淺談南京地鐵首條全自動駕駛車輛典型功能需求

谷圣仁

摘要：隨著城市軌道交通技術發展不斷發展進步，全自動駕駛技術在運行安全、車輛旅行速度與運行效率、運營組織靈活性、經濟效益以及降低維保人員勞動強度等方面體現出越來越明顯的優勢。全自動駕駛技術已發展近百年，系統運行安全性已得到充足的驗證，國外與國內形成了一系列的全自動駕駛標準，明確了自動化等級的劃分，并制定了自動化運行裝填下所對應的安全措施以及系統功能需求等。

關鍵詞：南京地鐵;全自動駕駛;車輛功能

1.全自動駕駛發展歷程

1.1國外發展歷程

軌道交通全自動駕駛技術可以追溯到倫敦用于郵件傳送的地鐵列車實驗，該線路于1927年開通使用;

世界上首條全自動載客地鐵誕生于美國紐約，該線路于1962年1月正式開通運營。

1.2國內發展歷程

全自動駕駛的優越性開始得到運營部門的認可，得到越來越廣泛的應用。我國在軌道交通全自動駕駛方面加速應用：

2008年7月19日，北京首都機場線開通運營;

2014年8月9日，上海地鐵10號線成為國內首條在大客流、高密度條件線路上應用的全自動運行系統;

2017年12月30日，中國首條自主研發的全自動運行地鐵，北京燕房線開通運營。

目前，國內多個城市都在都在進行全自動駕駛技術的研究應用。

2.全自動駕駛技術介紹

2.1全自動駕駛技術定義

全自動駕駛技術指的是列車的全自動駕駛和車站設備的全自動運行。完全的全自動駕駛應包括電客車和車站設備在無人操作狀態下的全自動運行，實現行車組織自動化、設備檢修維保智能化、乘客服務自助化。

全自動駕駛電客車的設計目標就是為實現無人駕駛狀態下的全自動運行。簡單來說，通過采取相應的技術設計手段，使電客車能夠具備不需要司機值守的情況下全自動運行的能力。

2.2列車駕駛技術等級

國際上針對城市軌道交通標準主要有IEC62267和IEC62290系列。標準中分別以列車運行控制模式進行分類，主要包括人工方式運行列車、非自動方式運行列車、半自動方式運行列車、無需駕駛的方式運行列車以及列車完全自主運行，對應自動化等級分別為GOA0、GOA1、GOA2、GOA3 和GOA4。其中GOA2、GOA3、GOA4 定義為自動運行模式。

列車不同駕駛模式下的功能界限見下圖：

GOA2相當于ATO模式，只有發車和開關門需要司機操作。GOA3又稱之為DTO（Driverless train operation），即為有人值守的全自動駕駛，列車啟停、車門開關全部由系統自動完成，但是車上必須有一位乘務員以應對突發事件。GOA4又稱之為UTO（Unattended train operation），即為無人全自動駕駛，GOA4為最高等級的全自動駕駛，列車運行完全由系統自動實現，列車上沒有司機或乘務員。

GOA3與GOA4等級下列車均為自動化運行，運行控制、開關門、啟停列車自動實現，兩者關鍵區別在于是否有值乘人員，在故障應對處置程度上有所區別。GOA3等級下的自動駕駛系統，值乘人員在列車運行過程中，列車休眠喚醒、客室狀態監控、線路狀態監控、車輛運行狀態監控、列車故障狀況下應急處置等功能可以由值乘人員及時介入，因此設備系統的配置、功能及性能要求相對GOA4等級要低一些。而對于G0A4等級下的全自動駕駛系統，上述功能全部由系統通過軟硬件來實現，對設備系統的功能與性能要求則更高。

2.3全自動駕駛技術優勢

運行安全提升，全自動駕駛各系統經過更為嚴格的安全認證，各設備系統具備更高的可靠性和更加充分的冗余度;同時，設備系統自動化運行，大大降低人為誤操作的可能性，提升運行安全性和可靠性。

運行效率更高，全自動駕駛技術實現列車自主化運行，不在像傳統系統運作模式，需要人工或者通過調試系統來安排運行調整，同時受司機配置以及出勤地點影響。可依據線路實際運用需求，及時調整運能，靈活配置上線列車數量、調整列車運行時間間隔，提升線路在面對突發故障、大客流等狀況下的處置效率以及應對能力。

能源利用更合理，全自動運行車輛能夠更有利于進行區間列車調整，根據能源利用算法優化，進行相應的運行調整，充分利用區間內列車惰行、牽引和制動的工況，從而達到節能的效果。

旅行速度更快，全自動駕駛工況下，列車可以實現自動開關門、自動折返、故障自動復位等相關功能，使得列車旅行速度更快。

經濟效益更可觀，全自動駕駛技術在實現更高的運行效率和更快的旅行速度后，在同等行車間隔的條件下，可降低列車配屬數量，減少購車成本;列車自主化運行，可以減少司機配員，降低人力成本;能源利用更加合理，減少電力使用。

3.全自動駕駛等級下車輛典型需求

3.1全自動駕駛等級下車輛基本運行流程

全自動駕駛等級下，車輛應能夠實現自主化運行，包括列車自動喚醒休眠，綜合自檢，自動出入庫，自動開關門，自動啟停列車，自動洗車等相關流程。

全自動駕駛車輛運行流程見下圖：

3.2全自動駕駛車輛典型功能

全自動駕駛條件下，車輛典型功能主要為解決或彌補由于前端司機室或列車上沒有乘務人員的空白。主要包括運行保護、列車駕駛、線路監控、乘客服務、列車管理、緊急處置等方面的內容，其中列車自動保護和列車自動運行，目前常規 GoA2自動化等級線路中已經實現。

本文將重點介紹全自動駕駛車輛在線路監控、乘客服務、列車管理、緊急處置方面的典型功能。

線路監控主要監控列車運行限界內設備狀況，包括是否有異物侵限，弓網接觸狀況等。目前主要有走行部在線檢測、障礙物探測與脫軌檢測、弓網在線檢測等線路檢測手段。

乘客服務主要在沒有乘務人員的前提下，提供包括乘客上下車、語音播報等相關服務，主要有車門對位隔離、乘客信息播報、乘客緊急求助等功能。

列車管理是指車輛具備從喚醒至運營回庫自動化運行功能，主要有列車自動喚醒與休眠、自檢、自動洗車等功能。

緊急處置是在具備正常功能的同時，具有故障預警、故障復位、應急處置等功能，確保車輛運營安全。主要包括火災報警、列車故障遠程干預、列車停車控制、故障遠程告警等功能。