全自动驾驶信号系统的关键功能研究

王昊; 刘妃

【期刊名称】《《江苏科技信息》》 【年(卷),期】2019(036)023 【总页数】4页(P46-48,59)

【关键词】城市轨道交通; 全自动驾驶; 信号 【作 者】王昊; 刘妃

【作者单位】中国电子科技集团第十四研究所 江苏南京 211106 【正文语种】中 文 【中图分类】U239.5 0 引言

全自动驾驶系统在国外城市轨道交通上已经得到了广泛应用，从20世纪80年代到21世纪初，主要应用于低运量的轨道交通领域，即自动旅客运输系统（Automatic People Movers，APM），1983年世界上第一条APM线法国里尔1号线开通运营。1998年，世界上第一条真正的FAO线巴黎14号线开通运营［1］。

据公共交通国际联会（Union Internationale des Transports Publics，UITP）统计，截至2020年，FAO系统数量将增长3.5倍，到2025年总运营里程将达到1 800 km，国际上75%的新建城市轨道交通线路和40%的既有城市轨道交通线

路改造都将采用全自动无人驾驶信号系统（Unattended Train Operation，UTO）。

随着相关配套设施和技术手段的不断完善，全自动驾驶技术在中国城市轨道交通中也将得到更多的应用。目前已经运营的线路有广州APM线（2010年开通），上海10号线（2010年开通试运营，2014年具备有人值守的全自动运行功能）和北京燕房线（2017年12月开通全自动运营）。自2016年以来，国内建设UTO的项目已有十几个，涉及北京、上海、成都、苏州、南京、武汉、南宁等城市，线路长度近500 km，北京、上海和苏州等城市后续项目将全部采用该方式。 1 全自动驾驶系统的优势

全自动驾驶系统是一种采用先进的通信和计算机技术、连续控制、监测列车运行的列车控制系统，在未来的轨道交通领域有广泛的发展前景和应用空间。与传统系统相比，主要有如下优势［2］。 1.1 提高系统的RAMS

FAO系统充分利用先进的通信和自动化控制技术，不仅可以减少不必要的误操作，还可以在应急情况下，通过控制中心及综合站务人员进行人工干预，快速解决应急情况下的运营。另外，5大核心专业车辆、信号、通信、综合监控及站台门等通过采用冗余技术，提升安全等级及故障自诊断功能，提高了系统的可用性和可靠性，进一步将设备故障带来的运营影响降至最低。 1.2 提高运营效率，提高乘客舒适度

采用FAO系统后，从到站停车到关门离站，均由设备自动完成，平均可缩减5～8 s的司机反应时间，节约约20%的停站时间。另外，由于不受司机的限制，可以实现全天不间断的服务，尤其对突发大客流的响应能力大大加强。 1.3 优化人力资源配置，降低运营人员劳动强度

FAO系统提高了系统的自动化程度，按照无人驾驶的最高级别设计，大大降低了

司机的劳动强度。 1.4 降低全生命周期的成本

FAO系统增强了设备的诊断功能及运营维护功能，使系统从故障修实现状态修，在一定程度上降低了设备的故障损坏率和人工维修率［3］。 2 全自动驾驶与其他驾驶模式的比较

按照UITP的分类，全自动驾驶系统分为有人值守的列车自动运行（Driveless Train Operation，DTO）和无人值守的列车自动运行（Unmanned Train Operation，UTO），两种模式均实现正常运行情况下列车自动驾驶，但区别在于每列列车上是否有人员值守，以及部分紧急情况是否有值守人员代替系统实现操作。目前国内建设的全自动驾驶线路是按照UTO模式建设。

表1为GoA0到GoA1的模式对应的列车运行功能比较。从表中可以看出，UTO模式在整个运行过程中无须人为参与操作，就能够实现列车的自动投入或退出运营。另外，UTO还能实现远程控制、自动洗车等功能。而传统的STO模式需要司机驾驶列车投入和退出运营，司机确认列车自动运行发车，并监督上、下客作业。同时，UTO模式还增加了监测火灾、脱轨检测和监测前方障碍物等功能，极大地提高了系统的故障诊断能力，从而最大限度地保证了人员安全。对于设备故障和应急情况的处理，UTO和STO的最大区别就是将原来司机的工作转移给了运营控制中心或站务人员处理，将运营和维护统一起来，不再需要传统意义上的司机。因此，对轨道交通运营维护人员提出了更高的要求。

表1 GoA0到GoA1模式对应的列车运行功能注：X=由运营人员负责；S=由系统实现。列车运行基本功能目视驾驶TOS GoA0无司机驾驶DTO GoA3 X（部分由系统实现）非自动NTO GoA1确保列车安全移动S S驾驶监控轨道监控乘客上下车保证进路安全保证列车安全间隔保证安全速度控制加速减速防止与障碍物碰撞防止与人碰撞控制车门预防车厢间或站台与列车间对人造成伤害保证安全启动条件投

入或退出运营监控列车状态操控列车列车诊断、火警/烟雾检测和处理紧急情况半自动STO GoA2 S S S S X X X X X X X X确保紧急状态检测及管理X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X S S S S S S X X X X X X无人值守UTO GoA4 S S S S S S S S S S S S（或中心人员） 3 全自动驾驶信号系统的关键功能分析 3.1 离开车辆段 3.1.1 离开非自动化区

若列车在非自动化区内，由车辆段调度员从停车列位向自动化区/非自动化区的转换轨排列进路。司机根据轨旁信号机显示以RM模式驾驶列车，经过两个应答器后列车实现定位，在收到有效的移动授权后自动升级为SM模式。在转换轨处，司机预选FAM，打开车门下车。此后，列车按照时刻表自动运行出库。 3.1.2 离开自动化区（自动唤醒）

若车辆停在自动化区的库线上且处于休眠状态，列车执行远程自动或人工唤醒。 运营开始前，ATS系统依据时刻表在投入运营前的规定时间自动或人工向停车库线/正线存车线上的车载设备下达唤醒控制命令，为确保列车按时上线运行，在唤醒主用列车的同时对备用列车进行唤醒。ATS可远程或人工对多列或全部列车同时发送唤醒指令。

车辆上电成功后，车载信号设备及车辆设备执行必要的自检及联合测试。车载信号将自检和测试的状态、报警信息及时上传至ATS子系统，调度工作站实时显示列车唤醒的状态。

ATS同时对列车的唤醒状态进行管理，唤醒状态信息在控制中心行调工作站上显示。

列车唤醒成功后进入待命状态，车载信号向车辆发送工况，用于车辆打开照明、空调或电热控制等。列车具备以FAM模式运行的条件。

3.2 正线运行 3.2.1 停车校准

在FAM模式下，列车自动运行到车站停准后，系统自动打开车门及站台门。列车进站停车时如超出了停车精度，则车门和站台门不能打开。若列车进站停车欠标或过标不大于5 m（可配置），系统可以自动控制列车进行对位调整3次（可配置）。

车载信号与车辆相结合，通过发送停车校准模式，控制车辆向前或向后低速移动。若对位精确停车失败或无法进行低速对位停车，系统将向中心调度员发出告警。根据调度员指令，列车将驶向下一车站站台。 3.2.2 站台门车门对位隔离

FAM模式下，需要实现站台门和车门的对位隔离功能，即如果列车有个别车门故障，站台门对应的车门也不能打开，具体过程为车辆TCMS会将故障信息发送给车载；车载将车门状态发送给ATS，ATS将其转发给站台门系统。站台门系统将对应的站台门进行隔离，当列车停站开关门时，故障的车门和对应站台门将不参与开关门动作。

同样，如果有个别站台门故障，列车到站后，对应的车门也不能打开，具体过程为站台门系统会周期性将故障信息发送给ATS，ATS会将故障信息发送给即将进站的车载。车载将站台门故障信息发送给车辆TCMS，TCMS将对应的车门进行对位隔离，当列车停站开关门时，故障的站台门和对应车门将不参与开关门动作。 3.2.3 再次开关门控制

全自动驾驶项目中，在控制中心的HMI上，可以远程进行车门的开关（可配置）。另外，在每一个站台处，设置开门/关门物理按钮。站台人员可以操作此按钮，就地进行车门的开关操作。

比如当列车停站时，车辆进行关门操作，若开关门3次后仍未成功关闭，车辆将

进入防夹状态，打开车门；站台人员确认可以关门后，按压站台关门操作按钮，车载信号输出关车门和站台门命令。 3.2.4 清客及清客确认

当列车到达终端站时，ATS自动向车载发送清客指令，信号保持列车打开，广播提示乘客下车。

通过在终点站的站台上两端设置“清客确认”按钮，当站务员确认乘客全部下车后，按压此按钮，信号系统确认发车，控制列车驶入折返线。此按钮的主要作用是，避免列车将乘客带入到基地。 3.3 全自动折返

全自动驾驶下的自动折返，包含站前折返和站后折返，由ATS根据时刻表自动触发折返进路，当进行站前折返时，列车在折返换端过程中保持打开状态；站台折返时，车门在折返换端过程中处于关闭且锁闭状态。 3.4 进入车辆段

3.4.1 进入车辆段非自动化区

当列车经过出入段线进入车辆段非自动化区域，在自动化区/非自动化区的转换轨处，司机上车，切换列车至RM模式。车辆段调度员手动排进路。司机按照信号机指示驾驶列车，列车停稳后，使列车断电。 3.4.2 进入车辆段自动化区（自动休眠）

当自动列车经过出入段线进入车辆段自动化区域，ATS系统根据时刻表自动排列进路。无人驾驶情况下，列车自动行驶至指定的停车位。列车停稳后，ATS根据时刻表向车载发送休眠指令，由车载信号与车辆共同实现休眠，进入休眠模式。当然，调度员也可以远程发送休眠指令或者人员在列车上按压休眠按钮，实现休眠。 系统提供在库线上接近停车的功能，以确保同一存车库线可以停放多列车。 3.5 全自动洗车

信号系统增加自动洗车模式，以便支持全自动洗车功能，联锁系统与洗车机通过硬线接口。ATS根据洗车计划，使FAM列车自动移动至洗车机，并在洗车机前停车。车载信号向车辆发送洗车模式（端洗或通过洗）指令，列车以低速3～5 km/h移动，信号系统提供超速防护（可配置）。当洗车机提示洗车完成（通过联锁接口）时，列车可以继续进行正常车辆段运营。 3.6 远程控制功能

3.6.1 远程触发紧急制动/缓解

为了应对紧急情况，控制中心可以对列车发送紧急制动指令，使列车紧急停车；也可以远程将导致紧急制动的条件恢复，远程缓解紧急制动。 3.6.2 远程复位

系统具备远程复位功能，可通过调度员人工远程对信号系统故障进行复位操作。 3.6.3 远程确认CAM及RM

当车载信号与车辆TCMS的通信中断后，车载信号向中心申请进入CAM，调度员可以远程确认CAM；当信号系统丢失定位后，调度员可以设置列车为远程RM模式，以便列车达到特定区域恢复定位，或由工作人员上车处理。 3.7 应急情况处理 3.7.1 条件停车

若列车乘客拉下紧急手柄触发紧急报警或者车辆发生火灾时，车辆给信号发出“条件停车”。此时，如果列车还有部分在站台区域，则立即触发紧急制动；否则信号控制列车在下一站站台停车，并施加紧急制动，直到紧急手柄被复位或者火灾探测系统复位。同时，控制中心的ATS调度工作站上，会有报警提示。

如果发生火灾，调度人员可以通过CCTV确认现场火灾情况，通过IPH与乘客通话，获取现场情况。若情况紧急，则发送远程停车命令。当火灾被确认后，将向乘客进行广播，并采取相应措施，对乘客进行救援和疏散。

3.7.2 立即停车

全自动驾驶列车配备脱轨检测系统和障碍物探测系统，一旦车辆检测到脱轨或者障碍物，车辆给信号发出“立即停车”。信号立即输出紧急制动，直到“立即停车”复位。

3.7.3 人员防护开关

全自动驾驶在车站/段场设置人员防护开关，用于工作人员进入轨行区时的安全防护。出站端的防护开关的防护范围通常为站台和至下一站的本侧区间。进站端的防护开关的防护范围通常为站台和至上一站的本侧区间。段场的咽喉区通常设置一个防护开关，2～3个库位设置一个防护开关。

转动人员防护开关后，联锁不允许办理经由该封锁区域的列车及调车进路，对于已办理的进路应立即关闭相应信号。运行中的列车立即触发紧急制动。静止的列车，一旦移动会触发紧急制动。 3.7.4 蠕动模式

用于车辆与信号车载设备通信故障（反馈异常）等的应急模式，由中心人工确认后，信号系统启动蠕动模式。列车以蠕动模式运行时，ATP监控列车以不超过25 km/h（可配置）的速度全自动运行，当列车以蠕动模式进站自动停车后，系统施加制动以防止列车移动，等待司机上车救援。 3.7.5 远程RM

远程RM模式用于处理全自动运行模式下系统降级的场景（例如列车失去定位），最大限度地维持全自动运行正常运营，该模式无须司机介入。此时，ATS操作员可以设置列车为远程RM模式，以便列车达到特定区域恢复定位，或由工作人员上车处理。

远程RM模式下列车移动时，车载子系统根据预先配置的RM速度驾驶列车行驶，直至预先定义的距离，运行方向由调度员发送。根据列车筛选或驶入下一车站的需

要，该命令可重复发送。当车载重新定位后，系统立即自动切换至FAM模式。 3.7.6 疏散

疏散分为3类，包含列车到站疏散、区间有序疏散和远程引导区间疏散。 因设备故障等各类原因列车可以开到站台，但是对位不准，需要立即疏散，此时采用列车到站疏散。

因设备故障或其他各类突发事件迫停（未危及乘客安全），短时间内无法恢复运营，需要多职能队员至现场疏散乘客，可以采用区间有序疏散。多职能队员可以引导乘客从安全侧车门或者逃生门离开。此时信号系统会自动触发疏散流程，保护乘客的安全。

在区间迫停，危及乘客安全，需要立即疏散车上乘客，如火灾、爆炸等突发事故，此时需要采用远程引导区间疏散。乘客拉下紧急手柄后，调度员远程下达立即停车。信号系统触发疏散流程，保护乘客的安全。

疏散流程结束后，若所有受疏散程序影响的列车恢复正常，调度员将负责确认系统恢复正常运营。 4 结语

本文对全自动驾驶与传统驾驶模式进行了比较，并且对信号系统的正常及应急功能进行了分析。但是实际运营过程中，可能会面临更复杂的现场环境及设备工作状态，因此还需要深入研究全自动驾驶系统对运营管理和维护管理的新需求，才能更可靠地实现全自动驾驶的目标，也能进一步推广全自动驾驶技术。 参考文献

【相关文献】

［1］宗明，郜春海，何燕.基于CBTC控制的全自动驾驶系统［J］.都市快轨交通，2006（3）：34-36．

［2］孙延焕，陈丽民，陈军科.北京机场线无人驾驶模式系统的研究与实践［J］.都市快轨交通，2012（5）：38-41．

［3］高春霞.全自动无人驾驶系统技术研究［J］.中国高新技术企业，2017（10）：9-10．