摘要：介绍了全自动运行系统的定义、发展应用情况及特点优势；介绍了自主化全自动运行系统国家重点示范工程燕房线的工程实施过程以及工程实施技术路线以及项目管理思路，以全自动运行场景和运营规则为主线并进行顶层设计，通过设备冗余设计保证全自动运行系统可靠性，通过多专业联动、多系统深度集成架构提高系统可用性，通过更全面的线路设备保证系统安全性；通过全过程安全评估及RAM管理为安全可靠的全自动运行系统提供保障；搭建全自动运行系统级测试验证综合平台、组建综合联调团队、关键阶段综合联调等为安全可靠的全自动运行系统提供支撑。
关键词：自主化全自动运行；技术实施路线；运行场景设计；安全评估及RAM管理；多阶段综合联调；燕房线；项目管理
绪论
1研究背景
全自动运行系统的发展应用情况分为起步阶段（1971~2004年）和广泛应用阶段（2005至今）。在此过程中，轨道交通系统经历了从人工驾驶、半自动驾驶到全自动运行的转变。轨道交通系统的安全性和自动化程度得到了不断的提升。
世界第一条FAO城轨线，法国里尔1号线动工，1983年开通运营。2005年前FAO技术推广速度比较慢，2005年后发展速度逐渐加快，并开始在中、高运量地铁广泛应用。国内地铁线路应用FAO技术的主要有北京机场线、上海10号线、香港南港岛线、北京燕房线。北京燕房线作为国内第一个自主化全自动运行系统，按照GoA4等级建设，计划2017年年底开通。
国际公共交通协会（UITP）估计，预计2025年全球2300公里的全自动运行线路。目前国内轨道交通新一轮建设中，北京、上海、武汉、深圳、广州、南京、南宁、哈尔滨、杭州等已开展建设、研究及设计。通过理论研究与工程实施相结合，提出可行的保障措施，打造安全可靠的城市轨道交通全自动运行系统。
2应用价值及意义
结合北京燕房线自主化全自动运行系统的实施，在工程实施中要注重关键控制环节（多专业顶层设计、全过程RAMS管理、分阶段综合联调），保证工程开通前的全功能实现。
全自动运行系统进一步增强了城市轨道交通系统装备的功能和性能、安全性、可靠性，提升轨道交通运行系统的整体自动化水平，是城市轨道交通技术的发展方向。
一、全自动运行系统概述
1全自动运行系统定义
全自动运行系统是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术，实现列车运行全过程自动化的新一代城市轨道交通控制系统，包括信号、车辆、综合监控、通信、站台门等系统，实现满足GoA3级和GoA4级功能要求的系统。
2全自动运行系统特点及优势
全自动运行系统以行车为核心，信号与车辆、综合监控、通信等多系统配合，提升轨道交通运行系统的整体自动化水平。同时，运营控制系统具有较为完善的综合维护辅助功能。全自动运行系统是形象地衡量城市轨道交通系统可靠性、安全性、可用性、可维护性先进水平的标尺，较传统地铁控制系统相比，具有以下优势：
1.提升运行组织的灵活性
2.提高运能
3.提高整体自动化水平，减少人为误操作
4.降低运营人员劳动强度，提升乘客服务质量
5.节能减排
二、自主化全自动运行系统的工程实施
在燕房线工程实施阶段应以全自动运行场景和运营规则为主线、以全过程安全评估及RAM管理为保障、以多系统关键阶段综合联调测试为支撑。
1以全自动运行场景和运营规则为主线
1.1通过全自动运行场景设计和运行规则相结合进行顶层设计
全自动运行系统是由7大专业、31个子系统，数十万个驱采点组合实现安全高效运输的复杂巨型系统。这些子系统由系统提供来有秩序地执行和确保交通安全。因此，全自动运行系统建设设计阶段，结合国内轨道交通运营特点，分析全自动运行系统的运营全过程，进行《全自动运行系统运营场景》的研究。共计设计41个场景，涵盖了从早间上电、自动唤醒、出库运行的正常场景18个，车辆火灾、紧急手柄、站台火灾、检测到障碍物等异常处理场景23个，如下图所示：
图 1 全自动运行场景示意图
全自动运行运营规则的编制也贯穿整个场景分析过程，两者相辅相成，构成闭环。按照运行等级划分，编制适用于不同等级的运营规则；运营管理和监督主要通过。
1.2通过设备冗余设计保证全自动运行系统可靠性
全自动运行系统需要全系统支持全天候（7*24小时）不间断运行，如果系统中任意一点出现故障，就有可能造成服务质量的下降甚至行车的大面积延误，在系统故障的情况下，仍旧需要保证系统安全运行。全自动运行系统使用了充分的备用和冗余来提高可靠性。
图 2 头尾冗余原理图
1.3通过更全面的线路设备保证系统安全性
在运营过程中，全自动运行系统应能够响应各种突发紧急事故，发出告警信息并及时采取措施，快速恢复正常运营，将乘客风险和事故影响范围控制在最小。如障碍物/脱轨防护、紧急停车按钮、轨道或站台下的避难所等。全自动运行系统提供了一系列措施和协助方法去解决在监控列车运行过程中所确认的运营故障。
2以全过程安全评估及RAM管理为保障
2.1全过程安全评估
全自动运行系统安全涉及五个不同的安全领域：行为安全，运营安全，功能安全，应急安全和环境安全。信号系统作为全自动运行系统的核心，需要与车辆、通信（含PIS）、站台门、综合监控、车辆基地等综合协调，共同确保全自动运行系统的安全运行。
以在需求、设计、生产、制造、安装、调试、运营全生命周期内进行分阶段全过程管控为理念，并组织第三方对关键系统设备（通信、信号（含综合监控）、车辆、电扶梯、轨道、站台门、门禁）进行工程全过程安全评估。
2.2RAM管理
通过RAMS保障工作的引入，使得下一阶段检查上一阶段的工作，形成生命周期内阶段之间的闭环管理。同时项目实施团队、RAMS保障团队、独立评估团队形成每个阶段横向的闭环管理。
通过全生命周期、全方位的危害管理，全自动运行系统通过设计保证安全，所有危害均被控制在运营可接受程度，其安全性远高于既有CBTC系统。
全自动运行系统是一个以行车为核心，将信号、车辆、综合监控和通信等子系统深度集成的巨型、复杂、高安全系统，具有系统化、网络化、信息化的特点。全自动运行系统其运行环境复杂，功能强大，测试验证难度远大于一般应用，复杂度也远大于一般安全苛求系统。所以必须通过组织信号、车辆、通信等多系统实验室、停车场、样板段、全线关键阶段的联调联试，才能充分验证全自动运行系统的安全与可靠。
3以多系统关键阶段综合联调测试为支撑
3.1搭建全自动运行系统级测试验证综合平台
在室内搭建了全自动运行系统级测试验证综合平台。该平台整体按照“硬件最小化，功能最大化”的最小系统的思想，以燕房线为背景，提取城市轨道交通列车运行控制系统中的核心设备和典型设备作为最小系统的雏形，选取功能和接口全覆盖的最小子集作为最小系统的首选模型，采用功能接口全部预留和增量式的整体架构，按照轨旁、车辆、车站、中心测试环境五个层次构建仿真测试验证平台架构，模拟全自动运行系统各种运营场景，并实现全自动运行的运行控制仿真测试系统集成，支撑全自动运行运行控制最小系统的测试。
3.2组建综合联调团队
组建了包括轨道公司、动调服务商、信号集成商、信号监理以及独立第三方安全评估的现场综合联调团队。其中轨道公司负责组织调试并对现场安全进行全过程管理；动调服务商负责搭建动车调试平台、配合动车调试组织以及动车调试计划安排等工作；信号集成商负责综合调试方案的编制工作、综合调试工作的现场组织、调试过程中问题的协调解决以及负责记录结果及联调报告等工作；信号监理负责安排监理计划、实时调试问题监督以及牵头组织现场验收等工作；独立第三方安全评估负责各系统安全评估以及全自动运行系统整体安全评估等工作。
3.3关键阶段综合联调
实验室测试阶段：考虑到全自动运行系统的“高度自动化、多专业系统集成度深、各系统高效联动控制”特点，实验室环境内测试考虑了多专业的联动，针对FAO新增和增强功能进行专项测试。同时，测试关注故障导向安全和故障恢复时保证全自动运行系统的安全运行。燕房线对一些全自动运行系统典型测试场景进行了专项测试，如障碍物脱轨检测联调测试、车辆火灾联调测试等。
样板段测试阶段：样板段测试阶段，主要关注完成系统性能参数测试，车辆调、乘客调联动功能，工作内容应包括，折返能力测试、运营图兑现测试、车辆调列车控制及联动功能、覆盖全自动运行系统41个场景的多专业联动测试。
全线测试阶段：全线测试阶段，除进行常规的单车调试、多车调试外，在跑图测试阶段，还应该进行8车、11车、16车的多车跑图试运行压力测试。在测试过程中对以下兑现率、正点率等运营指标以及休眠唤醒成功率、车门/隔离门对位隔离成功率等与全自动运行相关的安全指标进行考核。
试运行阶段：在该阶段进行全线多专业联动测试、GOA3/GOA4运行多系统稳定性及压力测试、故障应急演练、以及全自动运行系统整体安全评估，试运行授权等相关工作。
3.4全线调试结果
全线测试阶段，燕房线增加了故障演练、多系统稳定性考核等手段，结合既有测试工作，通过多角度、全方面的测试验证，为产品的质量、安全、后续每一条使用该全自动运行系统线路的开通提供足够的信心、奠定坚实的基础。
总结
通过自主化全自动运行系统的工程实施，提升了对技术内涵的理解，从早期的全自动驾驶到现在的全自动运行，全自动运行不是为了单纯减少驾驶员/乘务员，而是为了进一步增强城市轨道交通系统装备的功能和性能，是城市轨道交通技术的发展方向。
通过北京燕房线自主化全自动运行系统的实施，在工程实施中要注重关键控制环节（多专业顶层设计、全过程RAMS管理、分阶段综合联调），保证开通前的全功能实现。
参考文献：
[1]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 （3）：50-55
[2]黄志红.车辆段/停车场增设全自动运行功能的分析［J］．现代城市轨道交通，2015 （5）：4-6
[3]杜薇.全自动运行燕房线工程七大核心设备系统独立RAMS评估研究［J］．铁路技术创新，2015 （4）：22-28
论文作者:袁大鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/6
标签：全自动论文; 系统论文; 测试论文; 阶段论文; 轨道交通论文; 场景论文; 车辆论文; 《基层建设》2019年第18期论文;