大连科技学院 116052
摘要：随着我国城市机械化进程的不断加快，轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠、准点舒适的显著特点成为了城市公共交通的重要组成部分；同时近几年来，通信技术、计算机技术、自动化控制技术以及大数据云处理技术的蓬勃发展不断促进着无人驾驶技术的革新，无人驾驶地铁线路在运营成本和节能方面表现出来的巨大优势必将会使其成为未来城市轨道交通的发展重点。
关键词：城市轨道交通，无人驾驶，信号系统，自动化，安全性
1选题背景及意义
随着城市化和机动化进程的不断加快，交通拥堵正迅速成为制约城市发展的重要问题之一，而轨道交通以其准点舒适、安全可靠的独特优势正逐渐成为市民出行的主要公共交通工具之一。乘客和运营单位从安全舒适、正点高效、运营灵活、绿色节能、降低全生命周期管理（PLM）成本等方面对城市轨道交通提出了更高的要求。近几年，自动化控制技术在全球呈现出快速增长和蓬勃发展的趋势，无人驾驶、无人超市、智慧公路等一个个新词不断地冲击着我们的眼球，刷新着我们的认知。轨道交通行业也不可避免地卷入到了这场革命浪潮中，“无人驾驶运行列车”在城市轨道交通行业内日渐升温。国内北京、上海、香港、广州、南京、武汉、成都、苏州等城市都已建成或在建轨道交通无人驾驶线路。根据“十三五”建设工程规划，预计到2020年底我国无人驾驶线路将达到37条、1200多公里，国内无人驾驶技术目前处于快速发展的阶段。
轨道交通无人驾驶是指完全没有司机和乘务人员参与，列车自动实现从唤醒自检到出库发车、自动运行、停站开关门、回库洗车、自检休眠全过程以及非正常情况下自动恢复功能的技术[1]。信号系统作为列车无人驾驶的核心安全控制设备，保障着列车安全、可靠、高效的运行。深入分析无人驾驶信号系统有助于建设无人驾驶示范线、全面发展轨道交通无人驾驶技术以及开展系统集成和设计施工工作的全面开展。在城市轨道交通火热的建设浪潮下，提前做好关键技术的研究和技术储备，对于促进我国城市轨道交通下一步发展，提升系统的安全性和运营组织的灵活性，加快轨道交通智能化建设有着十分重要的指导意义。
2主要研究内容
无人驾驶信号系统实现了列车驾驶员工作的全自动化智能处理及列车的高度集中控制，这个“智慧大脑”指挥着地铁车辆安全精准的运行[3]。本文首先将参照 IEC 62290的定义对城市轨道交通无人驾驶系统的运营等级和驾驶模式进行简单阐述；其次，对比传统的CBTC系统，重点研究分析了城市轨道交通无人驾驶信号系统结构中与列车运营相关的关键技术，及为了实现全过程的列车自动化作业，车辆段/停车场发生的变化；同时，结合案例探讨了无人驾驶列车运行过程中，出现不可避免的设备故障和紧急情况时系统的解决方案。本文最后部分提出一些有利于未来城市轨道交通无人驾驶信号系统健康发展的合理性意见，积极促进无人驾驶信号系统在地铁线路上的推广与应用。
3列车运营相关的关键功能
无人驾驶信号系统是列车运行安全的核心控制设备，是将传统轨道交通运行线路中列车驾驶员所需执行的工作实现完全自动化、高度集中控制、快速智能处理的列车控制系统。系统具备列车自动唤醒和休眠、自动出入库、自动停站控制开关门上下客、自动运行和自动洗车等功能，即没有人员参与系统自身完成对运行列车出库前的唤醒和检查、驾驶列车、控制车门上下客和瞭望列车运行线路前方进路状态以及紧急和故障情况的检测和管理（包括列车运行性能的实时诊断、脱轨实时检测、烟火监测报警、紧急呼叫和乘客疏散）等工作。无人驾驶信号系统控制下的列车运行流程如图3.1所示。
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图3.1 无人驾驶信号系统控制下的列车运行流程图
按照相关设备分布地域来划分，城市轨道交通无人驾驶信号系统主要包含轨旁控制器（含ATP/ATO/FATO（ATP： automatic train protection，列车自动防护系统；ATO： automatic train operation，列车自动运行系统；FATO： full automatic train operation，全自动列车自动运行系统））、车载控制器（含ATP/ATO/FATO）、综合自动化系统（Traffic control integrated automation system，TIAS）、计算机联锁系统、计轴设备、通信系统、轨旁基础信号设备等[1]。各部分协调联动，对列车实施精确有效的控制。无人驾驶信号系统的结构如图3.2所示。
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图3.2 无人驾驶信号系统结构示意图
4自动化车辆段/停车场关键性技术
为实现完整功能的列车无人驾驶，必须配套全自动化的车辆段/停车场。列车在无人驾驶信号系统的控制下完成自动唤醒、自动休眠、自动对位停车、自动洗车及控制区域内全自动调车等作业流程。相比于传统的车辆段/停车场，自动化的车辆段/停车场通过划分无人控制区和人工维修区域（两个区域间设置转换轨，并采取严格的隔离防护措施）来满足车辆段/停车场自动化作业的功能需求。列车在无人区域按照控制中心下发的运行指令，在车载控制器的监督下进行相关作业；人工维修区域则适用于车辆的日常检查、检修。如图4.1所示。
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图4.1 无人控制区和人工维修区区域划分示意图（虚线框内为无人控制区）
车辆段/停车场的联锁设备，信号机、转辙机等轨旁基础设备几乎没有变化，保留了其既有的配置。然而除此之外，自动化车辆段/停车场在无人控制区域新增了与正线相同的ATC地面设备、车地通信设备，配合车载控制器实现无人驾驶信号系统的功能，同时在车辆段/停车场内的相关位置设置了固定应答器，便于中心对列车进行初始化定位及位置校核等[9]。列车自动控制系统具备对整个车辆段/停车场监视及控制功能，根据出入库计划自动赋予列车识别号，对列车实施定时唤醒启动后进行列车的全面性能检测，确保列车状态良好后自动设置列车目的地码触发列车进路，整个过程对列车保持连续追踪直到列车出段。完成运营计划列车入库后，系统控制其进行洗车作业。列车驶出无人控制区域后会在人工维修区域进行日常检修。
结 论
高度一体化、深度集成化的无人驾驶信号系统是一种创新型、先进的城市轨道交通运行控制技术。系统在现有的CBTC系统的基础上，结合最新的通信技术、计算机技术、自动控制技术和大数据云端处理技术，实现了运营线路无需工作人员值守便可对运行列车自动控制，并能够在设备故障或环境异常时智能自检和自动判断，充分联动各子系统最高效的处理突发事件，避免人为误操作引起意外情况的发生。城市轨道交通无人驾驶是城市公共交通新的发展方向，是智慧城市建设的重要组成部分。
随着人类社会的进步，无人驾驶信号系统控制下的地铁线路实现了轨道交通的可持续发展，给人们带来更加准时、快捷、安全、舒适的出行体验。仅以此文对城轨交通无人驾驶信号系统的关键技术进行粗浅分析。
参考文献:
[1] 陈尔超. 无人驾驶信号系统工程设计方案探讨[J]. 铁路通信信号工程技术. 2017.v.14.No.7901： 33-36+53.
[2] 徐霄. 城市轨道交通无人驾驶信号系统设计需求分析[J]. 城市轨道交通研究. 2016.v.19S1： 32-35.