全自動駕駛地鐵車輛安全性需求分析

田玉剛 西安市軌道交通集團有限公司

現(xiàn)階段，我國城市軌道交通線路中，多數(shù)屬于半自動運行模式，其中列車牽引、制動等均可自行完成，司機處于列車司機室內，實時觀察其列車運行狀況，一經出現(xiàn)特殊狀況可及時轉化為人工駕駛模式，確保列車運行安全性。全自動駕駛車輛內部無司機操作，為確保其滿足全自動駕駛運行安全成效，需對其安全性需求予以分析，制定完善的設計方案。

一、全自動列車駕駛特征

全自動駕駛系統(tǒng)，主要是依附于計算機、通信以及控制等技術，對列車運行實現(xiàn)全周期控制，作為新型城市軌道交通系統(tǒng)，核心目標是保證城市軌道交通安全性及效率，作為評定城市交通系統(tǒng)性能發(fā)展水平的重要指標，無司機便可自行完成各項操作。全自動駕駛要求各專業(yè)高效協(xié)調，體現(xiàn)特征包含以下幾方面：（1）兼容性。城市軌道交通自動化等級，趨于向下兼容，依照GoA4等級建設線路，可沿著GoA2、GoA3 模式開展運營，一般初期均處于GoA2 模式行駛，循序漸進轉換至下一模式，并保證其安全性能指標達標。（2）高度自動化、深度集成，以行車為中心點，其他系統(tǒng)深度有效融合集成，增強列車運行自動化水平，主要體現(xiàn)在多個方面實現(xiàn)自動化，如列車啟停、自檢、休眠斷電等。（3）完善的安全防護。安全防護是列車運行基礎保障，需對其全過程進行防護，特別是增強對列車乘客上下車保護。若遇特殊狀況，各系統(tǒng)可形成良好的聯(lián)動，保證乘客安全。（4）豐富的中心功能。列車實現(xiàn)全面監(jiān)控，通過遠程為乘客提供服務，控制中心新增車輛調度及乘客調度，進而實現(xiàn)車輛遠程控制、狀態(tài)監(jiān)控等服務[1]。

二、全自動駕駛車輛安全性需求分析

全自動駕駛列車實際運行過程中，不配備司機觀察列車運行狀況，并對其異常情況進行處理，列車遇前方障礙物處理、關門時夾人夾物處理等，均由系統(tǒng)自行完成，針對全自動駕駛車輛安全性需求分析如下：

（一）障礙物檢測

為避免列車實際運行過程中，與異常障礙物發(fā)生撞擊，全自動駕駛系統(tǒng)應布設相應的障礙物檢測系統(tǒng)，且存在三種模式：

（1）線路安裝探測傳感器。行車線路或車站內區(qū)域增設探測傳感器，主要準確探索列車運行線路障礙物，若存在障礙物對列車運行造成干擾，需通過傳感器傳輸提供報警提示，將其反饋給信號系統(tǒng)，信號系統(tǒng)根據(jù)傳感器警報位置，列車行駛至該部位自定停車。此模式建設成本較高，大面積使用難度較大。

（2）列車安裝障礙物探測裝置。根據(jù)列車行駛實際狀況，在其內部合適位置安設相應的探測裝置，探測前方障礙物，按照其探測機理不同，如紅外、高清相機、毫米、激光雷達等，存在多種探測方式。障礙物探測裝置的瓶頸是探測要求較高，要求探測距離遠、經濟性較佳、精度高等方面。且列車通過曲線時，探測前方距離受限，探測裝置功能也受限，現(xiàn)階段，主動式探測系統(tǒng)仍處于進一步研究階段。

（3）列車安裝障礙物檢測裝置。列車上裝設相應排障器同時，在頭車轉向架一位端增設障礙物檢測裝置，核心原理是列車實際運行過程中，若與障礙物發(fā)生碰撞，其檢測系統(tǒng)會立即觸動且制動，并將信號反饋至控制中心，以免造成事故大范圍受損。此種檢測方式應用成熟度較高，具備可靠性較高的性能，但核心不足是需與障礙物發(fā)生碰撞之后，列車才能采取舉措。

（二）脫軌檢測

列車脫軌具有一定復雜性，影響其脫軌因素不盡相同，包含車輛狀況、線路狀態(tài)等，若列車發(fā)生脫軌之后仍處于運行狀況，增加顛覆事故風險。在列車轉向架安裝脫軌檢測傳感器，可準確檢測列車運行狀況，若檢測出現(xiàn)脫軌立即制動停車，并將信號傳輸至控制中心，以免發(fā)生顛覆安全事故，保障車輛乘客安全性。

（三）走行部故障檢測

走行部故障檢測主要是針對車輛轉向架故障檢測，列車實際運行過程中，實時對轉向架核心焊接位置、車輪、齒輪箱、軸箱狀態(tài)及溫度等監(jiān)測，若其出現(xiàn)異常狀況，如裂縫、持續(xù)性高溫等，系統(tǒng)會自行報警，并傳輸給地面分析系統(tǒng)，促使車輛停運后轉向架及時檢修，避免長期處于超負荷運行中，不利于行車安全性。

（四）列車車門夾人夾物檢測及再關門控制

列車按照運行圖明確停站時間節(jié)點，完成自動開關車門操作，預先告知關門信息，車輛開閉車門三次后仍處于未關閉狀態(tài)，依托車載信號及時傳輸至控制中心，控制中心獲取相應的信息數(shù)據(jù)，通過監(jiān)視遠程完成車門控制。基于全自動駕駛列車下，若車門未進行及時關閉，系統(tǒng)檢測列車缺乏完善的啟動條件，并不會自行啟動，確保乘客安全性。需特別注意的是，車門夾到較小的物體，如頭發(fā)、紙張等，車門可完全閉合，系統(tǒng)難以檢測被夾物品，仍存在安全風險。為進一步解決上述安全風險，需在站臺頭尾布設相應的紅外線探測裝置，該裝置在車門關閉之后檢測是否存在障礙物，若存在及時報警，并在列車牽引控制下形成閉環(huán)鎖，列車無法啟動[2]。

（五）列車火災報警系統(tǒng)

處于有人駕駛列車條件下，火警系統(tǒng)是可選項系統(tǒng)，司機可對各類異常狀況予以處理，而全自動駕駛列車中，必須配備相應的火災報警系統(tǒng)，且對其警報準確性要求較高。列車發(fā)生火災因素較多，如設備、人為等，軌道交通通風排煙難度較大，人員疏散耗時較長等，需對防火予以高度重視。為將人為因素引發(fā)火災降至最低，目前全面實施安檢，乘客包裹需通過系統(tǒng)檢查；而設備老化造成列車火災，需依托火災報警裝置及時反饋信息，一般布設兩種方式，即感溫報警、感煙報警。該系統(tǒng)檢測列車火警信息，并自行進行報警，立即將火災發(fā)生具體部位傳輸至控制中心，與視頻監(jiān)控聯(lián)動，為及時處理火災做支撐。初期應用火災報警裝置時，受多方面因素影響，出現(xiàn)誤報現(xiàn)象，不利于列車正常運行。為進一步降低誤報概率，火災報警系統(tǒng)應具備誤報自學功能，系統(tǒng)獲取信息屬于誤報，并將其數(shù)據(jù)進行存儲，便于防止后續(xù)出現(xiàn)相同誤報狀況。

三、結束語

全自動駕駛車輛實際運營過程中，受多重因素干擾，安全性難以保證，有必要對其安全性需求展開系統(tǒng)性分析，增設全面的保護裝置，便于應對列車實際運行各類異常狀況，為車輛方案設計系統(tǒng)安全設計提供支撐。