全自動無人駕駛綜合自動化系統分析與設計

熊天圣 王克斌

摘 ?要：軌道交通全自動無人駕駛系統具備安全運營、組織靈活、優化乘客服務、減少人員配置的優勢，成為軌道交通發展的主要方向。綜合自動化系統作為軌道交通綜合運營調度管理系統，能夠很好地滿足無人駕駛高度自動化、集中化、安全化的需求。本文通過分析城市軌道交通全自動無人駕駛系統的運營調度管理需求，梳理全自動無人駕駛的關鍵因素，從智能集成、運營場景、信息一體化融合展示、智能運維等方面對全自動無人駕駛綜合自動化系統進行設計研究。

關鍵詞：全自動無人駕駛系統;軌道交通綜合自動化系統;智能集成;信息融合展示;智能運維

中圖分類號：U172.7 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）14-0093-03

Analysis and Design of Automatic Unmanned Integrated Automation System

XIONG Tiansheng，WANG Kebin

（Shanghai Seisys Intellingent System Co.，Ltd.，Shanghai ?200063，China）

Abstract：With the advantages of safe operation，flexible organization，optimizing passenger service and reducing staffing，the automatic driverless system of rail transit has become the main direction of rail transit development. As an integrated operation and dispatching management system of rail transit，the integrated automation system can well meet the needs of highly automated，centralized and safe driverless operation. In this paper，the operation dispatching management requirements of the automatic unmanned driving system for urban rail transit are analyzed，and the key factors of the automatic unmanned driving system are sorted out. The design and research of the automatic unmanned driving integrated automation system are carried out from the aspects of intelligent integration，operation scene，information integration display，intelligent operation and maintenance.

Keywords：automatic unmanned driver system;rail transit integrated automation system;intelligent integration;information fusion display;intelligent operation and maintenance

0 ?引 ?言

城市軌道交通具有多復雜專業共同運營、空間密閉性強、列車運行密度高、客流量巨大、社會高度關注、應急指揮協調難度大等特點。在運營中如果出現行車延誤、設備故障、大型社會活動客流沖擊、自然災害、人為破壞等突發事件，往往會導致軌道交通網絡局部擁堵，有的甚至會影響整個軌道交通線網的運營，造成惡劣的社會影響。軌道交通全自動無人駕駛系統具備安全運營、組織靈活、優化乘客服務、減少人員配置的優勢，已經成為軌道交通行業的發展趨勢，運營指揮調度系統如何更好地滿足無人駕駛高度自動化、集中化、安全化的需求成為亟待研究的課題。

城市軌道交通在通車運營時，一般會同步建設完成以設備管理為核心的綜合監控系統，集成電力、環控、門禁、消防系統，互聯通信系統，實現信息共享和系統間的聯動，但是受限于集成范圍和深度，主要集中于消防聯動，不能完全發揮多系統數據資源和綜合聯動的優勢。城市軌道交通綜合自動化系統，是指在統一的硬件、網絡資源和智能化監控平臺上，對行車監控、車輛信息、機電設備、通信系統的全面、深度集成，以行車指揮為核心，實現軌道交通的綜合運營管理和調度，對全自動無人駕駛的智能運行來說具有重要意義。

1 ?全自動無人駕駛運營調度管理分析

1.1 ?全自動無人駕駛關鍵因素分析

軌道交通全自動無人駕駛線路與常規線路在運營管理上有明顯不同，最基本的區別是，在管理上，因為列車司機配置的取消，全自動無人駕駛系統需要在控制中心新增代替司機，對車載乘客進行服務和管理的崗位，以及對車輛運行進行監視和管理的崗位，一般稱為乘客調度和車輛調度;在技術上，全自動無人駕駛系統集成車輛信息監控，并且在廣度和深度上也有延伸，需要實現場段內監控。

全自動無人駕駛模式下，除了需要對信號/車輛/綜合監控ISCS三大系統進行技術上的改造外，還需要從運營籌劃方面滿足無人駕駛系統的需求。需要組建具備多專業知識結構的綜合調度團隊和運維團隊，加強軌道交通運行的綜合調度指揮能力和安全運維能力，提升控制中心集中實時控制管理水平，為無人駕駛系統正常運營提供管理上的支撐和保障。同時，根據無人駕駛的需求以及國內軌道交通當前的運營組織現狀，制定適用于國內軌道交通運營條件的管理目標、運營策劃、應急調度、維護管理等制度值得重點研究。

1.2 ?全自動無人駕駛運營調度管理需求分析

在全自動無人駕駛模式下，車輛、信號、綜合監控三大關鍵專業系統需要高效協同，共同完成各類場景的作業任務，實現以行車調度指揮為核心的運營管理。全自動無人駕駛調度指揮和運營管理的主要需求分析如下。

1.2.1 ?實現以行車指揮為核心的智能集成

軌道交通全自動無人駕駛系統，需要在常規以設備管理為核心的綜合監控系統基礎之上對集成范圍進行擴展，增加對各個系統的集成深度，即建設綜合自動化系統，實現對軌道交通中機電系統設備、行車、車輛、乘客、環境的全面監控，實現信息共享、協調調度，最終達到行車調度指揮和車站智能化運行管理，滿足全自動無人駕駛在控制中心、車站、區間、廠段的各類場景聯動。

1.2.2 ?一體化的運營信息融合展示，實現高效率運營場景聯動指揮

通過將車輛信息、行車調度信息和機電設施設備的狀態信息進行深度集成和高度融合，為調度指揮人員提供多專業融合信息全景展示，通過綜合自動化系統能減少多專業信息接口聯通處理環節，實現各個系統的扁平化和模塊化管理，避免通過系統外部接口帶來的接口信息固化、場景固定、通信延時等問題，提升運營管理的效率和應急指揮的速度。

1.2.3 ?實現多專業設施設備的智能運維

常規系統的機電、車輛、信號系統各業務設備的實時和歷史數據是分別進行采集和管理分析的，各個專業之間信息互通性較差，難以綜合運用。在全自動無人駕駛的情況下，綜合自動化系統對機電、車輛、行車進行統一集成，實時采集信號、車輛、供電、機電、通信等各專業設備的狀態數據并統一匯聚到線路綜合數據平臺中，利用多源異構數據融合、人工智能、大數據分析決策、智能學習、設備健康診斷模型等技術，構建綜合性的運維平臺，實現軌道交通智能運維管理，對隱患提前預警，推動設備維修模式從“故障修”到“狀態修”，從而降低軌道交通設施設備的故障率，保證運營的可靠性和安全性。

2 ?全自動無人駕駛綜合自動化系統設計

全自動無人駕駛綜合自動化系統以行車指揮為核心，將車輛、行車、電力、機電、通信等專業深度集成，全面提升運營管理和乘客服務;按照無人駕駛系統頂層設計進行場景定義和功能分配，在統一平臺上實現多專業信息融合展示，實現基于運營場景的所有功能，滿足全自動無人駕駛的場景聯動;全方位采集各專業設備設施的運行、故障數據，進行設備狀態預警與健康度分析，實現設備維護智能化。

2.1 ?全自動無人綜合自動化系統集成架構

全自動無人駕駛綜合自動化系統由中央綜合自動化系統、車站綜合自動化系統（包含場段）以及車載綜合自動化系統組成。與常規線路以設備調度為核心的綜合監控系統相比較，新增與信號系統ATS的深入融合以及車載綜合自動化系統。在系統設計時需要優化與信號專業ATS的集成設計，選擇合適的集成方式，加強對列車運行、行車故障、乘客報警、車輛故障、車站機電設備的聯動和信息整合。車載綜合自動化系統，通過MVB總線實現對車輛TCMS的信息接入和數據整合，通過接入車載PIS環網實現對車輛PIS的信息接入和數據整合，通過維護以太網全面采集車輛維護數據，從而實現控制中心調度對車輛乘客的監視和互動，包括廣播、視頻監視以及對講等功能，實現車輛設備的工況管理、狀態監控、聯動等功能。系統整體架構如圖1所示。

2.2 ?全自動無人駕駛場景聯動和一體化信息融合展示

全自動運行運營場景作為全自動運行運營策劃的主要內容和運營需求，對系統功能分配、系統設計、作業流程及運營規則都有重要的指導作用。運營場景的設計需要統一軌道交通全自動運行線路正常、故障和應急的主要場景，空間范圍涵蓋正線和車庫，明確各類場景的處置流程和功能需求分配。全自動無人駕駛的基本場景分析如圖2所示。

全自動無人駕駛系統將軌道交通行車調度指揮和運營管理進一步集中于控制中心，控制中心的調度需要實現對車輛、車站、場段大范圍的集中監控，需要對全局范圍內的監控內容進行綜合性的組織和融合。綜合自動化系統在擴大集成范圍和增加集成深度的情況下，大大提高了控制中心的監控能力，融合一體的機電設備監控、電力監控、行車調度、車輛監控、乘客監控、環境監控，在綜合自動化系統上采用多專業信息融合可視化技術進行組合，提供綜合全景監視視圖和控制功能。例如在控制中心的行車監視人機界面上，融合展示行車、機電、車輛的綜合信息，在傳統的ATS站場圖的基礎上，融合觸網供電信息、車站工況信息、隧道風機信息，結合站場圖的列車位置信息、信號信息、設備信息、車輛的狀態信息，通過這張行車全景圖，可以總體掌握線路行車調度所需的所有相關信息。在車站的綜合運營信息人機界面，融合展示整個車站的多專業整體健康情況、重要設備運行情況、客流狀態、車站環境狀態、車站網絡狀態信息，通過車站全景圖，車站運營人員可以總體掌握車站運營所需的所有相關信息。

2.3 ?軌道交通全自動無人駕駛一體化智能運維

軌道交通現有的綜合監控、車輛、信號、通信系統等各個專業的維護支持系統分離設置，各系統的實時狀態數據、維護管理數據獨立采集和存儲，難以互通使用，難以進行跨專業聯合分析和診斷。面向全自動無人駕駛的綜合自動化系統，將機電、車輛、信號、通信等軌道交通各個專業的實時數據和維護數據做統一的采集并匯聚到綜合數據平臺，有利于進行運行和維護全過程多專業的信息的融合。在無人駕駛的情況下，各專業需要緊密協作，一旦出現故障和突發事件，其造成的影響會牽涉更多的系統，這就需要對多專業的數據進行綜合分析，提前對系統和設備的健康度進行診斷，對隱患提前預警，并對發生的故障進行快速的智能定位，對于保證地鐵運營安全具有十分重要的意義。

智能運維通過數據采集、數據共享、服務共享、運維管理實現對無人駕駛各個專業系統自動化故障智能檢測，自動判斷設備在運營過程中存在的隱患，對即將發生的故障及時發出預警，輔助運維管理者進行消患、故障根因判斷和運維處理。智能運維實現在軌道交通全自動無人駕駛的復雜系統和大規模運營設備情況下，采集、存儲多專業海量設備實時運行數據，經過智能分析，以可視化的形式展現出來，從而為管理者提供運維管理的智能決策。

智能運維連接軌道交通的工業自動化監控系統和信息化運維系統數據，使軌道交通自動化和信息化應用深度融合;將軌道交通的自動化工業設備運行特有格式的狀態數據、原始日志、圖片、多媒體文件等非結構化數據轉化成可識別的結構化數據或時間序列數據;通過建立采集數據與設備模型的映射關系，實現數據與設備聯動，設備與運維管理聯動，做到自動化處理設備數據采集、健康智能診斷、運維管理自動化觸發，智能化的推動維保管理的完整閉環。利用人工智能、大數據分析技術解決人工的閾值設定、提高故障預判預警能力。通過對多種專業運維數據的聚合和跨專業分析，及時有效地為管理者提供運維決策支持。

3 ?結 ?論

軌道交通全自動無人駕駛綜合自動化系統實現多專業的信息融合，是軌道交通大數據的綜合管理平臺;為跨專業聯動、應急調度指揮、設備安全監測、綜合運維管理提供基礎，是軌道交通兩化融合的橋梁，隨著全自動無人駕駛線路在國內的不斷增多，綜合自動化系統的建設方案也將隨著實踐的情況不斷地改進，必將在軌道交通運營管理和調度指揮中發揮更加重要的作用。

參考文獻：

[1] 翟國銳，劉宏偉，師秀霞.下一代地鐵車輛全自動無人駕駛信號系統關鍵技術 [J].都市快軌交通，2017，30（3）：78-82.

[2] 鄭偉.全自動無人駕駛模式下系統功能與場景分析 [J].城市軌道交通研究，2017，20（11）：107-109+136.

[3] 李潔.簡談全自動無人駕駛系統車輛段/停車場信號系統設計 [J].鐵路通信信號工程技術，2017，14（4）：48-50.

作者簡介：熊天圣（1983.08-），男，漢族，上海人，工程師，碩士，研究方向：軌道交通綜合監控、智慧車站、智能運維等技術研究與工程實施;王克斌（1983.09-），男，漢族，上海人，工程師，碩士，研究方向：軌道交通智能化與信息化研究與工程實施。