全自動(dòng)無(wú)人駕駛地鐵車輛檢修基地設(shè)計(jì)研究

劉國(guó)輝

摘要：全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)指的是完全沒(méi)有司機(jī)參與，車輛在控制中心的統(tǒng)一控制下實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)列車休眠、喚醒、準(zhǔn)備、自檢、自動(dòng)運(yùn)行、停車和開(kāi)關(guān)車門，以及在故障情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)等功能，包括洗車也在無(wú)人操作的情況下完成。目前全世界現(xiàn)有約20條城市軌道交通線采用全自動(dòng)無(wú)人駕駛。還有很多城市正在考慮將既有的軌道交通線路改造成全自動(dòng)無(wú)人駕駛線路。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)無(wú)人駕駛；地鐵車輛檢修基地設(shè)計(jì)；研究

一、自動(dòng)駕駛技術(shù)研究背景及目的

（一）研究背景

隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，在遵循科學(xué)發(fā)展觀，總結(jié)以往工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，迫切需要采用新的技術(shù)，以提高軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的先進(jìn)性，軌道交通線路開(kāi)展全自動(dòng)駕駛工作可以積累工程設(shè)計(jì)、建設(shè)以及管理等多方面經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)依托工程建設(shè)，帶動(dòng)相關(guān)國(guó)有軌道交通企業(yè)有關(guān)無(wú)人駕駛等核心技術(shù)和產(chǎn)品制造能力的提升。

（二）正線及停車場(chǎng)全部按照全自動(dòng)無(wú)人駕駛模式來(lái)設(shè)計(jì)

全自動(dòng)無(wú)人駕駛停車場(chǎng)，是將正線對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)控制權(quán)由車站延伸至停車場(chǎng)的全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域。不僅需要滿足停車場(chǎng)常規(guī)所具備的列車停車、整備、清潔、檢查、定期檢修、調(diào)試等功能，還具備自動(dòng)“喚醒”待班列車，啟動(dòng)列車并運(yùn)行至正線等功能[1]。

（三）研究目的

軌道交通技術(shù)發(fā)展已經(jīng)證明，全自動(dòng)駕駛是未來(lái)重要的技術(shù)發(fā)展方向和目標(biāo)。迫切需要這項(xiàng)新技術(shù)提高軌道交通路網(wǎng)建設(shè)的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。軌道交通現(xiàn)代化科學(xué)管理的落實(shí)，采用全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，無(wú)論是在人員還是在管理運(yùn)營(yíng)模式上都得到合理、有效的精簡(jiǎn)，是一次管理創(chuàng)新，將有效提高管理效率。可以提高軌道交通現(xiàn)代化服務(wù)水平，降低運(yùn)營(yíng)成本。全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠根據(jù)客流變化靈活、動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，提高車輛、設(shè)備、設(shè)施的使用效率，減少人員數(shù)量，有效提高運(yùn)營(yíng)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

二、研究的主要技術(shù)方案、技術(shù)原理

（一）總論

設(shè)計(jì)范圍由停車列檢庫(kù)、洗車庫(kù)、鏇輪庫(kù)、工務(wù)料棚、物資庫(kù)、易燃品庫(kù)、工程車庫(kù)、牽引降壓混合變電所、綜合辦公樓、聯(lián)合檢修庫(kù)等組成。根據(jù)全自動(dòng)駕駛功能需求，停車場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行有人區(qū)與無(wú)人區(qū)的劃分，在有人區(qū)與無(wú)人區(qū)出入口處設(shè)置門禁系統(tǒng)。停車列檢庫(kù)與洗車庫(kù)納入到無(wú)人區(qū)的管理范圍，聯(lián)合檢修庫(kù)及試車線、鏇輪庫(kù)、工程車庫(kù)等納入到有人區(qū)范圍內(nèi)。有人區(qū)與無(wú)人區(qū)之間設(shè)置轉(zhuǎn)換軌。

（二）無(wú)人駕駛停車場(chǎng)工藝設(shè)計(jì)

停車列檢庫(kù)設(shè)置在無(wú)人區(qū)，在停車列檢庫(kù)內(nèi)劃分為幾個(gè)保護(hù)分區(qū)，為了人員進(jìn)出及作業(yè)安全，各個(gè)防護(hù)分區(qū)用鐵柵欄形成物理隔離。入庫(kù)端設(shè)有人行地下通道，通道在每個(gè)防護(hù)分區(qū)均有一個(gè)出入口，并在出入口設(shè)置門禁。在運(yùn)轉(zhuǎn)值班室內(nèi)設(shè)置SPKS開(kāi)關(guān)[2]。

（1）人員進(jìn)入防護(hù)分區(qū)的方式

列檢人員、保潔人員進(jìn)入到停車列檢庫(kù)的某一分區(qū)需要先到運(yùn)轉(zhuǎn)值班室進(jìn)行申請(qǐng)。人員通過(guò)申請(qǐng)后在運(yùn)轉(zhuǎn)值班室領(lǐng)取人行地下通道的門禁卡，從人行地下通道進(jìn)入相應(yīng)的分區(qū)，刷門禁卡進(jìn)入。

（2）全自動(dòng)駕駛區(qū)域車庫(kù)門設(shè)置方案

1、庫(kù)門與信號(hào)系統(tǒng)的接口

庫(kù)門完全開(kāi)啟后，信號(hào)系統(tǒng)需要采集庫(kù)門的狀態(tài)，當(dāng)庫(kù)門進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作完成時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行采集，確認(rèn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)到位后，方可進(jìn)行列車的出入庫(kù)。

2、車庫(kù)門的設(shè)置

對(duì)應(yīng)每個(gè)股道設(shè)置一個(gè)車庫(kù)門，每個(gè)車庫(kù)門有各自的打開(kāi)且鎖閉狀態(tài)信息。聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)安全繼電器電路來(lái)采集所有車庫(kù)門的打開(kāi)狀態(tài)信息，聯(lián)系電路按雙斷設(shè)計(jì)。

（4）停車場(chǎng)自動(dòng)化配套的檢修作業(yè)辦法

全自動(dòng)駕駛區(qū)域：包括停車列檢庫(kù)、洗車庫(kù)

1、停車列檢庫(kù)作業(yè)

a.全自動(dòng)駕駛模式時(shí)，白天退出高峰期運(yùn)行的車輛返回停車列檢庫(kù)若需要列檢的，集中在一個(gè)防護(hù)分區(qū)中進(jìn)行停放。

b.當(dāng)晚高峰退出運(yùn)營(yíng)的車輛返回車場(chǎng)時(shí)，各車輛也是依次先集中在一個(gè)防護(hù)分區(qū)進(jìn)行停放，由行調(diào)人員進(jìn)行安排列檢及保潔人員是否可以進(jìn)入到此分區(qū)進(jìn)行相關(guān)作業(yè)[3]。

2、洗車庫(kù)作業(yè)

a.人工為洗車機(jī)上電，洗車機(jī)檢查正常（上電檢查需30分鐘）后，開(kāi)始向聯(lián)鎖系統(tǒng)匯報(bào)準(zhǔn)備就緒。b.洗車機(jī)準(zhǔn)備就緒狀態(tài)下，列車運(yùn)行至洗車機(jī)前停車（利用牽出線排列向洗車線的進(jìn)路）；c.車載VOBC接收到請(qǐng)求確認(rèn)信息后向車輛TCMS發(fā)送網(wǎng)絡(luò)洗車工況；信號(hào)發(fā)牽引命令；d.車輛控制列車恒速運(yùn)行（車速3～5km/h），車載VOBC通過(guò)聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送洗車信息；e.退出洗車工況后，完成折返換端，列車?yán)^續(xù)以FAM模式運(yùn)行，根據(jù)信號(hào)駛離洗車庫(kù)，信號(hào)開(kāi)放應(yīng)檢查洗車機(jī)歸位至限界處。

3、非全自動(dòng)駕駛區(qū)域：包括聯(lián)合檢修庫(kù)、鏇輪庫(kù)、工程車庫(kù)、物資庫(kù)、工務(wù)料棚及其他輔助生產(chǎn)設(shè)施。車輛在非全自動(dòng)駕駛區(qū)域與全自動(dòng)駕駛區(qū)域在轉(zhuǎn)換軌處進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。全自動(dòng)駕駛模式的車輛在轉(zhuǎn)換軌進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，車輛在全自動(dòng)駕駛模式區(qū)域里駛?cè)氲睫D(zhuǎn)換軌處，轉(zhuǎn)換軌處設(shè)有司機(jī)上車平臺(tái)，司機(jī)駕駛車輛到非全自動(dòng)駕駛區(qū)域。主要內(nèi)容包括月檢、臨修、架修、靜調(diào)。

（三）行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

全自動(dòng)駕駛停車場(chǎng)，備用控制中心和停車場(chǎng)行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分開(kāi)獨(dú)立設(shè)置。備用控制中心設(shè)備與功能同控制中心；停車場(chǎng)行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為滿足全自動(dòng)駕駛需求，在綜合樓增加停車場(chǎng)控制室，設(shè)置停車場(chǎng)行調(diào)、車輛調(diào)和電力/環(huán)境調(diào)工作站，并與信號(hào)控制室整合在一起。信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用全自動(dòng)運(yùn)行方式，對(duì)列車出入停車場(chǎng)的能力要求更高，因此將停車場(chǎng)自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域納入正線ATC系統(tǒng)集中控制，自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域采用全自動(dòng)駕駛模式，包括列車的喚醒、出入場(chǎng)、洗車、休眠均自動(dòng)完成。停車場(chǎng)自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域及試車線采用與正線一致，配置完整的ATC系統(tǒng)。車庫(kù)門與信號(hào)聯(lián)鎖，信號(hào)采集庫(kù)門的開(kāi)門狀態(tài)。只有當(dāng)車庫(kù)門處于打開(kāi)且鎖閉狀態(tài)時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)才可以辦理進(jìn)庫(kù)/出庫(kù)進(jìn)路和開(kāi)放進(jìn)庫(kù)/出庫(kù)信號(hào)機(jī)[4]。門禁系統(tǒng)的設(shè)置方案情況：門禁系統(tǒng)在停車列檢庫(kù)防護(hù)分區(qū)的人行地下通道出入門處設(shè)置門禁，該門處的門禁系統(tǒng)的就地控制器與該門處的SPKS聯(lián)鎖，SPKS的啟用信號(hào)做為打開(kāi)門禁的條件。門禁系統(tǒng)對(duì)停車場(chǎng)無(wú)人區(qū)門禁系統(tǒng)的設(shè)置方案為：在設(shè)有SPKS的無(wú)人區(qū)，門禁系統(tǒng)與SPKS連鎖，SPKS啟用作為門禁打開(kāi)門的條件。在沒(méi)有設(shè)置SPKS的無(wú)人區(qū)，門禁系統(tǒng)與傳統(tǒng)門禁一致，設(shè)置單向讀卡器。

三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

（一）采用全自動(dòng)運(yùn)行方式

列車喚醒、休眠、出入庫(kù)、正線運(yùn)行、自動(dòng)折返等作業(yè)均由信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)控制完成。為保證列車運(yùn)營(yíng)的高安全性和高效性，正線信號(hào)系統(tǒng)及停車場(chǎng)無(wú)人區(qū)采用了完整的ATC系統(tǒng)。

（二）信號(hào)系統(tǒng)與停車列檢庫(kù)電動(dòng)門電機(jī)相連接控制

當(dāng)車輛被喚醒或入庫(kù)前信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出指令控制庫(kù)門開(kāi)啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)出、入庫(kù)。

四、先進(jìn)技術(shù)、進(jìn)步的意義、推廣應(yīng)用范圍和前景

（一）全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可提高安全性、可靠性

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)利用高效ATC系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)、智能運(yùn)轉(zhuǎn)的功能保障，減少不必要的誤操作。具備災(zāi)害情況下的快速反應(yīng)能力，大大提高了安全性。全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車輛、信號(hào)、以及車輛與控制中心的通信系統(tǒng)均采用冗余互備技術(shù)，減少運(yùn)行故障，完善的故障自診斷和自愈功能提高了整個(gè)系統(tǒng)的可用性和可靠性。

（二）控制投資，降低運(yùn)營(yíng)成本

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的精確定位及實(shí)時(shí)跟蹤，可以有效縮短行車間隔，提高旅行速度。提高列車使用率，減少配置列車數(shù)量。取消駕駛員，減少定員。傳統(tǒng)軌道交通線路每條線至少有數(shù)百名司機(jī)，采用全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)由中心集中控制，可以大幅度減少人員配置數(shù)量，有效降低運(yùn)營(yíng)成本。

（三）根據(jù)客流量變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃，有效控制空車走行，節(jié)約牽引能耗，運(yùn)營(yíng)組織更加靈活[5]。

總結(jié)：

綜上所說(shuō)，本研究為無(wú)人駕駛停車場(chǎng)提供了工藝，通信等其它專業(yè)的設(shè)計(jì)，為以后的無(wú)人駕駛技術(shù)提供足夠的技術(shù)支持，能夠滿足地鐵行業(yè)的運(yùn)營(yíng)需求，適用范圍廣泛，應(yīng)用前景廣闊。