全自动无人驾驶轨道交通车辆技术研究

全自动无人驾驶轨道交通车辆技术研究

倪奉文 辛圣 王庆振

青岛地铁运营有限公司 山东 青岛 266108

摘要：地铁全自动化无人驾驶系统是完全排除司机、乘务人员，经过地面控制中心基于实时感知信息，对列车及其设施实施自动化运行控制系统。对于地铁全自动化运行系统进行定义，分析地铁站台门、轨行区侧的风险空间特点，提出在无人驾驶的环境下，对站台和执行区侧实施安全信息感知需求。合理评估现有的信息感知技术，分析其优缺点，最后提出一种基于顶装机器视觉的全时域的全信息感知系统，检测列车进出站时的客流量和异常情况，站台门关闭之后列车和站台门之间异物和异物种类的检测，列车不在站时的站台门和轨行区域异物的检测。这个系统可以全面覆盖乘降作业监督区域，提供1920×1080分辨率或更高的实时图像，最小可检测的风险事件尺寸为3cm×3cm。这些技术可以实现站台门和列车间区域的全时空安全信息的感知，避免轨道交通系统功能碎片化，支撑智慧轨道交通的信息化发展需要。本文主要基于作者实际工作经验，分析全自动化无人驾驶轨道交通车辆技术，希望对有关从业人员带来帮助。

关键词：全自动；无人驾驶；轨道交通；车辆技术；研究

前言：在早期，由于控制信号系统的发展，列车的安全运行主要依靠轨道旁的视觉信号来完成，列车安全完全由驾驶员控制。然而，随着铁路系统的发展，这种列车控制策略存在两个主要问题:一是使用视觉信号，如果司机没有看到或服从信号，可能会造成严重的事故;第二，手动驾驶主要基于驾驶员的经验和专业判断，缺乏严格的计算和优化。随着科学技术的进步和轨道交通列车驾驶技术的不断提高，已经出现了自动化水平先进、可靠性高、安全性好的全自动运行系统。城市轨道交通的列车运行由早期依靠驾驶员的目视操作转变为采用ATP(自动列车保护)技术，极大地改善了列车的运行状况，保持了列车的高稳定性和可靠性。CBTC系统允许列车和其他设施远程交互，使乘客和系统之间的通信更容易，从而改善乘客的旅行体验。基于CBTC的地铁系统在安全性和舒适性方面表现更好，不仅节省了能源，减轻了驾驶员的工作负担，而且降低了运营和维护成本，提高了整体运营服务能力。虽然这是城市轨道交通中自动化水平最高的轨道系统，也是下一代轨道车辆运营系统设计的主流方向，但仍存在一定的安全隐患。

1全自动驾驶系统概述

全自动驾驶（FullyAutomatedOperation，FAO），也被称为无人驾驶，是一种将驾驶员的任务完全交由具有先进技术和高度集中控制能力的列车运行系统来实现的技术。自动驾驶系统可实现多项功能，包括唤醒、启动、休眠、进出停车场、清洁、行驶、启停、开关车门等。此外，它还可以根据需要实现常规驾驶、降级驾驶和灾害情况等多种驾驶模式。FAO的核心理念是让列车司机的工作完全由自动化、智能化的技术和控制系统来实现，从而大幅提高了运输效率。

2无人驾驶技术主要特点

2.1提升运营可靠性、可用性

采用冗余技术构建的自动驾驶系统成功实现了车辆控制、列控系统和通信网络的自动配置，使主备系统能够以“零间隙”的方式快速转换;该系统还增强了车辆自检功能，确保其在线行驶的安全性和稳定性，并优化了整体监控系统和平台安全门的性能和可用性。全自动操作系统的投入，大大精简了维修、管理、车辆驾驶人员的数量，减少了操作人员的培训。运营期间，列车交通密度大幅提高，满足客流需求，列车运输能力显著增强，有效控制了投资，降低了运营成本。

2.2提供更高质量的服务

采用最新的ATC(自动列车控制系统)技术，无人驾驶设备不仅可以精确控制列车的持续加速，还可以实现准时、准点、平稳、舒适的乘客体验。此外，新系统还增加了强化摄像头、激光雷达等技术，以及更加灵活的应急报警机制，以便更好地完成应急救援工作。新技术的引入可以减少驾驶员数量，降低人力投入成本，改善车站交通调度。无人驾驶技术提高了列车运行系统的自动化水平，增强了设备的自诊断和维护功能，降低了地铁运营人员的日常工作强度。新的驱动组织模式将智能技术和流程与人的独特性相结合，将资源重新配置到更高价值的工作中，优化人力资源配置。

2.3减少人为操作，提升运营安全性

列车自动驾驶，安全主要靠控制系统来实现。除了专注于避免追尾碰撞、向前和侧向碰撞、脱轨和障碍物撞击外，全自动驾驶系统的设计还旨在确保所有乘客和操作员的安全。该技术在所有正常和异常情况下都提供了有效的保护，从而确保了整个列车的安全。通过引入自动驾驶技术，以前由驾驶员完成的任务现在全部(或基本)由设备自动化，大大减轻了驾驶员和乘客的工作压力。无人值守的自动化操作系统还可以更精确地控制客流，从而大大降低由于人为干预而导致的运输成本，确保更高的安全性和效率。

3无人驾驶轨道交通运行的建议

3.1运营组织

应用全自动驾驶需要从顶层设计开始调整现有运营模式，制定完善的应急预案和应急处理机制。由于目前国内全自动驾驶系统运行的经验尚不成熟，应通过严格培训和定期演练评估，逐步培养技术能力过硬、熟练作业流程、复合业务能力强的多职能团队成员，使人工驾驶逐步过渡到自动驾驶。

3.2技术路线

依据我国国情，特大城市着重研究重载钢轮钢轨制式的自动驾驶系统，二、三线城市可以考虑中低运量的系统，优先选择在纯高架线路上应用示范。为了更好地适配当地的环境，建议将重点放在研发适合当地条件的自动驾驶车辆，明确自动驾驶技术标准和相关系统方案。

3.3应急处置

城市轨道交通具有客运环境封闭、运转强度大等特点，一旦发生突发事件，造成的经济损失和社会影响都不可估量。因此，为减少突发事件的影响，各个运输企业必须设立专门的应急管理部门，对事故起因、流程和结果进行深入研究，以便更有效地利用社会各类资源，实现对突发事件的高效预测、管控和解决。

3.4设备性能

建议采用以最新的国产CBTC技术为依托的信号系统，提高列车运行的安全性和可靠性。利用冗余的ATO（列车自动运行）以及其他多种技术手段，完善系统功能，包括根据运营时刻表的要求，自动发车、停止、转弯和驶离站台。为确保交通安全并提升列车性能，及时更新如自动启动、自动关闭、阻碍物检测识别和脱离轨道检测等功能。同时，车内设备需要具备自检功能，以便向控制中心发送故障警报和其他关键信息。通信系统应该能实现车地的高速且稳定的无线数据传递，以允许控制中心实时查看列车内部和外部的视频监控画面，并且能够建立乘客与控制中心之间的紧急通话。

结束语:

总之，地铁自动无人驾驶系统的特点是不需要驾驶员和机组人员的参与，由地面控制中心集中控制，利用实时全空间、全时高精度感知信息，实现列车及配套地面设施的自动运行，是轨道交通未来的发展方向。着陆作业监督功能是系统中重要的安全功能之一，涉及站台门和列车门开闭时间的安全检测、客流检测、乘客轨道跟踪、站台门轨道区域侧风险事件的检测和安全评估，用于着陆作业监督和风险事件应急处置支持。

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