全自動無人駕駛的系統服務可用性考核方法的研究

孟慶元，鄒守銘，孫 娜，畢 昱，徐 娜

(中車大連機車車輛有限公司 科技管理部，遼寧 大連 116000)

從全世界范圍而言，全自動無人駕駛技術正加速發展且逐步成熟，據不完全統計，全球已有37個城市55條線路采用全自動無人駕駛技術，運營里程占全部軌道交通里程的6 %，該技術的應用主要集中在歐洲和日本等發達國家[1]。

《城市軌道交通運營績效評估體系》中的績效考核方法適用于傳統地鐵中列車、屏蔽門和信號等系統[2-3]，鑒于全自動無人駕駛與傳統地鐵技術相比，系統的運營方式和故障處理策略有很大的不同[4-5]，所以該考核方法是否適合全自動無人駕駛的系統服務可用性考核需要進行進一步的研究。

因此，本文在評估現有的考核方法的基礎上，提出一種適用于全自動無人駕駛技術的系統服務可用性考核方法。

1 運營績效評估體系介紹

《城市軌道交通運營績效評估體系》中定義了傳統地鐵的考核方法，包括對客流、運行、服務、安全、能耗、成本的績效考核。考核指標分別從線路、系統設備及非系統設備的服務可用性三個方面對傳統地鐵線路進行考核。

《城市軌道交通運營績效評估體系》中定義的考核方法存在以下不足：

(1)統計樣本不夠全面。只考核5 min及5 min以上故障帶來的影響，沒有考核5 min以下故障的影響，即可以迅速解決的故障并沒有計入在內，但是這些故障頻繁發生的話，對列車服務可用性的影響也很大，尤其是對于全自動無人駕駛的列車。

(2)統計數值不準確。傳統地鐵在乘客運送監測、列車運行操作及確保緊急情況的檢測和管理上與全自動無人駕駛是有所不同的。有人駕駛的列車，司機可以根據列車故障的實際情況，在中間站減少停車時間，這樣在列車到達終點站的時候，相對于發車時刻表而言可能不會對運營造成任何影響；而對于全自動無人駕駛的列車，由于沒有司機，故障影響時間取決于運營單位的故障處理方案，除此之外，列車的停站時間是預先設定的，任何故障都會造成列車全線晚點，列車無法追趕時刻表。

因此，采用上述方法進行列車服務可用性的考核，在同樣里程的情況下，全自動無人駕駛系統的列車服務可用性一定會低于傳統地鐵。

2 全自動無人駕駛的系統服務可用性考核方法

全自動無人駕駛系統的考核方法需要更客觀和合理地體現全自動無人駕駛的運營特點，遇到故障情況或者緊急情況，中央控制室的運營人員能夠根據綜合監控系統的故障報警信息，按照預先制定的故障處理程序，安排相應的運營和維護人員進行故障處理，直至系統恢復正常運營。從系統發生故障到系統恢復正常運營的這段時間，系統屬于不可用的狀態，因此可以采用統計服務可用性的方法作為全自動無人駕駛技術的系統服務可用性考核方法。

服務可用性A的計算公式為：

(1)

式中：TU——系統在線時間，h；

TO——系統運營時間，h。

系統中的任何一個產品的故障都會對系統的可用性產生影響，為了避免重復考核的現象發生，可以針對系統的模式可用性、車隊的可用性和站臺門的可用性分別進行考核，進而得到整個無人駕駛系統的服務可用性指標。

2.1 模式可用性考核

模式可用性Am表示無人駕駛系統在運營時段內能否一直以預定的模式運營，用于評估系統轉入非正常運營模式所造成的影響。Am的計算公式如下：

(2)

式中：Tm——實際運營模式故障時數(在運行系統排定提供具體服務模式的時間段中，所有因故障導致模式停機的總時數)，h；

Ts——排定運營模式時數(已排定的具體運營服務模式的時數)，h。

模式可用性主要考核因單一或多重運行系統相關問題造成在排定的運營模式下正常服務停止的事件。

2.2 車隊可用性考核

車隊可用性Af表示在排定運營模式下，列車可用性以及系統在排定的行車間隔下，滿足排定運營需求的能力。Af的計算公式如下：

(3)

式中：Ta——實際運營車輛服務時數(在運行系統無任何服務中斷且車輛功能正常的情況下，車輛在排定運營模式期間實際行駛的車輛數量與服務時數的乘積)；

Tsc——排定車輛服務時數(具體運營模式下，排定的車輛數量與服務時數的乘積)。

車隊可用性主要考核排定車輛中斷服務的時間，從排定車輛失去服務能力或失去全部功能狀態開始，直至該故障車輛重新投入運營并完全恢復功能或被一輛功能正常的車輛替換或該列車已不需服務。

2.3 站臺門可用性考核

站臺門可用性Ap表示在排定運營模式下車站站臺門可用性。Ap的計算公式如下：

(4)

式中：Tap——實際站臺門服務時數(運營模式下排定的車站站臺門數量與服務時數的乘積減去所有停機站臺門數量與服務時數的乘積)；

Tsp——排定站臺門服務時數(在具體運營模式下，所需的排定車站站臺門數量及服務時數的乘積)。

站臺門可用性主要考核因站臺門自身故障導致站臺門在命令運轉期間而無法操作的事件。站臺門停機的時長應從排定的站臺門無法正常運行開始計算，直至站臺門恢復正常運行后第1次列車停站或發車完畢之后。

2.4 系統服務可用性考核

針對某一具體時段的系統服務可用性Ai，可以用模式、車隊及站臺門在該模式下所需要的排定運行模式來表示。系統服務可用性應是Am，Af及Ap的乘積，計算公式如下：

Ai=Ami×Afi×Api

(5)

設每個時段的時間為Ti，因此系統累積的運行系統服務可用性Ac可以表示為：

(6)

2.5 除外事件

在系統運行的過程中，會發生一些意外的事件而造成系統的停運。因此需要在運營開始之前和運營單位共同協商對特定事件的免除責任。以下是不需要計入考核的示例：

(1)因非運行系統的服務失效導致中斷，例如，外部供給的電力超出正常范圍、因安全問題而做出的列車分流等造成的服務中斷；

(2)乘客造成的中斷或延誤；

(3)因未授權人員或生物及非生物侵入運行系統造成的中斷。

3 算法舉例

某項目是8列6編組的列車，7個站臺雙側站臺門可以投入運營,每天運營17 h。某日該列車系統的可用性數據如表1所示。

表1 某日某列車系統的可用性數據表

按照新的算法，系統服務可用性的計算考核了當天發生的所有故障，更為準確地反映了不同故障對于系統服務可用性的影響。例如在9:30—10:30這段時間內，車輛無法滿足排定的時間表的要求，信號系統故障及站臺門故障最終導致該時段內系統的可用性只有68.92%，遠遠低于當天其他時段的水平。

相對于之前的統計方法，微小故障對線路的影響也被統計在內，這樣避免了統計數值造成最終結果不精確的問題。

4 結束語

全自動無人駕駛技術相對于傳統的有人駕駛，在列車運行方式和故障管理等方面有著較大的變化，全自動無人駕駛技術強化了中央控制室的監控和故障處理能力，同時，無人駕駛技術對于故障發生的時長及原因記錄更為準確。采用改進的全自動無人駕駛的系統服務可用性考核方法可以更加簡潔、客觀地反映出產品的真實性能水平。因此，建議采用此方法作為全自動無人駕駛的系統服務可用性考核方法。