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浅谈城市轨道交通全自动运行系统的运营实践

发表时间：2021/7/2 来源：《城市建设》2021年7月作者：崔路瑶

[导读] 随着经济和各行各业的快速发展，国内常规有人驾驶城市轨道交通线路的列车运行状态和故障信息多以非实时方式传输至地面，即列车维保人员上车通过车载专用接口进行信息下载采集，或列车回库后通过库内设置的专用车地通信设施进行信息下载。

陕西西安市轨道交通集团有限公司运营分公司崔路瑶 710000

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，国内常规有人驾驶城市轨道交通线路的列车运行状态和故障信息多以非实时方式传输至地面，即列车维保人员上车通过车载专用接口进行信息下载采集，或列车回库后通过库内设置的专用车地通信设施进行信息下载。随着城市轨道交通全自动运行技术的发展，常规有人驾驶线路的运营服务和维护要求逐步提高，需要对列车运行状态进行跟踪监控，因此将列车运行状态及故障信息实时传输至地面的要求也逐步显现。
关键词：轨道交通；全自动运行；运营需求；自动控制
        引言
        市域轨道交通和全自动运行系统是城市轨道交通业内的热点问题，两者的结合是必然的发展趋势。依据国际和国内对于城市轨道交通自动控制等级定义，从市域轨道交通的工程特点、建设运营成本特点出发，给出了市域轨道交通在全自动运行背景下的自动控制等级建议；并针对市域轨道交通的特殊性，提出了全自动运行下的运营需求、功能需求等方面需要特别关注的问题。
        1建设运营成本特点
        根据建设运营成本的特点，其线路在投入运营的初、近期，一般均处于城镇外扩和沿线客流培养阶段，对于线路运营能力的需求相对较低。因此，初、近期的配属车辆较少，段场规模较小，初始工程投资相对较低。另外，市域轨道交通线路较长，一般延伸至远郊，运营人员的日常通勤相对不便，人员的招聘和管理难度相对较大。因此，为了满足正常运营需求，其相应的运营、维保人员的薪资待遇相对较高，导致人力成本上升。尤其针对三四线城市，其城市本身对于人才的吸引力较弱，往往需要提供高于当地平均薪酬待遇的薪资水平才能招聘到合适的运营、维护人员，从而导致线路开通运营之后，人力成本成为运营公司的重要开支之一。综上，市域轨道交通工程对于全自动运行系统的需求，一般在线路开通运营的初、近期，也就是在机电设备第一轮的生命周期内，其需求重点往往不在于提高线路运营能力的“增效”方面，主要在于全自动运行系统可以有效降低运营、维护人员的定员，从而降低人力资源开销。
        2运行模式的功能需求
        全自动运行列车在传统列车的驾驶模式基础上，新增了FAM(全自动驾驶模式)和CAM(蠕动模式)。在FAM下，ATP(列车自动防护)子系统负责保证列车的运行安全，ATO(列车自动运行)子系统负责完成列车在区间的自动运行、调整及对位停车控制等。在列车到站自动对位停车时，如出现停车对标不准的情况，ATO子系统应能自动进行对位调整，实现车门与站台门的对标。在实现对标不准自动对位调整时，需要列车响应信号系统的精细化调整策略，实现精确对标。CAM为FAM的应急模式。当列车通信网络出现故障，或列车通信与信号车载设备通信发生故障时，列车先向控制中心申请切换为蠕动模式;在列车停车后，经控制中心确认，列车运行模式由FAM切换为CAM。因列车通信网络存在问题，部分列车状态不可实时监控，故列车需限速运行。在CAM下，ATP子系统监控列车以不超过25km/h的速度自动运行至下一座车站对标停车，并在自动打开车门完成清客后，在站台等待工作人员上车对故障进行处理。
        3全自动运行场景的系统优化
        3.1车辆系统。
        采用全自动运行后，车辆系统由人工监控改为由设备执行，为了减少降级模式的可能性，提高可用性，实现无人区域的障碍物检测、配合信号系统实现唤醒休眠以及中心对车辆的远程控制等功能，车辆系统需要做相关变化。

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①新增功能：增加车辆自动唤醒、自检、自动休眠的功能；增加列车状态、故障报警信息上传功能；增加障碍物检测和列车脱轨检测功能；增加低压系统恢复供电功能。②增强功能：车辆关键系统具有热备份能力，各子系统需要冗余；增强火灾报警功能；增强车门系统功能；增强电磁兼容性；头车车钩联挂后具有指令传输功能；增强列车空转滑行控制与信号系统联动；增强广播系统自动报站、声音采集、故障检测记录的功能；司机室操作台增加保护罩，后门、间壁增强为可拆卸方式，客室照明增加为具有感应光照强度功能照明。
        3.2防护设备与门禁系统联锁
        正线车站门禁系统可不做与防护设备的联锁电路，只需保证防护设备与门禁系统联动，且一一对应，启动后才能打开专用门禁系统。车站值班员在得到防护设备允许开启时，打开对应门禁系统，发送门禁可开启信息，工作人员可刷开对应门禁进入。车辆段安全防护设备可纳入车辆段门禁系统，门禁系统设置与防护设备的联锁电路。信号系统向门禁系统实时提供安全防护状态。门禁系统控制器用来接收防护设备开关量的输出信号；只有防护设备开启后，对应门禁点的读卡器才验证授权，而当防护设备处于关闭状态时，对应特定的门禁点则无法使用任何门禁卡刷开。
        3.3硬件电路设计需求
        在列车激活电路上:传统列车一般从列车一端发出指令，激活列车;全自动运行列车从列车两端同时发出激活指令，使列车激活上电，可提高列车唤醒的成功率。为尽可能地提高列车可靠性，全自动运行列车的牵引授权、方向选择、紧急制动等关键控制电路均为冗余设计，降低了电路单点故障对列车运行的影响。传统列车的乘客紧急对讲装置不关联列车牵引授权。全自动运行列车的乘客紧急对讲装置关联了列车牵引授权:当乘客按压紧急对讲按钮后，未发车的列车将扣留在站台，已发车的列车将在下一站扣车，以处理乘客紧急对讲请求。车门控制电路采取控制电路冗余设计，当一路控制电路发生故障时，另一路控制电路能打开一半车门。
        3.4自动运行功能方面
        目前，各地建设全自动运行城市轨道交通项目的各个参与方，均对全自动运行的场景分析和系统功能分析做了较为深入的研究，并形成了一定的结论；与此同时，中国城市轨道交通协会也即将发布《城市轨道交通全自动运行系统》的行业规范性文件，作为工程的建设依据。然而，市域轨道交通的工程特点区别于城市轨道交通，可以在较为成熟的城市轨道交通全自动工程运营需求（含场景分析）、功能需求、接口需求的基础上，针对市域轨道交通的特殊性进行针对性的调整。例如：１）市域轨道交通以高架线路为主，平均站间距大，则既有的全自动系统运营场景和相关联动功能可适当精简，并根据高架线路的特殊性（例如跨海、跨湖、跨山谷等特殊地段）分析并制定针对性的运营保障措施、特殊故障场景的联动功能和响应机制等。２）交流牵引制式的市域轨道交通工程存在“电分相”区域，应针对“电分相”所带来的正常行车和故障救援问题，增加相应的运营需求、运营场景和系统功能的联动机制。３）市域动车组内部的系统配置和功能架构有别于城市轨道交通车型，为了满足市域轨道交通的全自动运行需求，市域动车组也应根据全自动运营需求，增加相应的系统功能和配套设备。
        结语
        全自动运行系统实现了监控轨道、监控乘客上下车、监控列车和应急处理等的自动化。列车是全自动运行系统关键的子系统。相对传统列车，全自动运行列车的可靠性、可用性、可维护性及智能化等方面要求更高。全自动运行系统具备高度统筹、集中指挥与协调等运营特点，运营理念与有人驾驶线路区别较大。
参考文献
［1］张海涛，粱汝军．地铁列车全自动无人驾驶系统方案［J］．城市轨道交通，2018(2):33．
［2］公吉鹏．全自动运行系统中信号系统新增配置和功能［J］．铁路通信信号，2019(3):76．