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地铁无人驾驶场段的全自动调车功能应用

发表时间：2021/7/2 来源：《城市建设》2021年7月作者：王靖

[导读] 随着全自动无人驾驶线路在我国多个城市的地铁线路陆续开通，全自动运行技术正在国内外城市轨道交通领域掀起一场重大变革。自动化场段（停车场/车辆段）作为无人驾驶列车下线后进行检修、整备等作业的基地，需要建立一套与之匹配的自动化系统。

西安市城市轨道交通集团运营分公司王靖 710000

摘要：随着全自动无人驾驶线路在我国多个城市的地铁线路陆续开通，全自动运行技术正在国内外城市轨道交通领域掀起一场重大变革。自动化场段（停车场/车辆段）作为无人驾驶列车下线后进行检修、整备等作业的基地，需要建立一套与之匹配的自动化系统。地铁场段调车是场段最重要的作业之一，为此，需在场段自动化区域内，按照国际公共交通协会（UITP）定义的GOA4等级开发一套具备较高自动化水平与安全防护能力的全自动调车系统。本文结合成都地铁9号线的车辆基地综合自动化管理系统（MDIAS），介绍其全自动调车功能需求与
实现方式。
关键词：地铁；车辆基地；自动化场段；自动调车
        引言
        虚拟现实(VirtualReality，VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机技术生成实现三维动态视景和实体行为的系统仿真，并利用多传感器、交互设备等，使用户获得沉浸式的体验。它是融合计算机图形学、人工智能、多媒体技术等多领域最新成果的综合性信息技术。随着人们对于外界环境的视听感知要求越来越高，虚拟现实技术已经成为目前视声领域的主流发展方向之一，而基于虚拟现实技术的电子产品已经成为工业界和产业界重点开发和推广的方向。
        1自动控制及其基本原理
        自动控制，是利用控制装置使被控对象在没有人直接参与的情况下按照预定的规律运行和变化。全自动无人地铁驾驶即地铁不依赖人员的控制条件下，能够自主的行驶以及确定车辆各种信息，为了能够准确的完成全自动驾驶，具有良好的自动控制系统控制质量是非常有必要的。控制系统分为开环控制系统、闭环控制系统以及复合控制系统，开环控制系统是单向传递的，系统结构比较简单，同时成本较低，但被控量的精度只能取决于控制器及被控对象参数的稳定性，无法进行自修正。闭环系统系统可以自动纠正干扰或内部特性参数变化引起的变动，系统的控制精度较高，但是负反馈需要引入合适的参数匹配。地铁全自动驾驶控制系统中，利用自动控制系统的自适应控制特性，通过监控系统自动测量系统状态，由中央控制单元自动辨识、分析测量参数，再通过预先设定状态去判断并自动改变控制器结构与参数，使其适应环境变化，并始终维持最优的性能指标。
        2地铁无人驾驶场段的全自动调车功能应用
        2.1折返换端
        折返分为站后折返和站前折返两种情况。1)站后折返时，列车在终端站台对标停稳后，自动打开车门不关闭，广播提醒乘客下车。列车规定停站时间到达后自动关闭车门和站台门，或客调通过CCTV远程清客确认后，远程关闭车门及站台门。满足发车条件后，列车运行至折返线停车窗完成自动换端。列车完成换端后，满足进站条件，按列车正常进站停车过程运行至车站的出发站台。当停稳停准后切除牵引、施加保持制动、自动打开车门及站台门，并开始停站倒计时。2)站前折返时，列车对标停稳后自动打开车门;信号等待车门开到位后换端。换端过程中和换端后，车辆保持列车制动和车门打开状态，列车保持正线运行工况不变。当换端完成后，待停站时间结束和满足正常的发车条件时，列车自车站正常发车。
        2.2功能架构
        1）调车任务获取。调车任务是全自动调车功能的任务驱动，可以分为洗车、转轨、检修、旋轮等。调车任务获取阶段主要包括检修计划读取、调车申请创建与修改、调车申请审批等功能。2）调车计划生成。调车计划是整个全自动调车过程的指导性文件，调车申请生成好后，需要把调车申请转换为可执行的调车计划，并进行调车计划的冲突检测，以保证整个全自动调车作业的安全可靠。调车计划生成阶段主要包括调车申请读取、调车路径生成与修改、调车计划确认、调车冲突检测、调车计划作废等功能。3）调车计划执行。

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是全自动调车功能的核心部分，通过与列车自动监控（ATS）系统、列车自动控制（ATC）系统、计算机联锁（CI）系统之间的联动控制，实现整个调车作业的自动控制与跟踪管理。
        2.3列车进站与离站
        当列车进站前，车载VOBC自动判断列车满足以下条件后列车自动进站停车。1)移动授权满足进站停车条件;2)站台门关闭;3)紧急停车按钮未按下;4)列车未办理跳停作业。若列车进站停车后欠标未到达停车窗，车载VOBC向ATS汇报欠标警报，列车自动启动牵引进行对标调整。若列车冲标超过了停车窗，可分为两种情况，若冲标距离未超过预设阈值，车载VOBC向ATS汇报冲标警报，列车向后行驶进行对标调整;若冲标距离超过阈值，列车不再进行停站服务，进行越站作业驶入下一车站，同时向ATS汇报越站警报，并通过广播系统向乘客进行广播。
        2.4列车虚拟运行
        无人驾驶列车的测试运行是在正式上线运行前对无人驾驶列车可靠性、安全性的最终检验，在真实条件下运行需要耗费大量的人、财、物投入。为了尽量减少测试的时间，同时又能检测出所有的风险，可以采用虚拟运行的方式。利用计算机三维虚拟仿真技术对无人驾驶列车的运行状态、各部件实时状况及列车运行环境的变化情况进行模拟，从而在物理运行前最大程度地检测列车运行的可行性;同时，可以利用计算机对部分参数进行更改测试，观测数据变化对列车运行带来的影响，从而发现不同参数对于列车运行的影响规律，为列车正式运行使用提供了参考，降低了真实运行的风险，并使相关的工作人员在遇到突发状况后能够快速进行处理。
        2.5车载ATO/ATP故障
        车载列车自动运行系统(AutomaticTrainOperation，ATO)和列车自动保护系统(AutomaticTrainProtection，ATP)设备均采用首尾双冗余配置。单系统故障时，列车正常运行，并向中央车辆调度台和行车调度台报警。当车载ATO/ATP两端均故障时，列车紧急制动停车。车载ATO双系统均发生故障后，调度员尝试远程重启，重启成功后自动升级为FAM模式;如果远程重启失败则由调度员安排站务人员进入区间上车救援，工作人员上车后转为受控人工驾驶模式驾驶列车，人工护送回终点站后列车下线。车载ATP双系统均发生故障后，调度员安排站务人员进入区间上车救援，工作人员切除车载ATP，采用紧急非限制人工驾驶模式驾驶列车至车站打开车门和站台门，清客后将列车下线。
        3应用场景
        自动洗车作业是全自动调车功能最常使用的场景之一。整个洗车作业过程中，无需现场作业人员参与，由车辆运用调度和中心行车调度远程配合完成。车辆运用调度通过MDIAS的场段作业管理功能模块提交洗车作业的调车申请，经控制中心行车调度审批后，进入到洗车作业执行阶段。控制中心行车调度根据洗车申请创建对应的调车计划，选择全自动执行后，系统到点会自动执行所有调车作业序列。行车调度只需负责监控整个作业过程，直至整个洗车作业结束，因此，极大地优化了既有作业流程。
        结语
        本文简单介绍了虚拟现实的基本概念和应用背景，并对虚拟现实的研究和产业发展状况进行了分析，在此基础上归纳了虚拟现实的技术发展趋势，同时，对虚拟现实在无人驾驶地铁中的应用方向进行了探讨，为无人驾驶地铁行业技术研究人员提供了新的技术手段，为他们在列车设计、装配、运行、监控、维修过程中的问题提供了新的解决思路，同时，也给虚拟现实相关从业人员提供了新的应用方向，拓宽了虚拟现实的应用领域。
参考文献
［1］田禹．基于虚拟现实(VR)的体验式新闻设计研究［D］．北京:中央美术学院，2016．
［2］张晨，刘博．虚拟现实技术的应用研究［J］．数字技术与应用，2015(11):45－46．