蘇州地鐵5號線無人駕駛技術應用探究

收稿日期：2023-11-08

作者簡介：李旭夢（1991—），女，碩士，助教，研究方向：城市軌道交通運營管理。

摘要 地鐵作為一種高速、大運量的城市交通工具，依賴于電力驅動和自動操作系統實現了有效且密集地運轉。伴隨著我國對地鐵科技進步的支持、智能化及信息化的飛速發展，“無人駕駛”技術正迅速崛起。文章深入探討了城市軌道交通全自動駕駛的技術特點，以蘇州地鐵5號線為例，詳細闡述了無人駕駛運營的技術保障，并就如何實施全自動駕駛提出了一系列有效建議，包括但不限于技術路線、技術裝備、應急處置、運營組織等，重點關注城市軌道交通全自動駕駛技術的發展戰略。

關鍵詞 城市軌道交通；全自動駕駛；發展策略

中圖分類號 U284.48文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0008-03

0 引言

早期由于受到信號系統發展的控制，列車的安全運行主要靠鐵軌旁的視覺信號來完成，列車安全完全由司機控制。然而，隨著鐵路系統的發展，這種列車控制策略存在兩個主要問題：一是使用視覺信號，若司機沒有看到或沒有遵守信號指示會造成嚴重的事故；二是手動駕駛主要基于司機的經驗和專業判斷，缺乏嚴格的計算和優化[1]。隨著科技的進步和軌道交通列車駕駛技術的不斷完善，一種擁有先進自動化水平、可靠性和安全性的全自動運行系統問世。城市軌道交通列車運行從早期依賴司機的視覺操作轉變為采用ATP（列車自動防護）技術，該技術的出現極大改善了列車的運行狀況，有助于維持其高度的穩定性和可靠性。CBTC（基于通信的列車自動控制）系統可以讓列車和其他設施進行遠程交互，讓乘客和系統之間的溝通變得更加便捷，從而改善乘客的出行體驗。基于CBTC的全自動無人駕駛，地鐵系統在安全性和舒適度上表現更為出色，不僅能節省能源，減輕司機的工作負擔，還降低了運營維護成本，提升了整體運營服務能力。盡管這是目前城市軌道交通中自動化水平最高的軌道系統，是下一代軌道車輛運行系統設計的主流方向，但仍存在著一些安全隱患。

1 全自動駕駛系統概述

全自動駕駛（Fully Automated Operation，FAO），也被稱為無人駕駛，是一種將駕駛員的任務完全交由具有先進技術和高度集中控制能力的列車運行系統來實現的技術。自動駕駛系統可實現多項功能，包括喚醒、啟動、休眠、進出停車場、清潔、行駛、啟停、開關車門等。此外，它還可以根據需要實現常規駕駛、降級駕駛和災害情況等多種駕駛模式。FAO的核心理念是讓列車司機的工作完全由自動化、智能化的技術和控制系統來實現，從而大幅提高了運輸效率[2]。

1.1 無人駕駛技術主要特點

1.1.1 減少人為操作，提升運營安全性

列車自動駕駛，安全主要依賴控制系統實現。在設計全自動駕駛系統時，除了關注如何避免追尾、正向和側向沖撞、脫軌和障礙物撞擊，還要確保所有乘客和操作人員的安全。這項技術在所有的正常和異常情況下都能夠提供有效的保障，從而確保整個列車的安全。

1.1.2 提升運營可靠性、可用性

利用冗余技術構建的自動化駕駛系統成功地實現了包括車輛控制、列車控制系統和通信網絡的自動配置，這使得主備用系統能夠以“零間隙”的方式迅速轉換；該系統還增強了車輛自檢功能，保證其在線行駛的安全穩定性，優化了整體監測系統與站臺安全門的性能及可用性。

1.1.3 提升運營組織的靈活性

通過引入自動駕駛技術，以往由司機完成的任務，現在全部（或基本）被設備自動化處理，極大地減輕了司乘人員的工作壓力。無人值守下的自動運行系統也可以更加精準地控制乘客的流量，從而大幅降低了由于人類干預導致的運輸成本，安全性和效率更有保障。

1.1.4 提供更高質量的服務

利用最新的ATC（列車自動控制系統）技術，無人駕駛設備不僅可以精準地控制列車的持續加速，其強大的自我調節能力，可實現準時、準點、平穩、舒適的乘客體驗效果；此外，新系統還增添了加固的攝像頭、激光雷達等技術，以及更加靈活的緊急報警機制，以便更好地完成突發情況的救援工作。

1.1.5 優化人力資源配置

通過引入新的技術可減少駕駛員定員，降低人力投入成本，改善車站行車調度[3]。無人駕駛技術提高了列車運行系統的自動化水平，增強了設備的自我診斷和維護功能，進而降低了地鐵運營人員的日常工作強度。新的行車組織模式已經將智能化技術和流程與人的獨特特質結合起來，將資源重新部署到價值更高的工作中去，優化人力資源配置。

1.1.6 控制投資，降低運營成本

全自動運行系統的投入，極大程度上精簡了維護、管理、車輛駕駛人員的數量，減少了對運營人員的培訓工作。在運營期間，完全實現了大幅提升列車行車密度以滿足客流的需求，顯著增強列車運輸能力，從而有效地控制投資，降低運營成本。

1.2 運營安全分析

下面從人工駕駛系統和全自動駕駛系統兩方面對比分析影響地鐵運營安全的因素。

1.2.1 人工駕駛系統故障統計分析

城市軌道交通系統的運營極具挑戰性，人員、設備、電力供應、信號、軌道等都有可能成為風險源。引發城市軌道交通事故的因素錯綜復雜，如圖1所示，顯示了人工駕駛系統故障各因素的占比情況，其中包括人的因素、電力供應不足、車輛失控、信號故障、軌道系統故障、自然災害等。

根據圖1顯示，人工駕駛系統運行背景下發生的運營事故中，人的因素占比最高，達到40%以上，其次是車輛因素，約占30%，而自然災害的發生概率則較低，只有1%左右。

1.2.2 全自動駕駛系統故障統計分析

城市軌道交通運用全自動化駕駛系統后，故障的影響因素大致為4類，主要有人、設備因素、環境因素和管理因素（見圖2），其中，每一個因素的影響程度可參照圖2進行評估。

通過對不同運行系統的對比分析得出結論，人工駕駛系統的故障點比全自動駕駛系統的故障點多。人工駕駛系統通常故障點是人的因素，包括工作人員違章作業、業務不精、判斷失誤及乘客的不安全行為；其次是車輛設備等不確定因素，例如屏蔽門失靈、主回路故障、信號設備故障等。反觀全自動駕駛系統，運用以來人為因素導致的事故比例降低，運用效果顯著。

2 蘇州地鐵5號線無人駕駛運營現狀分析

2.1 蘇州地鐵5號線簡介

2022年11月，蘇州地鐵5號線全線實現了無人駕駛，標志著江蘇省首條實現全自動控制的軌交線路正式投入使用。蘇州地鐵5號線總里程達44.1 km，共有34座車站，列車車輛采用6節編組的B型車。這條線路連接起古城區、吳中區與工業園區及周邊產業開發區等多個區域，不僅有效地解決了城市道路交通擁堵問題，還增強了金雞湖兩個主要水域之間的交流互動能力，有助于解決地鐵1號線因運輸壓力過大而導致的超負荷問題。

2.2 蘇州地鐵5號線無人駕駛的運營保障

蘇州地鐵5號線實施全自動駕駛運行后，只留下部分具備資格的司乘人員，用于列車內巡查，以維持車廂秩序和監控設施的狀態。在完全無人的駕駛環境中，針對出現的設備故障處理和乘客的安全保障問題，蘇州地鐵5號線對列車的自動化程度、安全性能、穩定性和乘坐體驗等多個維度都做了提升優化。

2.2.1 全自動駕駛功能

5號線的列車具有先進的智能化技術，包括自主喚醒、自我診斷、自動發車、清潔和維護、自動正線運行、自動啟閉、自動折返、緊急狀態下自動恢復、緊急剎車和緊急報警等。此外，還具備遠程操作、定時報警和緊急解除的功能。

2.2.2 邏輯控制單元

5號線列車使用一種新型智能網絡化技術，該技術具備較強功能和較強穩定性的邏輯控制系統（LCU），其特點在于使用觸點硬接頭控制系統取代了常規的繼電器，不僅降低了列車的故障率，還簡化操作步驟、避免了高成本高頻率維護。

2.2.3 “司機眼”系統

“司機眼”系統具備檢測列車前行阻礙物的功能，同時還負責監測列車與屏蔽門間的阻礙物（也稱為二門防夾）。該系統能持續監視周圍環境并立即發出警報，一旦發現有阻礙物存在，便會對TCMS（列車控制和管理系統）發送警告信息，并在無線網絡下迅速通知OCC（運行控制中心）。當列車停站時，其車門及屏蔽門之間縫隙若出現人員或物品，則車輛不會啟動行駛，直至故障排除，乘客安全能夠得到有效保障。

2.2.4 障礙物檢測

5號線列車全線配置了先進的障礙物和脫軌檢測設備，一旦檢測到軌道有障礙物或者有脫軌危險則會緊急制動。例如乘客衣物、包等在關門時不慎被夾的情況下，智能系統會通過3次開關門操作關閉車門，若未達到效果則會發出警報聲。車站人員迅速趕赴現場排故，盡力保障車輛的正常運營和乘客的安危。

2.2.5 對位隔離

智能對位隔離是指當列車停靠站臺，出現列車車門故障和屏蔽門故障時，通過對位隔離手段解除互鎖關系，從而提升整個列車系統的運行效率。5號線站臺的智能對位隔離系統在感應到故障情況時，將根據實際情況，通過語音和視頻等方式及時發出警報，以便乘客和工作人員及時作出正確反應，達到有效保護的目的。

2.2.6 列車應急設備

為確保乘客安全，城市軌道交通企業會在車輛及站臺上配置一些應急設備。例如應急疏散門、緊急報警設備、緊急開門裝置以及滅火裝置等。通常情況下，列車每節車廂底座均配有滅火器以備火災之用，讓乘客能自我控制初始的火勢蔓延。每節車廂都有兩個警報按鈕供乘客在遇到意外狀況時觸發并聯系到駕駛員。在列車故障或緊急情況下需要手動開啟車門疏散人群時，則可通過緊急開關來實現。此外，列車的頭尾兩端分別設有一扇應急疏散門，在遭遇爆炸、火災等突發事故時可以用來幫助乘客逃生。

3 對蘇州地鐵5號線無人駕駛運行的建議

3.1 設備性能

建議采用以最新的國產CBTC技術為依托的信號系統，提高列車運行的安全性和可靠性。利用冗余的ATO（列車自動運行）以及其他多種技術手段，完善系統功能，包括根據運營時刻表的要求，自動發車、停止、轉彎和駛離站臺。為確保交通安全并提升列車性能，及時更新如自動啟動、自動關閉、阻礙物檢測識別和脫離軌道檢測等功能。同時，車內設備需要具備自檢功能，以便向控制中心發送故障警報和其他關鍵信息。通信系統應該能實現車地的高速且穩定的無線數據傳遞，以允許控制中心實時查看列車內部和外部的視頻監控畫面，并且能夠建立乘客與控制中心之間的緊急通話。

3.2 技術路線

依據我國國情，特大城市著重研究重載鋼輪鋼軌制式的自動駕駛系統，二、三線城市可以考慮中低運量的系統，優先選擇在純高架線路上應用示范[4]。蘇州作為新一線特大城市，地鐵5號線采用的是鋼輪鋼軌制式的自動駕駛系統，為了更好地適配當地的環境，建議將重點放在研發適合當地條件的自動駕駛車輛，明確自動駕駛技術標準和相關系統方案。

3.3 應急處置

城市軌道交通具有客運環境封閉、運轉強度大等特點，一旦發生突發事件，造成的經濟損失和社會影響都不可估量。因此，為減少突發事件的影響，各個運輸企業必須設立專門的應急管理部門，對事故起因、流程和結果進行深入研究，以便更有效地利用社會各類資源，實現對突發事件的高效預測、管控和解決。

3.4 運營組織

應用全自動駕駛需要從頂層設計開始調整現有運營模式，制定完善的應急預案和應急處理機制。由于目前國內全自動駕駛系統運行的經驗尚不成熟，應通過嚴格培訓和定期演練評估，逐步培養技術能力過硬、熟練作業流程、復合業務能力強的多職能團隊成員，使人工駕駛逐步過渡到自動駕駛[5]。

4 總結

由于近年來城市軌道交通的飛速發展，全自動駕駛技術已經取得了巨大的突破。該文通過對蘇州地鐵5號線無人駕駛運營的現狀分析，從不同層面提出幾點提高5號線運行效率的建議。在未來，無人駕駛技術將會得到更多的關注和應用，全自動駕駛系統也將成為列車運行的發展方向。只有徹底實現全自動駕駛，才能減少人員配置，降低能源消耗，縮減運營費用投入。

參考文獻

[1]賴文柱， 陳德旺， 何振峰， 等. 地鐵列車駕駛技術發展綜述：從人工駕駛到智能無人駕駛[J]. 智能科學與技術學報， 2022（3）： 335-343.

[2]宋麗梅， 周琪. 城市軌道交通全自動無人自動駕駛安全性分析[J]. 信息通信， 2020（3）： 148-149.

[3]封宇. 無人駕駛地鐵列車控制系統的研究[J]. 運輸經理世界， 2023（10）： 1-3.

[4]張艷兵， 王道敏， 肖衍. 城市軌道交通全自動駕駛的發展與思考[J]. 鐵道運輸與經濟， 2015（9）： 70-74.

[5]宋利明， 史豐收. 廣州地鐵珠江新城旅客自動輸送系統運營管理研究[J]. 鐵道運輸與經濟， 2011（7）： 61-66.