基于列車全自動駕駛下的聯動預案研究與設計

張 輝，肖 孟，孫曉光

(1.蘭州市軌道交通有限公司，蘭州 730030；2.通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070)

1 概述

本文涉及城市軌道交通的列車自動監控系統領域。

在系統運營過程中，有經常性的人工操作，如每天早間上電、列車喚醒、列車出庫等；有運行過程中的正常情況，如通信車在軌道上運行的發車停車折返、列車清客、車輛段內轉線等；也有各種各樣的突發事件，如火災、運行中狀態丟失、有毒有害氣體泄漏等。行業內通常的解決辦法是綜合監控類的動作和問題利用綜合監控系統進行操作和解決，信號系統類的動作和問題由調度員進行操作或由總調度員根據應急處理預案手冊的內容下達命令，處理突發事件[1-2]。

其中綜合監控系統繼承了多數專業和系統，實現兩個以上子系統間的聯動操作或不同地點之間的設備聯動操作。綜合監控系統聯動控制是由預先定義的時間或者事件觸發，執行一組涉及到多個子系統的控制命令，從而完成相應子系統的協同控制。例如，當到達早間啟動時間時，聯動功能依次觸發環境與設備監控系統、隧道通風系統、動力照明系統、廣播系統等子系統的早間啟動模式；而在火災自動報警系統觸發報警時，聯動功能首先啟動視頻監控系統供調度員確認該報警所涉及到的現場情況，再由調度員進行半自動聯動，觸發各相關子系統的相應操作[3]。

本文在此基礎上，結合城市軌道交通列車監控系統的自身情況，設計開發一種用于城市軌道交通列車監控系統的通用聯動功能。

2 場景分析

既有的綜合監控系統的聯動功能，可以觸發簡單的動作，也可以觸發一系列順序執行的不同設備或不同地點之間的聯動動作[4-5]。不足之處：1）隨著城市軌道交通領域進入全自動駕駛時代（FAO），傳統聯動方案對于FAO 的支撐力度不夠，例如FAO 場景中新增的休眠喚醒計劃，聯動方案中需要進行計劃的條件判斷。2）雖然將某個特定運營場景執行的涉及多個子系統的一系列步驟抽象成一個聯動，執行過程中可能是并行，也可能是串行。但在界面顯示的過程一個聯動的系列步驟為一個列表的形式展現，執行狀態的變化隨著執行結果更新，列表形式無法表明各個步驟間的鄰接關系，無法直觀的展示該聯動目前的執行階段。3）傳統聯動方案需要綜合監控廠商的支撐，但新增FAO 運營場景中，如休眠、喚醒、洗車等聯動，整個聯動環節全在信號專業內部，不涉及綜合監控領域相關命令下達[6]。

2.1 以喚醒命令為例，說明喚醒基本聯動預案流程

1）TIAS 根據列車喚醒時刻表，自動向允許喚醒的列車發送遠程喚醒指令；

2）列車喚醒成功后，則在行調和車輛調工作站顯示喚醒成功；

3）TIAS 應根據派班計劃，提前規定時間（可配置）打開車庫門，并自動辦理出庫進路；

4）若列車喚醒失敗，TIAS 應自動用備用車替換主用車。若無備用車可用，則應進行報警，轉人工處理。

2.2 傳統綜合監控實現路線

由于休眠、喚醒、洗車等聯動屬于FAO 中新增場景，綜合監控目前并沒有此聯動方案。故實現路線以正線早間上電場景為例，進行說明。

1）每天早上投入運營前，行調、電調工作站應根據首列車喚醒時刻表提前一段時間T（可配置范圍60 ～120 min）彈出上電提示對話框，提醒調度做好運營準備。

2）實現方案：傳統聯動實現方案如圖1 所示。

圖1 傳統聯動實現方案圖Fig.1 Flowchart of traditional coordinated operation plan

3）存在缺陷

a.運行圖數據需要根據綜合監控廠商實際情況進行二次轉換。針對目前投標情況，運行圖重復轉換成不同格式的概率大，接口需要頻繁修改。

b.開發涉及多個廠商之間協調，時間成本高。

c.消息路徑長，問題分析難度增加。

3 聯動預案系統設計

本文將實現現有城市軌道交通列車監控系統中所有可能的觸發條件，如表示信息、列車信息和計劃信息等，提煉出來，進行統一的深層數據挖掘，制定出通用的控制動作描述語言，并按照標準化的控制操作流程，進行有效控制，運行的過程以有向無環圖的樣式直觀的展現執行結果，并能儲存歷史情況，繼續執行中斷的操作等[7]。

以動態變化的列車信息和計劃，根據城市軌道交通列車監控系統自身的特性加以處理提煉，得到可以識別的通用的動作觸發條件和通用的動作描述語言，并實現聯動定義模塊，供用戶根據實際情況進行聯動編輯[8]。

設計的聯動后臺觸發服務，以預案定義的觸發條件為目標不間斷的進行輪詢或者接收其他模塊發送的相關數據，并加以解析，以判斷是否滿足觸發條件。聯動后臺執行服務則在預案已經觸發后，解析預案中每一個步驟的具體內容，將其轉化為城市軌道交通列車監控系統可以識別的命令，并將其發送給城市軌道交通列車監控系統的命令處理模塊，由其進行具體的命令執行。聯動后臺執行服務根據每個步驟的當前狀態和命令模塊最終執行結果回執進行狀態機制的切換，并最終執行成功或執行失敗。聯動程序結構圖，如圖2 所示。

圖2 聯動程序結構圖Fig.2 Structure of program of coordinated operation

聯動執行模塊則是以有向無環圖的形式直觀的展示當前正在執行的預案及其具體內容，該當前預案每一個步驟的狀態以不同的顏色進行區分，執行界面還提供自動化、半自動化和手動執行的方案切換，以便更好的處理具體節點步驟。

聯動數據庫操作模塊，則負責存儲聯動定義模塊編輯好的所有預案，并在系統啟動后接收其他模塊的請求命令，將數據反饋給其他各個模塊。該模塊還包括已執行過的歷史預案信息的存儲，不僅可以提供可參考的數據，當系統突然中斷后可以通過查詢歷史預案信息恢復中斷時未執行完成的預案。

4 結論

本系統目的在于提升聯動方案的靈活度，減輕全自動駕駛制式下運營人員的工作強度，減少突發事件的處理時間，所以研究本系統具有非常深遠的現實意義。當然系統還處在早期階段，需要完善的地方還比較多，聯預案場景還需要與業主需求深度結合，這就要求在此基礎進一步深入研究，進而將該系統真正應用于現場環境。