從城市軌道交通無人駕駛系統的特點談運營管理模式的創新

丁建中

(上海申通地鐵集團有限公司，上海 201103)

無人駕駛系統是將列車駕駛員執行的工作完全自動化的、高度集中控制的列車控制系統。系統具備列車自動喚醒啟動和休眠、自動出入停車場、自動清洗、自動運行、自動停車和自動控制車門上下客等功能。其具有正常運營、降級運營、運營中斷等運營模式。

隨著信號、車輛、通信和綜合監控等領域及系統集成技術的發展,城市軌道交通無人駕駛技術日趨成熟,并在許多城市的軌道交通線路上開始載客運營。在國內,由于對無人駕駛線路的運營管理沒有可借鑒的經驗,所以對無人駕駛系統的運營管理及操作模式的研究顯得尤為重要和迫切。通過探討無人駕駛管理模式,以滿足我國應用無人駕駛技術管理的新要求[1]。

1 無人駕駛系統的主要特點

無人駕駛線路相對于傳統的有人駕駛線路,從運營及維護的角度來看,主要有如下特點[2]。

(1)設備系統高度自動化。無人駕駛系統已經達到了列車駕駛技術的最高境界。系統實現的高度自動化,有效解決了列車的自動控制和遠程無線遙控、自動障礙物識別控制、自動故障信息的實時傳輸和實現控制中心對每一列車內部的實時視頻監控。在保障列車行駛安全的情況下實現無人駕駛停車場的自動化作業,并大幅度提高系統的作業效率,減少了有人駕駛時存在的人為因素造成列車運營的影響,提高了乘客服務的質量。

(2)設備系統高度安全化。由于列車運營作業在無司機監護的狀態下,完全由設備系統保證安全,故在無人駕駛系統設計時,采用行業安全最高等級安全完善度等級4(Safety Integrity Level 4,SIL4)標準,確保在最不利的條件下,系統能保證高可靠性、高可用性和高安全性,并在故障時實現故障導向安全。

(3)控制管理高度集中化。主要表現在3個方面:①控制中心調度員從面向列車司機和司機再面向乘客的關系(有人駕駛),轉變為從面向乘客的直接關系(無人駕駛),并通過控制中心與列車間的視頻及語音通信設備,識別及處理列車上乘客的事件;②由原來控制中心調度員通過司機處理的設備故障和列車控制職能轉變為由控制中心調度員直接處理和控制無人駕駛列車的運行;③增加了線路多職能保障隊伍,直接聽從控制中心調度員的指令,完成和處理非正常運營狀態下的應急作業,必要時履行司機的駕駛職責,故對保障人員的綜合素質有更高的要求。

2 無人駕駛系統的體系管理

2.1 無人駕駛系統的主要運營模式

根據無人駕駛線路的特點,需要將無人駕駛線路劃分為以下3個系統運行狀態(模式)。

(1)正常狀態(模式)。控制中心(Operation Control Centre,OCC)為確保線路正常運營而計劃并執行每日運營操作,下達運營指令。當列車故障時,列車可進入非緊急降級狀態(模式)或緊急降級狀態(模式),控制中心調度員根據具體情況,可發出退出運營的指令,命令車輛回庫修理。運營模式狀態和管理流程圖如圖1所示。

圖1 運營模式狀態和管理流程圖

(2)非緊急降級狀態(模式)。系統設備出現異常,但是仍然可以維持運營,經處理后不會影響到列車的運行,也可根據控制中心指令退出運營。

(3)緊急降級狀態(模式)。在此降級模式下,設備故障需要立即修復,控制中心調度員應作出快速的反應,以避免情況進一步惡化,如不可修復,則需立即清客或救援并退出運營。

(4)配合無人駕駛管理的系統功能。車輛配備視頻監控系統,控制中心可通過視頻圖像了解車內情況,對事件或故障作出正確反應,乘客可通過車載對講系統與控制中心乘客調通話交流。當需要有人駕駛車輛時,巡邏人員可打開駕駛臺蓋板,實施駕駛操作,此時車載系統設備自動將控制中心與乘客的通話權轉換為控制中心直接與司機通話,司機與乘客對話的管理關系。控制中心調度員、乘客、司機和視頻監控關系圖如圖2所示。

圖2 控制中心調度員、乘客、司機和視頻監控關系圖

2.2 無人駕駛系統的運營管理

通過對線路運行狀態(模式)的分析和定義,明確線路運營模式所應解決問題的需求及目標。針對上述3種模式,在運營體系和維修體系的崗位配置、職能上有如下主要內容。

(1)控制中心設備布置及作用。在無人駕駛線路中,控制中心作為線路運營的決策中心,管理正線和停車場的自動化區域,決定現場應該采取何種操作規程或救援措施。當需要現場干預時,控制中心調度員可要求車站值班員、站臺操作員或多職能巡邏人員提供協助,并進行現場非正常情況的干預。

控制中心調度員通過控制中心的控制大廳系統設備控制整條線路的各個系統。線路狀態數據、地面固定設備和列車的所有數據都將傳輸到控制中心的控制大廳。控制大廳可設置一個大型的線路地圖(大屏幕)或各專業系統終端來監控所有的行車數據,行使運營指揮權。

控制中心在任何時候均可接收到列車運行情況的實時信息,以驗證有沒有異常報警活動。如果控制中心調度員認為必要,可派遣多職能巡邏人員至列車,對故障進行確認和詳細說明,控制中心接到報告后,對故障作出反應。

當現場故障發生時,控制中心的調度員必須作出故障重要性的決定,該事件可能是非技術性的(如火災/煙霧報警、炸彈恐怖襲擊等),必須啟動相應應急預案,處理此類事件。

控制中心的系統設備包括:行車系統設備、車站系統設備和列車車載系統設備。其中,行車系統設備包括:列車自動控制系統(Automatic Train Control,ATC),列車監控系統(Automatic Train Supervision,ATS),專用無線通信系統(Terrestrial Trunked Radio,TETRA),綜合監控系統(Integrated Supervision Control System,ISCS),閉路電視系統(Close Circuit Television,CCTV),乘客廣播(Public Adress,PA),乘客信息系統(Passenger Information System,PIS),電源設備(如主變、牽變和降變設備),隧道通風(如隧道通風機),隧道照明及隧道疏散引導照明系統等。車站系統設備包括:車站通風空調系統設備、排水系統、扶梯、電梯、照明設備、方向標記等,站臺屏蔽門(Platform Screen Doors,PSD),火災報警設備(Fire Alarm System,FAS),樓宇自動化系統(Building Automatic System,BAS),自動售檢票系統(Automatic Fare Collection,AFC),門禁系統(Access Control System,ACS)等。

由于無人駕駛系統具有高度集中管理的要求,調度員的專業分工更加細化,專業水平和系統設備運行管理的經驗要求更高。除了設置基本的行車調度員、車輛場調度員、總調度員外,增設了乘客調度員和維護調度員[3]。根據系統設備集成的特點,設置了綜合監控系統調度員,負責電力、環控、防災報警和電視監控等車站系統設備管理。該管理配置既適用于無人駕駛系統管理,也適用于有人駕駛系統管理,是對既有運營線路有人駕駛系統管理要求的提升和服務質量的提升。

OCC調度大廳調度員的席位(崗位)布置[4]見圖3。該崗位配置已應用于上海地鐵10號線控制中心,控制中心物理位置選址在停車場內。根據對上海地鐵10號線的近期、中期和遠期客流的研究分析,該席位設置能基本滿足運營調度指揮要求,如遇大客流提前到來或有進一步提升對乘客服務響應需求時,可啟用備用行調或備用乘客調崗位靈活應對。

(2)車站日常管理及應急管理。①日常管理。由于無人駕駛系統的高度自動化,系統正常運營時,車站及軌旁值班員主要是管理車站的乘客服務,他們必須對乘客的要求作出快速反應,以確保實現對乘客的高質量的服務。其中:車站值班員負責查看車站設備,回答和解決乘客的提問和要求,管理車站秩序;站臺操作員主要負責幫助和引導乘客上下車,并及時處理車門或屏蔽門故障,以確保列車能正常載客;線路多職能巡邏人員在線路運營時主要是處理列車客室內與乘客相關的服務內容,當線路或列車出現故障的時,在控制中心調度員的指令下,處理現場故障。②應急管理。在系統出現故障降級運行時,車站及軌旁值班員必須配合控制中心調度員處理故障。當線路某個區段以中央控制模式運行時,車站值班員可以在緊急情況下不經過控制中心的授權,直接獲取該線路區段的控制權;當車站獲得該線路區段的控制權后,所有的進路應由車站值班員人工設置。必須強調的是正常和降級操作模式的活動都由控制中心調度員監控和協調。控制中心調度員可在任何時刻請求巡邏人員、車站的操作員在列車上、軌道上或是線路的其他任何地方給予幫助。車站值班員、站臺操作員和巡邏人員只需負責按照控制中心調度員的命令或授權來處理本地降級模式。

2.3 無人駕駛系統的維護管理

圖3 控制中心OCC調度大廳調度員席位布置圖

維護活動獨立于運營活動,但這兩個實體之間有著緊密的聯系。在無人駕駛維護管理體系中,日常維護與有人駕駛管理體系要求基本一致,但在無人駕駛維護管理中應急維護顯得尤為重要。具體表現在下面3個方面。

(1)設置控制中心維護調度。集中維護的信息管理能更加快速地響應和解決故障,并提供行車調、綜合調和乘客調的決策支持。當故障被診斷為需要執行搶修預案,控制中心調度員可組織進行臨時服務。

維護部門能根據控制中心維修調度員的要求進行干預排故,使運輸網絡恢復到完全可用的狀態(如道岔電機故障等)。

(2)維護信息可自動地以無線傳輸的方式提供給維護部門。地面或車載設備故障報警信息,按重要性等級快速提供給控制中心維護終端,由維護調度按重要性下達維護指令;當列車進入自動化停車場后,通過專用車地通信無線系統,將車輛數據自動下載到地面維護信息數據庫中,作為維護人員的數據分析和維護依據。

(3)系統提供了維護人員的防護功能。由于無人駕駛系統沒有設置司機崗位,沒有了瞭望防護的功能,故為了確保現場維護人員的人身安全,系統設計了封鎖防護區域開關。當維護人員需要在軌行區作業時,啟動該維護防護開關,使運行列車無法越行,解決了安全作業問題。

3 問題與展望

(1)無人駕駛線路與有人駕駛線路的不同特性決定了無人駕駛線路必須采取不同于以往有人駕駛線路的運營模式、維護模式。管理架構應按扁平化和集中高效的原則設計,并將指揮體系人員的專業配置要求作為設計的必要條件[5]。控制中心、車站和維修車間業務管理關系如圖4所示。

圖4 控制中心、車站和維修車間業務管理關系圖

控制中心調度員既要具備行車指揮能力,又要具備準確判別事故原因和實施遠程操作控制的能力,建議同時具備1年以上的地鐵列車駕駛經驗。維修調度員應具備專家級標準,應對故障狀態和突發事件作出快速并正確的反應,提供行調指揮的決策依據。

(2)無人駕駛系統的車站管理要綜合考慮如何應對大客流下的列車接發車的安全,適應無司機車和有司機車混跑的應急狀態。當無人車在隧道中因故迫停后,如何組織救援,疏散客流,需要重點研究無人駕駛系統下的應急救援體系架構,現場指揮體系和人員配置要求。

(3)無人駕駛的系統降級模式和緊急情況下的應急運營和維護保障是管理的重點和難點,控制中心的部分指令需要地面人員的配合落實。應建立一支具備多職能能力的人員組成的專業隊伍(建議從車輛、信號等專業維修人員中選拔),完成在列車上進行一般故障的排除和履行列車司機職責,處理列車上乘客的問題和應急搶險,并保持與控制中心的無線聯系,提供行車指揮的決策依據。

(4)維護體系的網絡化和智能化是提供無人駕駛系統維護支持的必要條件。故障的自動識別,故障信息的實時報告,自動提供分析數據和決策意見,在無人駕駛系統設計時,應專題研究,并提供維護體系架構建議。

研究無人駕駛系統對運營管理和維護管理的新要求,對完善無人駕駛系統的功能,更加適應管理要求,促進無人駕駛系統建設標準,運營管理標準和維護管理標準的制定具有積極意義。

[1]王曰凡.全自動無人駕駛系統——全新理念的城市軌道交通模式[J].城市軌道交通研究,2006(08):1-5.

[2]朱 翔,王大慶.城市軌道交通無人駕駛技術的若干應用問題[J].城市軌道交通研究,2006(12):36-38.

[3]徐薔薇,袁振洲,張宇石.城市軌道交通通勤乘客心理及運營對策分析[J].城市軌道交通研究,2007(12):5-8.

[4]杜世敏,鄭 宇,江志彬.客流數據在城市軌道交通網絡化運營組織中的應用[J].城市軌道交通研究,2010(6):71-74.

[5]應名洪.上海城市軌道交通科技創新戰略分析[J].城市軌道交通研究,2006(12):1-4.