從列車無人到中央無人
—— 關于軌道交通自動化發展的思考

馬能藝

（上海申通地鐵集團有限公司，上海 201103）

1 全自動運行概述

目前全自動運行已成為全國軌道交通信號系統建設的首選制式。根據2020年的統計數據，全國超過75%的新線采用全自動運行模式。在啟用全自動運行模式的新線中大多數采用最高自動化等級（GOA4級）的無人值守全自動運行（UTO）。軌道交通自動化等級示意如圖1所示。

無人值守全自動運行的優勢在于高效、經濟并富有科技感，而它的不足之處是在無人值守狀態下，一旦由設備故障或突發事件造成無法續用全自動運行時，可能導致列車迫停區間，會對運營產生重大影響。為此，全自動運行系統在具備大量常規功能之余也增設相應的應急功能，旨在使列車在非正常狀態下盡可能維持全自動運行，至少可帶病自動運行至下一車站，再由工作人員登車處置，以符合GB/T 32590.1-2016《軌道交通 城市軌道交通運輸管理和指令/控制系統 第1部分：系統原理和基本概念》中對GOA4級系統的特定要求（表1）。

綜上所述，只有當列車迫停區間的概率變得極低后，才能在管理模式上實現無人值守，真正體現出GOA4級全自動運行“減員增效”的價值。

在無人值守狀態下，原司機的駕駛和應急處置職責由系統自動或調度員遠程處置來代替，極端情況下需要由多職能隊員登車處置。由于全自動運行線路控制中心設備的自動化水平與人工駕駛線路大體相當，對調度員而言，工作壓力未減反增，未能共享自動化帶來的便利。

2 全自動運行系統的整體自動化需求

自動化等級（GOA）分為5級（從0級到4級），GOA4為最高。目前自動化等級的劃分多聚焦在列車上是否實現無人值守，相較而言，對控制中心的自動化要求和減員要求遠低于列車。由此可見，全自動的“全”是有所欠缺的。

以GOA 4級全自動運行線路—上海市軌道交通15號線為例，控制中心調度員的工作除既有的行車調度和乘客調度外，還新增車輛監控，包括監視復示在中央顯示屏上的列車駕駛臺信息和在車載設備故障時對列車進行遠程操作等。為此運營控制中心（簡稱“控制中心”）共設置7個調度席位：4個運營調度席位（負責行車調度、乘客調度和車輛監控工作）、2個設備調度席位（負責電力調度、環控調度和維修調度）以及1 個調度長席位。

對于設有備用控制中心的線路，還需在備用控制中心配備運營調度員和設備調度員各1名。考慮到災備，控制中心與備用控制中心一般異處設置，調度員無法兼顧兩處，從而造成在極端情況下全自動運行線路的調度員需配備10人以上，而人工駕駛線路一般只需配備運營調度和設備調度共4人即可。由此可見，全自動運行的中央調度員數量要遠多于人工駕駛線路中的調度員數量，在調度員配備上不僅未能減員，反而造成增員。

正常狀態下，控制中心可實現自動下發靜態運行圖以控制全自動列車跑圖，而在需要排查故障或運營調整時，需調度員介入進行調度指揮。雖然在目前的普遍觀念中對調度員處理復雜狀況的信任度超過對系統，可事實上由于調度員的失誤而擴大運營影響甚至造成運營事故的情況時有發生。

隨著人工智能、大數據等高新技術的快速發展，全自動運行系統（UTO）的下一步發展有望將重心從列車轉向控制中心，提升調度指揮的自動化程度。

3 基于中央自動化水平的全自動運行等級新分類的設想

UTO在車內無人值守的基礎上，中央的自動化水平也有高下之分，可據此分為幾個等級，所設想的分級如表2所示。

由于定量存在難度，表2作為一種分級的設想，以低、中、高來表示自動化程度。

表2 UTO再分級

其中，UTO-1級具備列車運行的高度自動化，而應急處置具有一定的自動化水平，但多數需要人工確認甚至遠程處置，在行車管理尤其是運營調整上多由調度員進行謀劃和實施，自動化水平較低。

UTO-2級是在列車全自動運行的基礎上實現較高自動化水平的應急處置，普通情況均由系統自動處置，僅在復雜情況下由人工干預處置。在行車管理中，當出現一般問題時由系統自動進行運營調整，出現較復雜情況時系統為調度員提供輔助決策以提升處置效率和正確率。

UTO-3級則在列車運行、應急處置和行車管理上均達到高度自動化，甚至全自動化，實現“中央無人”。

UTO-3級是軌道交通自動化發展的終極目標，而目前已開通及在建的全自動運行線路都僅處于UTO-1級。為使軌道交通的自動化水平從UTO-1級向UTO-3級進化實現中央自動化，應對應急處置自動化和行車組織自動化提出更高的要求，讓系統代替調度員對各種情況進行處理。

4 應急處置自動化要求

為提升中央自動化水平，在應急處置等方面需要進一步提高系統、檢測設備的性能要求及智能維護水平。

4.1 對系統的高可用性要求

在實現應急處置自動化之前，需先考慮如何減少需要應急處置的情況。

首先，應精簡設備架構。因為每個設備都有發生故障的可能性，較少的設備數量意味著在客觀上可減少潛在故障點。目前的軌旁設備全電子化以及車車通信等均朝著設備精簡的方向發展。

其次，在部件可靠性暫時難以實現質變的情況下，應確保關鍵設備的有效冗余，實現故障時主備間的無縫切換。設備的冗余與架構精簡并不矛盾，因為精簡的是架構體系，冗余的是局部設備，整體上的設備數量是減少的。

再次，冗余設備應具備單系脫機維護能力，一旦單系故障可脫機維護，實現邊運營邊維護，便可達到在維護期間使乘客無感的效果。

最后，通過狀態修在設備發后故障之前進行修理或更換，防患于未然，減少故障發生的可能性。

4.2 對監測設備的高可信度要求

應急處置自動化的基礎就是需要“高可信”的設備。目前軌道交通中所使用的各類監測設備，如車門和站臺門防夾探測、煙火探測、障礙物探測、防淹門探測、庫門探測等由于可靠性不足的原因有可能產生誤報警，而由此產生的誤報警信息一旦與信號構成聯鎖關系就會造成運營中斷。此情況即為采集的信息可信度不高所帶來的隱患。

確保監測信息的高可信度是實現智能監測的關鍵。為此，需要更智能的傳感器、更強大的圖像識別能力，通過獲得更多樣的精準數據信息增加判斷的準確率，讓監測設備可以像人一樣分辨出真正的危險，甚至表現優于人類。

4.3 對智能維護的要求

全自動運行需要高水平、系統化的智能維護作為支撐，而實現高可信監測僅是實現智能維護的必要條件之一。智能維護需基于大數據驅動，面向感知、診斷、預警、決策和協同全流程進行智能監測、智能分析和智能維護管理。

智能監測結合智能分析可根據設備狀態進行預警，當設備出現性能劣化趨勢時及時上報告警，以啟動實施狀態修。同時通過“全設備監控”實現對突發故障或緊急情況實時響應，啟動自動處置功能或輔助工作人員進行處置。

智能維護管理旨在實現設備健康度管理和維保資源管理，系統化地實時掌握全設備狀態以及備品備件、維護人員和維護工具等情況，實現組織架構、業務流程、檢修制度、資源管理的創新與提升，推進維護工作向智能、融合、高效轉變。

5 行車組織自動化要求

目前行車組織的自動化主要體現在全線列車可根據運行圖自動跑圖，由于運行圖內容較為固定，對于客流突變的情況適應度不足。因此需要通過智能調度、大數據分析等技術手段對客流進行預測，同時通過監測手段掌握實時客流，借此形成動態運行圖。根據實時客流自動投放或回收相應數量的列車，使客流與運能精準匹配。還可通過在線靈活編組功能，實現全自動聯掛和解編，在不降低行車密度的情況下使車輛資源達到最優配置。如此既保障運輸效率又實現節能最大化，達到降本增效的效果。

對于非正常行車組織，可通過完備的專家系統為調度員提供全方位的調度決策，甚至實現運營調整自動化，避免人為錯誤或延誤的引入，實現中央減員直至無人。

6 結論與建議

為實現從列車到中央的高度自動化，智慧運維的發展至關重要。本文所表述的應急處置自動化要求和行車組織自動化要求受目前技術水平所限，未能達到真正意義上的全自動化，望今后通過技術發展不斷提升全自動運行的自動化水平，逐步實現從列車到中央的全范圍減員，充分發揮全自動運行的優勢。