比亚迪汽车工业有限公司 518118
摘要：随着科技的发展，自动化技术在城市轨道交通中逐渐得到广泛的应用，极大的提升了城市轨道交通的自动化、信息化程度。基于此，本文结合城市轨道交通中自动化技术的特点，对其实际应用进行了研究。
关键词：自动化技术；城市轨道交通；应用
引言
随着我国经济高速发展，轨道交通等基础设施的建设也日益兴旺。纵观欧美等发达国家的发展史，轨道交通建设是城市化进程提速的先决动力。改革开放之后，我国的交通体系逐步完善。然而，传统的技术已经不能满足现代生活、发展的需要，科学技术的发展推动了自动化技术在城市轨道交通中的应用。自动化技术使城市轨道交通朝着自动化、信息化、智能化的方向发展，人们的出行也因技术的逐步提升更加方便、快捷、安全、正点。本文将从以下几个方面来探讨自动化技术在城市轨道交通中的应用。
一、城市轨道交通中自动化技术的发展历程
1965年北京开始建设国内第一条地铁。北京地铁1969年运营之初，通信、信号、环控、售检票等专业的运作和监控基本依靠人工进行，为数不多的自动控制多以半导体技术实现，监控管理水平较低。随着科技发展，90年代的轨道交通各专业不同程度地应用了日渐兴旺的计算机技术和网络技术，各系统都形成了自身的自动化系统，如ATS（列车自动监控系统）、SCADA（电力监控系统）、BAS（环境与设备监控系统）、NMS（网络管理系统）等，这些分立的系统在OCC（控制中心）都有本专业的服务器、工作站及相关设备，在各车站也有本专业的相关设备。各系统通过接口实现通信和部分数据共享，OCC行车调度和车站工作人员需要进行适当的人工干预，对运输组织和乘客服务做到全局把控，运营效率偏低且占用了大量的人力资源。
进入21世纪后，网络技术、电子技术和通信技术都迎来了突飞猛进的发展，从前分立的监控系统逐步走向综合自动化监控，ISCS（综合监控系统）应运而生。无论是电力监控、设备监控、行车监控都在同一个平台上展示，由同一个软件体系支撑。依托高可靠性的工业传输网、高冗余度的硬件备份，ISCS系统迎来了全面、快速的发展。与此同时，行车相关高安全要求的ATP（列车超速防护系统）、ATO（列车自动驾驶系统）也逐步成熟，基于通信的列车自动控制系统CBTC（Communication Based Train Control System）大大降低了列车司机和行车管理人员的劳动强度，极大提升了城市轨道交通运营的安全可靠性；而AFC（Automatic Fare Collection，自动售检票系统）等自动化系统极大地减轻了客运管理人员的工作量，大大提升了乘客通行速度和乘坐体验。
二、城市轨道交通现代自动化技术的典型应用
2.1自动化技术在列车运行中的应用
随着城市轨道交通快速发展、城市化进程的加快，对城市轨道交通设备系统在保证行车安全、提高运输效率、节能环保方面提出了新的需求。采用技术先进、性能稳定、效率优先的全自动运行系统成为中国轨道交通建设的迫切需求。全自动运行系统（Fully Automatic Operation, FAO）是城市轨道交通列车运行控制系统的发展趋势，全球新建线路中将有75%采用全自动运行系统，改造线路中也将有40%采用全自动运行系统，国内主要城市已将全自动运行系统建设纳入规划。
国际公共交通协会（UITP）将列车运行的自动化等级（GoA）划分5级：
GoA0：无ATP防护，目视下的人工驾驶；
GoA1：ATP防护下的人工驾驶；
GoA2：半自动列车运行（Semi-automatic train operation,STO），司机监督下的ATO驾驶；
GoA3：有人值守下列车自动运行DTO（Driverless train operation）；
GoA4：无人值守下的列车自动运行UTO（Unattended train operation）。
全自动运行系统FAO包含自动化等级GoA3和GoA4，即全自动运行系统运行模式包括有人值守的列车自动运行（DTO）和无人值守的自动运行（UTO）。相比现有城市轨道交通CBTC系统，FAO引入了自动控制、优化控制、人因工程等领域的最新技术，进一步提升自动化程度。全自动运行系统具有更安全、更高效、更节能、更经济、更高服务水平的突出优点。
图1 全自动运行系统主要功能配置表
轨道交通列车控制经历了从人工驾驶、半自动驾驶到全自动运行的转变，其安全性和自动化程度得到了不断的提升。目前国内轨道交通新一轮建设中，北京3号线、12号线、17号线、19号线及新机场线，上海14号线、15号线、18号线已确定采用全自动运行技术；国内主要城市，如武汉、深圳、广州、南京、南宁、哈尔滨、杭州等已开展相关研究及设计。
2.2自动化技术在乘客服务中的应用
自动售检票系统AFC是基于计算机、通信、网络、自动控制等技术，实现轨道交通售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理的自动化系统。AFC系统结构进行了层次划分，共分为车票、车站终端设备、车站计算机系统、线路中央计算机系统、清分系统五个层次。层次结构是按照全封闭的运行方式，以计程收费模式为基础，采用非接触式IC卡为车票介质的组成原则，根据各层次设备和子系统各自的功能、管理职能和所处的位置进行划分的。目前确定的五层结构型式，是根据我国国情和城市发展现状，综合考虑了轨道交通建设的特点(如线路多而复杂、建设周期长、多个业主单位等情况)而设置的，具有一定的可伸缩性。
图2 自动售检票系统（AFC）人机交互流程图
2.3自动化技术在运营管理中的应用
各系统是否实现自动联动，是衡量一条城市轨道交通线路自动化程度的重要指标。以车站火灾场景为例，火灾发生后，各自动化系统紧密联系、有序响应，为保障人员安全和运输秩序奠定了坚实的基础。图3显示了FAS（Fire Alarm System，火灾报警系统）与其他系统的联系。当FAS确认火灾报警信息，综合监控系统自动启动全系统灾害模式，此时FAS、BAS、信号系统、通信系统等各系统协调工作，OCC中心级监控承担防灾指挥工作站职责，调用CCTV（视频监控系统）对准事故地点拍摄现场情况，并在OCC大屏显示现场实时监控画面；广播系统自动广播火灾警示消息和引导乘客疏散语音；BAS下达指令至车站隧道风机、站台风机令其工作，设置电扶梯进入防灾位置，控制屏蔽门开关以确保旅客疏散；SCADA系统切断三级负荷电源，启动事故照明；相关车站AFC闸机准备开启放行模式；门禁系统将被控门自动解禁。运营单位依托各系统强大的联动功能有序协调防灾工作，大大提高了城市轨道交通运输服务的安全性和可靠性。
图3 车站FAS报警监控网络图
三、城市轨道交通中自动化技术面临的问题
3.1 自动化系统建设成本居高不下
由于各自动化系统的技术指标不同，实时性、可靠性、安全性等性能要求也存在差异，多年以来核心技术都由以西门子、阿尔斯通、庞巴迪等跨国企业把控。以青岛地铁6号线为例，30公里的自动化系统（含综合监控、FAS系统、门禁安防、AFC等）造价高达4.1亿元。
3.2自动化系统维护成本居高不下
城市轨道交通设备维护成本主要包括了人力成本、设备维护维修成本
和能耗成本。2006年至2011年，全国城市轨道交通累计投产车辆段35个，对检修系统及设备的累计投入约为38.50亿元，平均每个车辆段投入约为1.1亿元；全长28.18公里的北京地铁4号线2015全年维修费用是3967万元，平均每年每公里修理费用高达141万元。
3.3 自动化系统调试难度大，风险高
轨道交通系统调试是轨道交通建设的重中之重。在有限时间内综合利用线路条件，完成全线各专业单体调试和系统间的联合调试是一项非常考验建设单位技术实力和项目把控能力的工作。因试运行里程碑事件的固定性，城市轨道交通自动化系统的调试工作时间往往并不宽裕，此时仓促的各系统单调联调工作极易为之后的运营埋下隐患，严重者危及行车安全。
3.4 自动化技术人才匮乏
随着城市规划建设的加快和城市轨道交通的迅猛发展，技术人才捉襟见肘的情况频频出现。以北京为例，从2008年到2017年，轨道交通路网增长了约400公里；而从2018至2020年，北京每年都有地铁新线开通试运营，三年内新增里程就达400公里。以25人/公里计，轨道交通技术人才缺口就达10000人。培养周期长、高流失率也是人才匮乏的重要原因。
四、城市轨道交通自动化的未来
随着技术不断的更新、迭代，自动化技术更新、更快地发展。可以预期轨道交通的未来将更加光明。
（1）越来越多的新技术诸如物联网、大数据和云平台的普遍运用，城市轨道交通自动化程度提升的速度将大大加快。 特别是5G技术的商用，将极大提升相关产业的发展速度，解决现阶段无法突破的信息传输速率难题。
（2）高集成度、高可靠性、低维护量、低维护成本的自动化系统将逐步装备。越来越多的二三四线城市居民，未来将同样享受城市轨道交通带来的出行便利。
（3）以人为本的服务型自动化系统将成为主流。随着科技的进步，各类用途的机器设备将逐步替代繁重的人工劳动，服务业首当其冲将迎来革命，城市轨道交通从自动化走向智能化，已是不可逆转的趋势。
（4）多样化、多制式的自动化轨道交通系统将全面发展。随着比亚迪、华为等国内顶级制造企业进军轨道交通产业，市场将出现地铁、轻轨、“智轨”、“云轨”、BRT（Bus Rapid Transit,快速公交系统）、APM（Automated People Mover systems，旅客捷运系统）、磁悬浮等多制式轨道交通百花齐放的局面，各种地貌、各类区域都将被舒适、便捷的轨道交通线网全面覆盖，新的城市化进程大大提速。
结束语
计算机技术、自动控制技术、软件技术的发展推动了自动化系统在城市轨道交通中的应用。而机器学习、物联网和大数据在轨道交通领域的成功应用，又促进了自动化水平向更高水平发展。自动化技术的迅猛发展，为城市轨道交通行业注入了强劲的提升动力，也为满足人民日益增长的出行需求提供了全面的技术支持。
参考文献
[1]王富章.城市轨道交通系统信息共享平台研究. 城市轨道交通研究. 2013.06
[2]胡冬.公共对象请求代理体系结构（CORBA）技术在城市轨道交通自动售检票系统中的应用.城市轨道交通研究2016.04
[3]魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术.北京：电子工业出版业. 2012.05
[4]李钢.依托综合监控提升地铁管理水平. 城市轨道交通研究.2013.12
论文作者:邹杨
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/16
标签：轨道交通论文; 城市论文; 系统论文; 技术论文; 列车论文; 全自动论文; 自动化系统论文; 《基层建设》2018年第21期论文;