自动启动，并把相关的情况通过TCMS传送给OCC[2]。

（六）列车控制管理系统TCMS

TCMS系统在运行过程中，通过使用冗余的主、冗余的连接和冗余的MVB双线，确保了系统的安全可靠[3]。同时，由于是无人驾驶，所以具有较强的故障诊断能力。由于机车上没有驾驶员，为了保证列车的单次故障不会对列车的正常运行造成影响，所以在某些关键线路中，都采用了冗余控制、并联接或增设装置。

三、CBTC系统的技术难点

由于自动无人驾驶列车的操作完全依赖于信号，所以它必须具有高可靠性、高安全性、高冗余的特点，对列车的定位精度、列车的实时控制、设备状态的实时汇报，并对ATC机载与轨道旁装置进行双向高容量通讯[4]。

国外自动驾驶技术已经发展得比较成熟，但是如果出现了设备的故障或者事故，其后续处置仍然有一定的不足，因此，必须制定更加完善的操作规程和操作规范。比如：车辆在行驶中发生刹车装置故障或车门故障，如果仍需牵引，会有一定的安全风险，怎样正确处置；在大客流高峰期间，由于人员的组织结构比较复杂，导致了车门故障，该怎么办等，我国目前无人驾驶技术还处在初级阶段，有关操作规程、操作规程等方面还有待改进。

四、结束语

总之，全自动无人驾驶系统是一种完全自动化、无人干预的轨道操作模式，这样不仅能降低人力作业所造成的诸多不便，而且还能提高运行效率，减少运营风险，提高列车整体的舒适度，节约能源，为社会提供了极大的方便。

参考文献：

[1]胡思洋.城市轨道全自动无人驾驶技术应用探讨[J].科技视界,2022(14):13-15.

[2]孟庆元,邹守铭,孙娜,毕昱,徐娜.全自动无人驾驶的系统服务可用性考核方法的研究[J].铁道车辆,2022,60(01):79-81+85.

[3]胡恩华,裴加富,张炳锋,刘琅.车辆调度系统在全自动无人驾驶线路的研究与应用[J].现代城市轨道交通,2022(02):1-7.

[4]刘海云.全自动驾驶对南京地铁运营管理的影响与对策研究[J].科技资讯,2022,20(03):132-135.