摘要：地铁列车全自动驾驶是一种将列车驾驶员执行的工作完全由自动化的、高度集中的控制系统所替代的列车运行模式。地铁列车全自动驾驶系统的出现，不仅避免了人为操作带来的诸多不利影响，还提升了地铁列车的运营效率，降低了风险，改善了列车运行的舒适性。为此，本文首先阐述了当前地铁列车全自动驾驶的发展现状，分析了地铁列车ATO全自动驾驶系统的运行原理，并以深圳城市地铁11号线的自动驾驶系统为例进行探讨。
关键词：地铁列车；全自动驾驶；ATO系统
1.地铁列车全自动驾驶发展现状
近年来，国内较多城市轨道交通线路开始尝试全自动驾驶技术，2016年年底开通的香港南港岛线是中国第一条正式运营的GOA4等级的全自动无人驾驶线路，今年开通的北京燕房线、上海8号线三期等计划在通车后实现“全自动运行”，南京7号线也按照全自动驾驶设计。
轨道交通自动驾驶技术已相对成熟，截止2016年7月，全球37个城市55条线路采用全自动驾驶，运营里程达803公里，车站848座；即全球157个轨道城市中近四分之一的城市至少有一条线路以全自动模式运行，运营里程占全部里程的6%，预计到2025年全自动驾驶轨道交通线路里程将超过2300公里。
2.地铁列车自动驾驶系统分析
2.1列车自动控制系统概述
当前地铁列车的运行中，要想保证城市地铁列车交通系统的高效率与高密度，列车自动控制系统（ATC）是必不可少的，ATC系统包括：列车超速防护子系统（ATP）、列车自动驾驶子系统（ATO）及列车自动监控子系统（ATS），其中ATO子系统根据ATS提供的信息，在ATP正常工作的基础上，实现最优驾驶、提高舒适度、降低能耗、减少磨损。
2.2 ATO系统的作用
从运行中所起作用来说，ATO主要实现驾驶列车的功能，能进行车速的正常调整，给旅客传送信息，进行车门的开关作业，但这只是执行操作命令，不能确保安全，这就需要ATP来进行防护。ATP起监督功能，对不符合安全的情况给予防护，保证列车不超速，车门不误动。由此可见ATP系统是列车运行时必不可少的安全保障，ATO系统则是提高城市轨道交通列车运行水平（准点、平稳、节能）的技术措施。在任何时候，只要ATP系统正常的话，就应让其执行防护工作，以确保行车安全。
2.3 ATO系统的运行原理
由于地铁列车的运行密度越来越大，安全性要求越来越高，所以要求有ATS系统，以使列车按照设计好的时刻表准确有序地运行，并监视列车运行状态实现智能调度。ATS设在地铁线路中较大的车站，控制中心与各站连锁设备间的联系由遥控系统来完成。ATO从ATS处得到列车运行任务命令，信息是与地面线路信息一起组成报文，通过轨道电路传送，由车载ATP统一接收。ATP将处理过后的对ATO有用的信息传给ATO，并显示相关信息，且不断地监视ATO的工作。ATO获得有用信息后，并根据实际运行速度和ATP的最大允许速度，计算运行速度，得出控制量并执行控制命令。巡航/惰行模块由独立的控制器来辅助完成，定点停车采用站内交叉环线实现。到站后ATO通过列车位置识别系统（PTI）的天线向地面发送列车信息，并传到ATS，以便识别列车的位置。ATS根据此列车信息确定列车的新任务后再次通过轨道电路传送给ATO。在区间运行时，每进入新的轨道区段，ATO便接收新的地面信息，以便进行速度调整。在运行过程符合ATO条件时，允许灵活地切换到ATO模式。ATO的工作原理图如图1。
3.深圳地铁11号线的自动驾驶分析
深圳地铁11号线建成线路全长51.936公里，在地铁建设的过程中，本人全程参与了新线建设，主要负责车载信号CC设备静调、动调及轨旁数据校核测试等工作，其于2016年6月28日开通，是首条时速达120KM/H的大编组地铁。
图1 ATO工作原理图
深圳地铁11号线东起福田枢纽，西至松岗碧头，全长51.9公里，属于CBTC（移动闭塞），CBTC是全自动驾驶线路首选的信号系统解决方案。目前，全球68%的全自动驾驶线路使用CBTC系统，过去十年中新建的全自动驾驶线路中75%配备了CBTC。在深圳地铁11号线中，其Urbalis 888 CBTC信号系统由卡斯柯提供，国产化率高达85%，CBTC信号系统特有的ATO控车技术，可以保证11号线在120公里/小时高速运行下的舒适运行，极致降噪。另外，CBTC信号系统集成了综合运维子系统，通过大数据技术构建智能维护管理平台，利用智能分析等手段实现运行维护的调度指挥、分析盯控和数据监测三级功能。同时也实现了地铁11号线的ATP防护功能，最大限度保障维护人们的安全。
4.地铁列车全自动驾驶通信系统的发展方向
目前，国内城轨交通网络普遍采用的列车自动运行系统，既车辆运行采用"车-地-车"的通信链路和控制架构，两列运行的车辆之间无法直接完成信息交互，须接收和执行轨旁和中心设备的指令。虽然具有发车间隔小、运营效率较高等优势，但列车进路和安全防护等关键功能均是基于上述体系结构，尤其在承载无人驾驶功能后，存在配置设备多、系统接口和结构复杂、列车运行对中心设备依赖大等缺点，以及因此导致的施工周期长、调试繁杂、故障影响范围大、建设和维护成本高、互联互通困难等问题。
车车通信的列车自主运行系统是采用有人值守的无人驾驶技术，以列车自律为基础，以列车主动进路、列车自主防护为特征，将传统的车地两层分布式列车运行控制系统与车载网络控制、牵引和制动系统等高度融合为手段的控制系统。由于该系统采用自主运行、自主防护及车辆安装防碰撞系统，安全性明显提高。列车通信采用车—车架构，使发车间隔比传统CBTC控制明显缩短，轨旁设备配置减少、各系统的高度融合，大大提高运营效率，节约了建设成本和运营成本，因此应成为今后地铁列车全自动驾驶通信系统的主要发展方向。
结束语：综上所述，随着当前社会的发展和科学技术的不断进步，当前地铁列车的全自动驾驶获得了较为广泛的应用及发展，而在今后的发展中，ATO系统以及车车通信系统的发展将代表现代城市交通轨道技术以更完备的姿态促进我国地铁列车行业的发展，在节省劳动力的同时给人们带来更加安全、舒适、便捷的出行体验。
参考文献
[1]国内首列无人驾驶地铁即将诞生于香港[J].西部交通科技.2011.
[2]张海涛，梁汝军.地铁列车全自动无人驾驶系统方案[J].城市轨道交通研究.2015.
[3]王美俊.基于地铁列车自动驾驶系统分析与设计[J].科技展望.2016.
论文作者:李炎龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/23
标签：列车论文; 全自动论文; 地铁论文; 系统论文; 子系统论文; 线路论文; 防护论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;