城市軌道交通全自動駕駛場景設計

湯連橋

（南京鐵信科技股份有限公司，江蘇南京 211899）

1 概述

近年來，全自動化地鐵在全球軌道交通領域日漸升溫,巴黎、新加坡、哥本哈根、巴塞羅那等城市都已引入無人駕駛地鐵，運行情況良好。據(jù)UITP（國際城市軌道交通協(xié)會）統(tǒng)計，截至2016年7月，全球36個城市有56條無人自動駕駛的地鐵線路，共789 km，預計2025年將增加到2 200 km。

我國上海8號線和北京燕房線均開通了全自動駕駛運營，南京市、哈爾濱市、武漢市也在建一條以上的全自動駕駛線路。根據(jù)UITP統(tǒng)計，2020年，75%的新建城市軌道交通線路將采用UTO（完全無人駕駛級別）技術，40%的既有城市軌道交通線路將改造采用UTO技術。

與傳統(tǒng)的城市軌道交通項目相比，全自動駕駛線路對信號系統(tǒng)的要求和用戶的需求方面更具體明確，運營場景是明確用戶需求的主要體現(xiàn)方式之一。

2 運營場景的設計

歐洲標準EN62290將列車運行自動化分為4個等級，即GoA1～A4，對每一個等級具備的功能進行嚴格定義，GoA4自動化駕駛級別最高。我國在建的城市軌道交通全自動駕駛線路均按照GoA4標準設計建設，實現(xiàn)正線列車、車輛段部分作業(yè)區(qū)無人值守的運營組織模式。

全線采用兩級控制方式，即控制中心（備用控制中心）和車站兩級管理模式，建設全自動化車輛段、停車場，設有人區(qū)及無人區(qū)，實現(xiàn)列車的自動休眠、喚醒、發(fā)車、洗車、自動運行、自動對位調(diào)整等一系列GoA4等級的全自動運行系統(tǒng)功能。

2.1 分類

全自動駕駛場景每條線路的分類方式不同，通過對哈爾濱市、北京市、武漢市、南京市和蘇州市的全自動駕駛運營場景進行比較，按正常場景、故障場景和應急場景三大類進行分類比較清晰和直觀，方便使用人員進行查找。

三類場景包含多個子場景，每個子場景通過場景概述、基本流程、注意事項、功能需求描述。

2.2 正常場景

正常場景以時間為順序，依次為運營前準備、喚醒、列車出庫、自動開站、列車正線運行、列車停站、站臺發(fā)車、列車折返作業(yè)、正線清客、車站關站、列車回段、列車進入停車列檢庫、列車出入組合檢修庫、自動洗車、清掃作業(yè)、休眠、段場內(nèi)自動調(diào)車、列車正線調(diào)整、無人區(qū)施工和列車檢修，用戶可根據(jù)實際情況進行增加或刪減。

運營前準備場景可劃分成5個子場景，如圖1所示。

圖1 運營前準備場景的組成

以運行圖的下發(fā)和確認子場景為例說明是如何對子場景進行描述的。

（1）場景概述。

每日2：30（具體調(diào)整），由正線調(diào)度員生成當日運行圖，下發(fā)至各相關系統(tǒng)及崗位。

（2）基本流程。

正線調(diào)度員在每日的固定時間確認當日運行圖；正線調(diào)度員確認當日運行圖無誤后，下發(fā)計劃至各相關系統(tǒng)；各相關崗位確認當日運行圖。

（3）注意事項。

正線調(diào)度員應在每日2：30提早確認當日運行圖，如計劃有誤，則立即下載當日運行圖；各系統(tǒng)及各相關崗位均需要確認當日運行圖無誤。

（4）功能需求。

信號系統(tǒng)：自動匹配調(diào)取當日運行圖并儲存運行圖的功能；編圖轉(zhuǎn)換軟件，與現(xiàn)有運行圖編圖一體化軟件開放接口，若是單獨一套編圖系統(tǒng)，則需要考慮預留后續(xù)無人駕駛線路編圖接口；運行圖系統(tǒng)應預留排班系統(tǒng)軟件接口。

通信系統(tǒng)：中央調(diào)取當日運行圖后，通過通信系統(tǒng)傳輸至各相關子系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)），并發(fā)送確認回執(zhí)。

2.3 故障場景

故障場景可分為場段內(nèi)故障、正線列車故障、正線運行設備故障、調(diào)度室設備故障、車站相關設備故障、變電所故障6個場景，用戶可根據(jù)自身情況進行適當增加或刪減。

場段內(nèi)故障可分為8個子場景，如圖2所示。

圖2 場段內(nèi)故障場景的組成

（1）場景概述。

信號系統(tǒng)未能根據(jù)時刻表自動喚醒休眠列車或喚醒失敗，行車調(diào)度員需要遠程喚醒休眠列車或指派司機（運營前期）、多職能隊員（運營中后期）登車就地喚醒休眠列車。

（2）基本流程。

行車調(diào)度員通過ATS工作站警告彈窗，發(fā)現(xiàn)待喚醒的休眠列車未能根據(jù)時刻表自動喚醒或自動喚醒失敗后，使用ATS工作站遠程喚醒休眠列車；若遠程喚醒仍未成功，安排司機/車長登車進行就地人工喚醒，登車流程參考工作人員登乘場景（正常場景）。若就地人工喚醒失敗，行車調(diào)度員應通知車輛調(diào)度員/維修調(diào)度員組織專業(yè)檢修人員進行檢修。

（3）功能需求。

信號系統(tǒng)：應具有根據(jù)時刻表自動喚醒、遠程人工喚醒和就地人工喚醒功能；列車喚醒成功后，ATS界面應有提示框顯示，提示結(jié)束后自動消失；列車未能根據(jù)時刻表喚醒休眠列車，ATS界面應有警告彈窗并顯示失敗原因，需要調(diào)度人員確認后消失；列車根據(jù)時刻表/遠程人工喚醒失敗后，ATS界面應有警告彈窗進行顯示失敗原因，需要調(diào)度人員確認后消失；應有喚醒結(jié)果歷史記錄，供調(diào)度員調(diào)度查看。

土建專業(yè)：庫內(nèi)停車股道、正線存車線等具備列車喚醒功能的喚醒點位置設置登乘平臺和人員跌落防護裝置。

車輛專業(yè)：每列車兩端的第一對客室門作為蹬車車門，設置電解鎖及電動開關功能。

2.4 應急場景

應急場景包括乘客疏散、爆炸毒氣事件、火災、乘客強行開門、列車沖突、列車傾覆、線路下沉、區(qū)間積水、區(qū)間救援、發(fā)生人潮等大客流、鋼軌結(jié)冰、接觸網(wǎng)懸掛異物、調(diào)度室疏散、雨雪模式、工作人員防護開關激活、車站失電、無人區(qū)內(nèi)侵、車輛段/停車場連掛作業(yè)、列車障礙物檢測觸發(fā)、站臺緊急停車按鈕觸發(fā)、防淹門鎖閉信號丟失、正線列車迫停、慢行模式/RSM模式和列車事故場景。以應急場景中的乘客疏散場景為例進行說明，其他子場景架構相同。

（1）功能概述。

火災、爆炸等突發(fā)情況，導致列車在區(qū)間被迫停車需要疏散乘客或在車站疏散乘客時，如不及時處理，將導致大面積人員傷亡及財產(chǎn)損失，造成供電、通信、軌道設施損壞，隧道或場段內(nèi)其他設施的損壞及衍生其他突發(fā)故障。區(qū)間疏散的條件將對列車、信號、綜合監(jiān)控等設備提出更高的設計要求。列車停在區(qū)間且無法動車、需要疏散乘客時，需要車站人員到達現(xiàn)場引導乘客疏散，自動聯(lián)動或值班主任/乘客調(diào)遠程人工廣播引導乘客疏散。

（2）處置流程。

行車調(diào)度通過ATS設備對疏散區(qū)間進行防護，如扣停后續(xù)列車及鄰線列車或?qū)κ掳l(fā)區(qū)間進行信號封鎖等；信號自動對運營列車的運行安全進行防護；設備調(diào)度確認執(zhí)行疏散模式，通過綜合監(jiān)控對隧道通風并開啟隧道全照明模式；相鄰站車站人員（多職能隊員）前往現(xiàn)場引導乘客疏散，并清點疏散人數(shù)；值班主任/乘客調(diào)度通過廣播及PIS系統(tǒng)引導乘客采用逃生平臺疏散或通過逃生門隧道疏散；車站及列車廣播、PIS系統(tǒng)等設備根據(jù)運營調(diào)整情況聯(lián)動播放乘客廣播和乘客信息；值班主任/乘客調(diào)度通過車廂廣播、逃生門處對講裝置、隧道廣播等設備引導乘客疏散；指派車站人員引導乘客向臨近車站疏散；疏散后保護現(xiàn)場，做好后續(xù)處理。

（3）功能需求。

車輛專業(yè)：車輛執(zhí)行遠程及聯(lián)動廣播播放功能；逃生門位置增加對講設備，便于值班主任（乘客調(diào)度）對現(xiàn)場解鎖逃生門進行指導操作；逃生門應經(jīng)中央授權后才能打開，列車靜止且列車火警被觸發(fā)或其他可被偵測到的應急場景時可以不經(jīng)授權直接打開；所有客室門均有緊急解鎖裝置；具備調(diào)度室遠程車門開關操作功能，用以協(xié)助乘客隧道疏散。

信號專業(yè)：運行安全防護；遠程開關列車車門。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)：集成列車車廂、隧道視頻監(jiān)控畫面；聯(lián)動BAS、PSCADA、CCTV、廣播及PIS信息；區(qū)間疏散指示。

通信專業(yè)：列車應急廣播聯(lián)動；車站與列車廣播及PIS信息具備聯(lián)動播放功能，聯(lián)動信號由ATS發(fā)出執(zhí)行指令；隧道重點行車部位視頻監(jiān)控。

3 結(jié)語

隨著越來越多城市軌道交通線路采用全自動駕駛設計，用戶需求和運營場景的設計趨于多樣化。我國城市軌道交通協(xié)會正在積極努力，制定全自動駕駛運營需求規(guī)范，使全自動駕駛線路的運營場景更標化，內(nèi)容更具體明確。