淺談北京軌道交通新機場線全自動無人駕駛的應用

路翠紅

摘 要：近幾年，我國軌道交通的發(fā)展突飛猛進，隨著相關技術的不斷進步和完善，全自動無人駕駛已經(jīng)成為順應軌道交通發(fā)展的大勢所趨。本文通過簡單介紹全自動無人駕駛系統(tǒng)的技術結構性能、技術特點，結合北京軌道交通新機場線的應用情況，由此淺談下全自動無人駕駛的優(yōu)越性和發(fā)展的必要性。

關鍵詞：全自動無人駕駛 城市軌道交通 北京新機場線

隨著城市發(fā)展的加快，城市軌道交通建設的大潮也隨之興起，城市軌道交通的新技術也層出不窮，帶動著車輛、信號、通信及綜合監(jiān)控系統(tǒng)等各領域及系統(tǒng)集成技術的進步。城市軌道交通全自動無人駕駛（Full Automatic Operation，F(xiàn)AO）技術亦逐漸成熟，被越來越多的人們了解和接受。全自動無人駕駛系統(tǒng)作為先進的城市公共交通體系，代表了城市軌道交通領域的發(fā)展方向。

目前，在我國，全自動無人駕駛的發(fā)展雖然尚處于初級階段，但已有了良好的開端，相信未來一定會用更為廣闊的發(fā)展空間。截止到目前我們采用無人駕駛的線路由：2008年7月開通的北京軌道交通機場線，2010年4月開通的上海地鐵10號線和2017年12月開通的北京軌道交通燕房線。

目前軌道交通已經(jīng)成為大多數(shù)城市的重要交通工具，如何更好的利用無人駕駛技術來提升軌道交通運輸?shù)男省踩百|量，是當前軌道交通運行管理領域的重要課題。北京軌道交通新機場線率先全面推進了該技術的應用，并且取得了良好的應用效果，所以可以以該線路為例，探討全自動駕駛功能在軌道交通領域的應用注意事項和取得的成效，為今后更廣泛的應用該技術提供參考與借鑒。全自動無人駕駛系統(tǒng)具有列車自動喚醒、自動啟動、自動休眠、自動出入停車場、自動清洗、自動行駛、自動停車、自動開關車門，故障恢復，可根據(jù)客流量列車自動自動投入或退出運行等一系列的自動功能。并具有常規(guī)運行、降級運行、運行中斷等多種運行模式，可有效提高運量和系統(tǒng)運行效率。

國際電工標準IEC6229-1《鐵路應用——城市軌道交通管理與控制系統(tǒng)第1部分：系統(tǒng)原則和基本原理》中，將軌道交通自動化分為從GOA1到 GOA4 共5個等級。軌道交通自動化等級如表1所示，北京新機場線一期工程的全自動無人駕駛滿足此標注中的GOA4級標準。

一、北京新機場線全自動無人駕駛系統(tǒng)

北京軌道交通新機場線采用 4M 4T-8 輛編組，其最高設計時速160公里幾乎是普通地鐵的2倍，是目前國內(nèi)最快的城市地鐵線路。其可提供新機場與中心城之間快速、直達、大運量的公共交通服務，實現(xiàn)“半小時”到達中心城目標。北京軌道交通新機場線一期工程南起新機場，北至中心城區(qū)草橋站，全長 41.36km（K2+500～K43+860），其中地下線和U型槽 23.65km，高架和路基段17.71km。局部線路與新機場高速采用共構方式布置。本期共設3座車站，分別為草橋站、磁各莊站、北航站樓站，和1座磁各莊車輛段。全線采用全自動無人駕駛系統(tǒng)，確保北京新機場線的安全運行。

北京軌道交通新機場線一期工程線路圖如下

（一）無人駕駛系統(tǒng)結構與性能

北京新機場線采用先進的全自動無人駕駛系統(tǒng)是基于信號系統(tǒng)和通信系統(tǒng)為主要系統(tǒng)來實現(xiàn)的。

其中信號系統(tǒng)采用功能完備、技術先進的基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，簡稱ATC），其中包括納入信號系統(tǒng)的中央級、車站系統(tǒng)（簡稱TIAS系統(tǒng)）中的列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng);列車自動保護（ATP）子系統(tǒng);列車自動運行（ATO）子系統(tǒng);計算機聯(lián)鎖（CI）子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信（DCS）子系統(tǒng)、維護監(jiān)測（MSS）子系統(tǒng)、培訓子系統(tǒng)。

信號系統(tǒng)滿足初、近、遠期8輛編組（其中7節(jié)為載客車，1節(jié)為行李車），初期配屬車數(shù)量為10列，近期配屬車數(shù)量為16列，遠期配屬車數(shù)量為22列。正線列車最小運行間隔、交路折返站（新機場北航站樓、草橋站）最小折返運行間隔、列車最小出入車輛段運行間隔滿足4分鐘運營的要求。

通信系統(tǒng)主要包括主要通信系統(tǒng)、公安通信系統(tǒng)、政務通信系統(tǒng)和技防系統(tǒng)等。

（二）全自動無人駕駛系統(tǒng)技術特點

1、線路結構類型。北京地鐵新機場線線路類型是以高架與地下混合線路，也是世界上全自動駕駛軌道交通線路結構主要類型。本線路在市區(qū)部分采用地下段，市區(qū)外部分采用高架段。

2、輪軌制式。北京地鐵新機場線的輪軌采用鋼軌鋼輪制式，它源自于鐵路，因具有成熟、經(jīng)濟、可靠、適用性強等特點，而使用廣泛。

3、站臺安全門。在軌行區(qū)的站臺安全門主要起防護作用，是實現(xiàn)全自動駕駛線路封閉運行的最有有效手段。據(jù)不完全統(tǒng)計，造成行車線路延遲的主要原因是乘客進入站臺軌行區(qū)或干擾該區(qū)域等人為因素。

4、車輛。從初期每列車載客小于300人發(fā)展到現(xiàn)在大于700人，全自動駕駛車輛發(fā)生了顯著的變化，新機場線載客列車容量400多人，屬于中低容量列車。采用中低容量的列車可以降低工程規(guī)模，節(jié)省工程造價。

北京新機場線采用多項新技術和新工藝，不僅將為我國京津冀一體化發(fā)展戰(zhàn)略提供巨大的支持，而且還滿足2022年我國舉辦冬季奧運會大客流量的需求，使我國更將以全新的姿態(tài)展現(xiàn)出綠色奧運、科技奧運和人文奧運。

二、北京新機場線全自動無人系統(tǒng)的特點和優(yōu)越性

當前改線路的全自動無人駕駛技術應用成效顯著，整個線路的運行更為規(guī)范和高效，同時對列車的調控更加靈活和精準，節(jié)省的人力都可以投入到系統(tǒng)監(jiān)測和各個站的服務提升方面，所以改線路的整體服務質量得到了有效的改善，為改線路的乘客提供了更舒適的服務。

（一）安全性、可靠性高

經(jīng)驗數(shù)據(jù)顯示當前軌道交通的事故一半以上是人為誤操作導致的，所以全自動駕駛技術的應用可以有效的降低這部分的事故發(fā)生率，并且在運行過程中列車出現(xiàn)問題后可以快速的調整列車的運行指令，控制事故的影響范圍。

當前北京新機場線路已經(jīng)全面的應用了該技術，并且在硬件和軟件等方面進行了升級，進一步提高了該技術在信號傳輸?shù)确矫娴募夹g水平，進而更好的保障全自動駕駛的安全性能，為線路客運服務安全提供了更可靠的支持。目前該線路的運行效果良好，整體的客運質量也在不斷的改善和提升中。

它的較高的安全性不僅體現(xiàn)在運行中的列車安全（如防止追尾、正面、側面沖撞、脫軌、障礙物碰撞等）、而且還體現(xiàn)在乘客及運營人員的安全（如上下車乘客、車廂內(nèi)乘客、站臺上乘客、維護人員等）;因此他能夠實現(xiàn)列車運行全過程各種運行工況（正常和異常）的自動安裝防護。

（二）靈活性高

全自動駕駛可以利用中央控制系統(tǒng)對所有車輛的車速和運行狀態(tài)進行動態(tài)的調整，從而根據(jù)客流量等情況的變化動態(tài)的調整車輛的運行數(shù)量和速度，繼而更好的應對客運波動情況，這種操作靈活性高。人工駕駛的調整則相對滯后，很難實現(xiàn)靈活的響應。

（三）行車密度高

全自動駕駛技術可以實現(xiàn)所有車輛的行駛速度、車距的精準控制，所有能夠在固定線路上實現(xiàn)更多車輛的同步行駛，不必為相互車輛之間的安全距離設置過大，所以更多車輛的行駛可以有效的提升運輸效率，減少了乘客的等待時間，同時也降低了駕駛問題的出現(xiàn)。

根據(jù)環(huán)評報告書，新機場線近期高峰期每小時開行12對，也就是在高峰期的發(fā)車間隔為5分鐘。運營時間將從早上5點開始一直持續(xù)到晚上11點，共計18小時。

（四）服務管理水平高

北京新機場線全自動無人駕駛系統(tǒng)是高科技含量的軌道交通系統(tǒng)，運用先進的ATC系統(tǒng)，實現(xiàn)對列車連續(xù)速度曲線控制和自動調整功能，保正提供準時、準點、平穩(wěn)舒適的自動行車;為了與之相適應，應配備具有較高素質的管理人員，他們不僅要有較高的科技文化水平，能沉著、靈活應對突發(fā)事件，而且有極高的服務意識和責任感，從而使運營管理服務水平有顯著的提高。

（五）成本低

北京新機場線全自動無人駕駛系統(tǒng)的信號系統(tǒng)具有根據(jù)客流量大小自動調整運營策略和列車開行密度的功能，能靈活地適應高峰大客流和低峰小客流的運行需要，提高列車滿載率。

列車高密度運行，可減少小編組列車、縮短車站長度;旅行速度的提高有利于減少車輛配置數(shù)量，使建設投資得到有效控制。

北京新機場線全自動無人駕駛列車不配置駕駛員，使操作人員大幅減少;車輛配屬數(shù)量低也使管理、維護、維修人員以及培訓人員減少，使整體維護管理成本降低。

（六）可擴展性好

由于使用骨干網(wǎng)傳輸，可通過增加骨干網(wǎng)模塊實現(xiàn)系統(tǒng)擴展，以應對增加列車、車站或延伸線路[3]。北京新機場線一期工程向北延伸至麗澤商務區(qū)，旅客可以提前24小時在麗澤商務區(qū)站辦理登機牌和托運行李手續(xù)，向南延伸至南航站樓與京雄城際鐵路相連。另外，草橋站未來可與10號線、19號線銜接，實現(xiàn)換乘;磁各莊站未來可與城際鐵路聯(lián)絡線換乘;新機場北航站樓站與R4線、京霸城際、廊涿城際換乘。

三、我國發(fā)展全自動駕駛軌道交通的必要性

當前城市軌道交通的發(fā)展迅速，我國大量的城市都修建了完善的軌道交通系統(tǒng)，在為城市提供便捷出行服務的同時，也帶來了大量的能源消耗和污染問題，并且軌道交通的運行安全與質量需要投入大量的人力去管理。所以再這樣的情況下，全自動駕駛技術如果能引入到軌道交通系統(tǒng)，就可以有效的降低能耗和人力強度，從而用更低的成本提供更高水平的服務。

（一）提高運能。在目前現(xiàn)有技術條件下，地鐵最小運營間隔很難達到2 min以下，要解決像北京、上海這樣的特大城市地鐵客流，特別是早、晚高峰時期客流需求，必須迫切研究新技術、特別是全自動駕駛技術，來提高運營能力、挖掘地鐵運輸潛能。

（二）提高整體自動化水平，減少人為誤操作。人工駕駛過程中的誤操作一直是軌道交通事故的最大隱患，所以通過全自動技術的應用可以有效的避免誤操作威脅軌道交通運輸?shù)陌踩?，降低事故率和提升整體的運輸安全質量。

（三）降低人工作業(yè)難度，提升客運效率。人工駕駛的軌道交通車輛需要大量的司機人員頻繁的進行駕駛，這對駕駛人員而言是一個高強度的作業(yè)，所以難免出現(xiàn)各類異?；蛘咂隈{駛，而全自動駕駛可以降低人工作業(yè)的難度和強度，并且可以讓更多的人力資源放在列車運行狀態(tài)監(jiān)測上，從而提高服務的整體效率和質量。

（四）節(jié)能減排。全自動駕駛可以實現(xiàn)列車的精準控制，并且還能夠實現(xiàn)整個軌道交通系統(tǒng)多列車輛的同時精準控制，有效的降低了整體能耗，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。避免了人工操作過程中難以避免的額外能耗問題。

四、結語

綜上可知，全自動無人駕駛目前是全球交通運輸領域的研究重點，目前許多國家已經(jīng)具備了無人駕駛汽車上路行駛的條件，尤其是在固定線路行駛的環(huán)境中，自動駕駛可以實現(xiàn)高度的智能化運行，有效的降低封閉環(huán)境下的運輸成本。不過無人駕駛技術的應用也存在自己的缺陷，對很多變動環(huán)境因素及突發(fā)狀況的處理不夠妥當，所以需要不斷的改進無人駕駛技術，并探索城市交通中無人駕駛技術的應用可能性和方法，為今后城市軌道交通的無人駕駛提供更完善的技術支持。

參考文獻：

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[4]城市軌道交通2014年度統(tǒng)計分析報告[EB/OL].（2015-05-13） [2015-06-01]