提高智能列車運行安全性與可靠性

袁元豪 編譯

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提高智能列車運行安全性與可靠性

列車運行的安全是依靠人機系統來協同實現的。在行車控制方式上，人機系統將人工優先與機械優先各自的優點相結合，提高行車安全性。隨著技術進步和設備使用狀況的變化，必須考慮增加系統新的功能。日本鐵道綜合研究所的開發目標是：

（1）在普通速度線路的行車智能化建設上，考慮平交道口、站臺門不完備、司機處置緊急情況時壓力大、不利于冷靜判斷等情況；

（2）在司機喪失意識時，人機系統能夠將列車轉為機械控制，實現安全停車；

（3）增強車載設備故障檢測和報警等安全行車的輔助功能。

1　智能列車的構成

日本鐵道綜合研究所開發的智能列車由幾個子系統構成，見圖 1，系統可以保持日常監視。

圖1　智能列車構成

智能列車的“子智能”可感知影響運行安全的異常情況，判斷列車運行中應做出的緊急制動、減速等，通過通信系統將異常信息發送到“主智能”。但利用“子智能”控制列車也有局限性，例如檢測到火災時，“子智能”不能準確控制列車在隧道內的避難處停車，而且，火災中，當各種配線燒毀的情況下發出多種警報時，超過司機緊急辨別這些信息的能力，多種信息的干擾會導致漏判最重要的火災信息。在這種狀況下“主智能”可利用其他“子智能”信息，對運行狀態和線路狀態做出綜合判斷。

另外，萬一司機失去控制列車的能力，在緊急情況下只有實施列車制動，并在安全位置停車。“子智能”還具有軸承燒損檢測、監視、報警功能，便于安全運行和及時維護。

2　列車運行位置檢測和數據庫

為了實現當前列車的精確位置檢測，需要開發線路空間信息數據庫，以及高精度復合型列車位置檢測裝置。

利用車載陀螺儀、加速度計，通過速度發電機的脈沖次數計算列車的里程位置，并用車輪空轉滑行率來修正，最大積累誤差為 15m。

線路空間信息數據庫除有曲率、超高、坡度等參數外，還有橋梁、隧道等結構物信息，以及道岔、道口的位置等與線路有關的一切信息，以及智能列車運行所必要的數據，利用無線通信系統可將必要的行車數據下載到車載終端。這些數據的生成使用既存數據庫，但是數據輸入時，從圖像到道口和道岔的確認，采用不同的數據編制方法。從駕駛臺采集運行前方圖像數據，變換為俯視圖像，可以確定精確的位置，另一方面，驗證輸入數據的正確性很重要，顯示了數據庫數據的可視化。安全運行方法的判斷，如圖 2 所示。

為了判斷安全停止位置，要計算列車繼續運行的風險和地點風險，用停車邏輯最小值（綜合風險）的和來確定。地點風險是利用線路空間信息數據庫的數據來計算；繼續運行的風險是對應不同異常情況來計算。

圖2　安全停車位置的確定

3　人機系統的協調

在緊急狀態下，司機需要冷靜才能做出正確的判斷，通過對有經驗的司機的調查，確定了以下 3 條設計原則：

（1）不顯示重要度較低的信息；

（2）顯示具體的安全運行模式；

（3）提示確定運行模式的根據。

駕駛臺顯示畫面如圖 3 所示。

另外，還有司機輔助系統的圖像，前方障礙物檢測裝置（圖 4）和睡眠程度檢測裝置。

圖3　簡潔的信息提示

圖4　前方障礙物檢測

4　轉向架狀態的檢測

轉向架集成了與列車運行安全性有關的功能，設有各種傳感器，進行日常狀態監測，可提高運行安全性的效果。但是列車運行中轉向架存在激烈的振動和溫度變化，所以，在轉向架內和車體上檢查傳感器的很細電纜很不方便，所以，開發了自律分散型轉向架安全性監測系統（圖 5）。

該監視系統是由傳感器、超小型計算機、無線通信設備、振動發電元件等組成。安裝在轉向架內必要的位置，用無線系統傳輸數據到車上。小型計算機對收集的數據進行信息處理，壓縮的數據發送到車上共用的單元體，從共用的單元體數據檢出異常（故障）的特征，發送到“主智能”相應的方案內。開發了列車蛇形運動和車軸軸承異常檢測監視模塊，選擇合適的傳感器，監視各種對象。最后對系統進行了綜合運用試驗，確認系統功能。

圖5　自律分散型轉向架安全性監測系統

5　成果的利用

研發目標是強化列車的智能化功能，確立司機的輔助人機系統，提高行車安全性。日本鐵道綜合研究所對其宗旨和行車規則進行了研究，有待解決的問題是各家鐵路公司之間必須對行車規則加以整合。另一方面，作為“子智能”技術要素的無線數據必須實用，便于更新，并且可以與 ATS 數據兼容。再者，在自律分散型轉向架安全性監測系統中，應該研究其耐久性評價，提高電子元件性能，完善測試數據處理系統的實用性。

6　結束語

以上針對智能列車技術及其安全性和可靠性問題做了概要介紹。智能系統性能的提高和實用化等相關技術問題還處于繼續研究之中。

參考文獻

[1] 佐タ木 君章. 知能列による安全性·信賴性向上[J]. RRR，2015，72（7）：8-11.

袁元豪 編譯

責任編輯 冒一平

收稿日期2016-04-11