摘要：近年来，世界范围内的城市轨道交通系统开始应用全自动运行系统技术。本文在阐述全自动运行系统技术发展和应用现状的基础上，以某省市线为例，从ＦＡＯ系统集成体系、列车无人驾驶技术、综合自动化调度管控技术、基于全生命周期的ＲＡＭＳ综合保障技术等各方面全面介绍了具有完全自主知识产权的中国版全自动运行技术，并对未来该技术的发展方向进行了展望。
关键词：全自动运行；城市轨道交通；列车运行控制系统
1城市轨道交通全自动运行技术概述
1.1全自动运行技术的介绍
它主要是负责运营管理过程，从司机的轮换，然后到车辆唤醒、休眠、起停、开关门、车速控制等车辆控制中实施的自动化执行。而自动化存在着不同程度自动化等级，按照列车运行功能，是由员工还是系统进行实现并承担责任来区分。比如：GOA0等级对应的是由司机观察操作有轨电车在公路上行驶；GOA4等级对应的是车辆不靠司机的完全自动运行，也叫做全自动运行系统。
1.2FAO系统集成
1.2.1设计了适用于我国城轨特点的ＦＡＯ系统运营场景
首次建立了全自动运行系统各专业调度工作负荷的预测模型，提出了基于负荷的全自动运行系统控制中心人因资源需求及配置方法，设计了全自动运行轨道交通系统人员组织架构，以及不同运营场景的岗位配置、交互过程和操作流程。形成了世界上首个基于列车运行全过程和多专业协同的全自动运行场景文件和运用规则，包括４１类３００余项场景和６９类运用规则。该成果可为我国新建全自动运行线路的系统需求分析、系统设计和安全运用提供极具价值的参考和依据。
1.2.2建立了全自动运行系统安全风险分析和应急处置流程设计方法体系
国内首次采用ＳＴＡＭＰ理论、ＳＴＰＡ危害分析与运营场景相结合的方法，分析了涵盖全线、列车运行全过程、关联多专业人员和设备的人机防护需求，有效识别了取消车上司机导致系统功能和操作流程变化所引入的危险源，形成了全自动运行系统的危险源档案库，可作为我国全自动运行系统新线建设的安全需求输入；创建了全自动运行系统应急处置流程设计方法体系。提炼全自动运行系统应急处置流程的需求，调度员的认知特性和控制中心的组织特性。构建了全自动运行系统应急处置流程的认知体系，为全自动运行系统应急处置流程的设计与评价提供了理论和方法支撑。
1.2.3创建了全自动运行系统集成体系
建立了ＦＡＯ系统集成通用模型，保证整体系统的兼容性、一致性、完整性、正确性，建立需求跟踪矩阵，通过结构化方法对运营需求、系统功能和全自动运行系统的设计方案进行简洁、清晰的检查，确保在系统的概念和设计过程中所有的运营需求全面落实，在集成和验收阶段各项需求能被全程跟踪和测试。
1.2.4涵盖了整套技术装备
针对列车全过程无司机自动运行控制需求，设计了具备列车自动休眠与唤醒、段内自动运行、自动洗车、站间自动运行、自动开关车门和站台门、站内自动跳跃对标、障碍物和脱轨检测及事故近场安全防护等功能，符合最高自动化等级要求的全自动运行信号控制系统，实现了列车在全线的自动运行。
1.3列车无人驾驶技术
1.3.1操控列车、服务乘客、感知环境以及应急处置的司机任务模型的建模技术。结合层次任务分析与认知任务分析，将司机作业任务充分分解到视觉、听觉、知觉、心理动作４个处理通道，可以基于多资源理论，从时间压力、认知需量和行为冲突３个维度分析司机认知工作负荷的影响。建立城市轨道交通司机驾驶操纵作业任务模型、司机行为时间预测模型、列车发车时操纵行为时间模型。
1.3.2列车静动态唤醒自检、跳跃对标、雨雪模式控制、休眠等正常运行场景的控制策略。针对列车全过程无司机自动运行控制需求，设计了自动根据列车运行计划休眠与唤醒、列车与车库门联动、无人区维修人员防护等控制策略，实现了车辆段内的无人驾驶[1]。设计了站间自动运行、自动开关车门和站台门、基于安全通信的车门及站台门对位隔离、雨雪模式运行等控制策略，实现了列车在正线的无人驾驶。
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1.4综合自动化调度管控技术
1.4.1多专业协同智能监控技术
创新设计“双缓存”和变位传输通信融合技术，解决了多专业、大容量异构实时数据处理和大批量数据实时显示与渲染的技术难题，统一了行车、电力、环境、维修等调度联动总线，实现了基于时间、事件、序列的人机协同智能监控，满足无人驾驶的需求，进一步提高了调度效率，数据变化平均刷新周期小于２ｓ。实现了中心对轨旁所有机电设备、在线全部列车及车内乘客的监视控制、应急处置、远程服务，进一步提高了全自动运行下的运营安全与乘客体验。
1.4.2多专业的智能应急联动和辅助决策技术
设计了支持面向对象建模的新一代分布式实时数据库计算引擎，解决了复杂系统间的智能协调联合控制，实现对全自动运行的智能管控。创新增强了对位隔离、蠕动模式运行、紧急呼叫、障碍与脱轨检测联动、车辆烟感报警联动、站台门与车门间隙夹人检测联动等应急处置联动控制功能。与传统应急处置相比，联动控制量提高２０％以上，降低应急处置时间约３０％，提高了灾害及故障模式下的智能化处理能力，进一步提高了轨道交通的运营安全性。
1.4.3多专业综合运维管理技术
设计了异构数据清洗和数据融合、诊断融合技术，实现了通信、机电、车辆、信号设备诊断数据的分类传输与重构，减少了中间层级的数据冗余处理，提高了数据质量，降低设备误报警率。设计了基于样本的立即决策和综合决策报警系统，实现了对车辆等核心机电设备的在线状态检测和预测诊断[2]。设计了一套基于ＥＴＬ的标准企业服务总线技术，解决了维修管理系统与各类设备在线监测系统的无缝闭环管控，实现了融合全生命周期成本管理的智能维修，提高了作业的安全性，优化了设备维修模式，提升了设备维修成本精细化管理能力。
2 FAO技术展望未来
2.1突发事件应急处置
ＦＡＯ系统的最高等级是轨道交通系统可以具备自动监测和处理运营中发生的危险，如火灾、设备故障等，这需要进一步深度集成信号、行车、供电、车辆等专业的应急处置功能，提升应急处置能力[3]。目前以行车指挥为核心，实现正常及故障情况下多专业自动联动将会为未来的深度集成奠定基础。
2.2多目标优化
智能运行列车运行过程需要满足安全、准时、舒适、精确停车、节能等多个目标。不同运营场景下对各个目标的需求不同，ＦＡＯ系统需要自动识别当前系统运营的状况，明确多个优化目标的权重[4]。当各个优化目标的权重确定后，如何进行优化和控制是最终实现的关键。
2.3系统可靠性保障
设备取代人实现了系统自动化程度的提升要求全自动运行系统应具有更高的可靠性，这是保障全自动运行系统稳定运行的基础。现有全自动运行系统中，信号设备增强了冗余配置，车辆加强了双网冗余控制，增加了与信号、ＰＩＳ的接口冗余配置等．但这种方法会提高系统的成本和复杂性。因此，还需要在实际中摸索更加行之有效的方法。
结束语
近年来，我国在ＦＡＯ系统集成、列车无人驾驶技术、综合自动化调度管控等全自动运行技术方面的突破缩小了与国外技术的差距，实现了“并跑”。但仍然需要在系统可靠性保障、突发事件应急处置以及多目标优化智能运行等方面深入研究，进一步提高系统弹性和智能化水平的理论、方法和技术，为轨道交通可持续发展提供支撑。
参考文献：
[1]肖瑞金.轨道交通全自动运行车辆段设计研究[J].都市快轨交通，2018，31（01）：58-66.
[2]李猛，张艳兵，徐成永，郭泽阔.全自动运行系统地铁车辆关键技术[J].都市快轨交通，2018，31（01）：123-128.
[3]郜春海，王伟，李凯，贾庆东.全自动运行系统发展趋势及建议[J].都市快轨交通，2018，31（01）：51-57.
[4]闫宏伟，燕飞.城市轨道交通全自动运行系统及安全需求[J].都市快轨交通，2017，30（03）：50-55+87.
论文作者:刘晓涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：全自动论文; 系统论文; 列车论文; 技术论文; 轨道交通论文; 需求论文; 司机论文; 《基层建设》2019年第19期论文;