城市軌道交通全自動運行運營場景研究

林靜

（溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司運營分公司 浙江省溫州市 325000）

目前國內全自動運行線路項目快速發展，全自動運行代表了技術發展的方向，也將是未來地鐵建設的首選模式。有鑒于此，國內軌道交通領域對全自動運行技術方案也越來越重視，除了已建成運營的上海10 號線、北京燕房線、北京大興國際機場線等，北京、上海、廣州、深圳、南京、成都、武漢等主要地鐵城市都在進行新建線路采用全自動運行技術的探討與實踐。目前，國內已建或在建的全自動運行線路，均按照自動化等級4（GOA4）設計建設，運營方式大多計劃由有人值守的模式（DTO）逐步過渡到無人值守的模式（UTO），相較于其他自動化等級的系統，UTO 在大幅度提高自動化程度、提升運營組織的靈活性、降低運營人員勞動強度等方面表現出極大的優勢。本文將從UTO 模式出發，研究全自動運行系統的運營場景。

1 運營場景的設計

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之一，與非功能類性能指標及運維管理模式等共同構成運營需求，對系統功能分配、系統設計、作業流程及運營規章編制等均有重要的指導作用。全自動運行運營場景包含了全自動運行線路正常、故障和應急等主要場景。

1.1 正常場景

正常場景下，信號系統控制列車按照計劃自動運行，完成從喚醒、綜合自檢、出庫、正線運行、停站、自動開關門、正線發車、終點站清客、正線下線、自動回庫及休眠等一系列場景。全自動運行模式（FAM）正常運營流程圖如圖1所示。

圖1：全自動運行正常運營流程圖

1.1.1 喚醒及自檢

運營開始前，列車自動監控系統（ATS）較發車計劃時間提前一定時間下根據計劃自動或人工向停車庫線/正線停車線上的列車車載設備下發喚醒控制命令。ATS 同時對列車的喚醒狀態進行管理，喚醒狀態信息在控制中心行調工作站上顯示。ATS 可遠程或人工對多列或全部列車同時發送喚醒指令。

車輛對全列車的上電并成功后，車載信號設備及車輛設備執行必要的自檢、測試。車載信號設備應將自檢和測試的狀態、報警信息及時上傳至ATS 子系統，便于調度人員實時了解列車喚醒的狀態。

列車喚醒成功后進入待命狀態，車載信號設備應向車輛發送待命工況，用于車輛打開照明、空調或電熱控制等。列車具備以FAM 模式運行的條件。

1.1.2 列車出庫進入正線

列車喚醒成功自動進入FAM 模式，并根據出入庫計劃及移動授權，運行至轉換軌自動匹配時刻表進行車次信息初始化后，執行正線服務工況，并進入正線運行。

1.1.3 列車在正線的運行

列車在正線采用FAM 模式運行。列車自動運行到車站停穩后，系統自動打開車門及站臺門。列車進站停車時如超出了停車精度范圍，則車門和站臺門不能打開。若列車進站停車過標不大于5 米（可設定）系統可自動控制列車進行對位調整N 次（可設定），若調整到位，開啟車門和站臺門。如果列車經過N 次調整后仍不能停車到位，應向中心進行報警，由人工遠程介入進行控制或直接運行至下一站。若列車進站停車過標超過5 米（可設定），則應向中心進行報警，由人工介入進行控制或直接運行至下一站。

當站停時間結束后，自動關閉車門及站臺門，并自動發車繼續運行。列車在站臺發車前10 秒（可配置），信號系統向車輛設備提供信息，車輛設備控制列車發出聲光提示，發車前5 秒（可配置），信號設備控制關閉車門及站臺門。到發車點，列車自動啟動，駛向下一站。

處于FAM 模式下運行的列車，當列車在折返站規定的停車時間結束并進行清客確認后，車門和站臺門自動關閉，列車根據移動授權，從到達站臺自動運行進入折返線，自動激活/關閉相應的駕駛端，實現駕駛端的自動轉換后，自動駛出折返線，進入發車站臺后自動打開車門和站臺門。列車在站臺進行駕駛端轉換時應使車門和站臺門保持開啟狀態，列車在折返線等非站臺區進行駕駛端轉換時，應使車門保持關閉狀態。

1.1.4 列車運行結束作業

列車到達終到站，站內、車輛廣播提醒乘客下車及不能上車。停站未清客完成期間，車載信號設備保持車門打開，在進行清客確認后，系統自動關閉車門和站臺門。列車根據移動授權，以全自動運行模式自動運行至轉換軌后，信號系統自動向列車發送“停止正線服務”指令。

1.1.5 休眠

當列車運行至預定義的休眠停車窗內時，中心判斷列車具備休眠條件后，自動或人工向車載信號設備發送休眠命令。

車載信號設備收到休眠命令，完成自身休眠準備工作后，向車輛發出休眠請求命令，車載信號設備收到車輛的休眠確認后，向車輛發送休眠指令，車輛控制車載設備斷電。休眠結果反饋給中心行調臺。若休眠不成功，進行報警提示。

1.1.6 自動洗車

信號系統接收洗車機的狀態，在洗車機準備就緒的情況下，ATS 根據目的地碼或洗車計劃自動排列至洗車庫的進路，根據移動授權列車以FAM 模式自動運行至洗車庫前停車。信號系統收到洗車機的洗車確認后，信號系統向車輛發送“洗車”工況，開始洗車。洗車過程中，信號控制列車牽引，暫定車輛控制列車恒速運行（車速3～5km/h）。洗車完畢，列車運行至出清洗車庫停車點停穩，退出洗車工況，列車繼續以FAM 模式運行回庫。

1.1.7 車輛段/停車場調車作業

車輛段/停車場內分為自動化區和非自動化區。

在自動化區內，車輛段場調人員可通過設置列車目的地碼自動排列進路，也可人工辦理調車進路，列車根據移動授權以FAM 模式自動控制列車運行。

在非自動化區內，列車按照地面調車信號機的顯示行車。此時列車自動防護(ATP)設備僅對列車的最大運行速度進行監督。

1.2 異常場景

對于城市軌道交通全自動運行系統運營過程而言，異常場景是影響運行的一個巨大的隱患，可分為故障場景和應急場景，有效構建、識別異常場景，對準確、快速處理異常場景、維持系統安全、高效運行有著重要的意義和應用價值。下文異常運營場景的設計與構建由場景描述、基本流程、注意事項和功能需求四個部分來闡述。

1.2.1 故障場景

故障場景包含了列車在行車過程中遇到的各類故障場景，可采用基于故障現象統計法來對故障場景進行羅列，如圖2所示，下文以軌旁信號故障中區域控制器(ZC)故障為例對故障場景進行說明。

圖2：故障場景分類

（1）場景描述：ZC 故障時，故障區域內的基于通信的列車控制系統（CBTC）列車立即施加緊急制動。

（2）基本流程：運營控制中心(OCC)行調扣停即將進入故障區域的列車；OCC 行調通過 ATS 工作站確認列車距前后車站的距離；OCC 行調（乘客調）通過遠程廣播告知受影響乘客；OCC 維調盡快安排專業維修設備；OCC 行調安排多職能隊員接管相關列車；即將進入故障區域的列車，多職能隊員接管列車后根據 OCC行調指令將列車切換到點式后備模式駕駛；故障區域區間內的列車，多職能隊員接管列車后根據 OCC 行調指令轉為 限制人工模式（RM）駕駛列車運行至前方站，在信號機前成功讀取有源信標后升級為點式后備模式駕駛；ZC 故障恢復，OCC 行調通過ATS 工作站重新設置故障區域全自動駕駛區域授權后，相應區域內列車可采用列車自動運行（ATO）與列車自動防護駕駛模式（ATPM）；列車到站臺停車后，多職能隊員根據 OCC 行調指令將列車轉為 FAM模式運行。

（3）功能需求：

信號：ZC 故障時，中央與車站 ATS 工作站、ATS 維護工作站顯示報警信息；ZC 故障恢復后，列車以 RM 模式運行經過自動化區的任意一個計軸區段邊界時，能完成篩選，重新獲取 CBTC 授權并升級為ATO 或ATPM 模式；ZC 系統為雙系冗余系統，單系故障或者主備系切換不影響 ZC 正常工作；車地通信正常且列車定位未丟失，中央 ATS 工作站可顯示故障區域內列車距前后車站的距離；ZC 重啟時，不影響區域內點式列車運行。

通信：專用調度電話、長期演進技術(LTE)手持臺提供通信功能。

（4）注意事項：如人員需要登乘區間列車時按《區間迫停列車登乘》執行。

1.2.2 應急場景

應急場景包含了列車可能遇到的各類緊急情況，如圖3所示，以應急場景中的乘客緊急對講為例進行說明。

圖3：應急場景分類

（1）場景描述：當司機室未人工激活時，乘客按壓乘客緊急對講按鈕，報警信息發送到中央 ATS 工作站和綜合監控（ISCS）工作站，對應的視頻監控系統（CCTV）自動推送到中央 ISCS 工作站，緊急對講接通 OCC。

（2）基本流程：OCC 行調（乘客調）根據 CCTV 推送的圖像查看列車內的情況，并與乘客通話；OCC 行調根據實際情況安排站務或多職能隊員到下一站上車處理。

（3）功能需求：

信號：中央ATS 工作站能顯示緊急對講報警信息；將緊急對講申請信息和行車信息發送到ISCS 系統。

車輛：司機室虛擬激活時（為信號系統激活），將緊急對講申請及激活信息發送到車載通信系統和信號系統；司機室鑰匙激活時，緊急對講點的CCTV 自動推送至司機室CCTV 顯示屏，緊急對講接通司機室。

綜合監控：中央ISCS 工作站能顯示緊急對講申請和激活信息；中央ISCS 工作站能推送緊急對講點的車載 CCTV；當同時多個乘客緊急對講激活時，可選擇任意一個接通進行通話；具備調取車載CCTV 功能。

通信：緊急對講電話（IPH）申請激活，IPH 系統將信息發送至中央ISCS 系統，同時IPH 工作站顯示申請和激活信息；乘客緊急對講接通后，IPH 具備語音通話功能和錄音功能。

（4）注意事項：如同時多個乘客緊急對講激活時，OCC 行調同一時間僅能選擇一個乘客緊急對講進行通話。

2 結束語

隨著全自動運行系統成為被認可的可靠方案且將保持著高速增長，特別是國內的北京、上海、廣州、南京、武漢等地鐵已經開始陸續運營，國內軌道交通即將迎來無人駕駛系統建設高潮。針對國內城市軌道交通線路條件多樣、客流量大等特點，持續全面地研究全自動運行系統的運營場景是十分必要的。