地铁无人驾驶系统关键技术探讨.docx

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地铁无人驾驶系统关键技术探讨

地铁无人驾驶系统及关注的主要问题

2008年7月16日

1简介

无人驾驶系统是将列车驾驶员执行的工作完全自动化的、高度集中控制的列车控制系统。

无人驾驶系统具备列车自动唤醒启动和休眠、自动出入停车场、自动清洗、自动运行、自动停车、自动控制车门上下客等功能；并具有正常运营、降级运营等运营模式。

无人驾驶系统在世界上多个城市的轨道交通中得到了应用，并成功应用于大运量轨道交通中。

哥本哈根、巴黎、温哥华、新加坡等城市的无人驾驶系统已投入运营，目前国外也有越来越多的城市在建设无人驾驶系统。

无人驾驶系统是一项成熟的技术，在设计、施工、车辆与机电设备及系统集成等方面均已取得丰富经验。

无人驾驶系统代表了目前轨道交通现代化的最先进技术，它不仅提高了列车运行的安全性能，而且与传统地铁相比，其系统的旅行速度大约提高了10％，在交通服务的供给方面具有很强的适应性和灵活性，有效保证了运营的准点性和舒适性，极大地改善了交通系统的服务质量。

作为先进的客运交通系统，将引导现代城市轨道交通发展趋势。

2基于CBTC的无人驾驶系统一般主要有以下运营模式：

ØAM模式：

无人驾驶模式；

ØAMC模式：

有人自动驾驶模式（传统的CBTC系统自动驾驶模式，同一阶段AM和AMC只有一个有效）；

Ø人工驾驶模式：

ATPM、RM和BY旁路模式；

Ø蠕动模式；

AM模式

在正常运营条件下，所有列车将运行在无人自动驾驶模式下。

AMC控制模式

该模式是完全自动模式但是车上有司机。

ATP和ATO完成与AM模式中相同的功能。

唯一的区别在于：

当ATO收到发车命令准备触发时，ATO在DDU上显示一个告警信息，通知司机按压驾驶台上的启动按钮。

人工驾驶模式

由司机人工驾驶列车运行，在人工模式下，当DDU上出现准备好的指示后，由驾驶员执行相应的操作。

蠕动模式的控制

只有当正线区间运行的列车，在AM模式下，列车的牵引/制动信号控制均出现故障时进行蠕动模式CPM，列车停车后才能启动CPM。

OCC操作员应确认并人工启动CPM模式。

在该模式下，列车的运行速度小于20kph且牵引/制动通过列车线路控制。

由ATP对CPM模式下的列车运行速度进行监控并在超速时应用紧急制动。

3相比传统的CBTC有人驾驶系统，无人驾驶系统有其特定的功能

3.1列车的自动唤醒和休眠

3.1.1唤醒

每天运营开始前或插入列车时，根据时刻表，信号系统给每列列车自动分配识别号，当两端的驾驶室都选择AM模式（在其它模式下，需人工触发唤醒程序），在即将接近列车发车时，ATS将自动给列车发送唤醒指令，列车接收到唤醒指令后，将执行车载各子系统的启动、自检和静态测试。

所有唤醒程序结束，TMS将向信号系统报告列车状态（成功或是故障代码序列）列车的唤醒过程及唤醒工况，如果唤醒不成功，将给OCC调度员提示相应的故障信息，如果列车唤醒成功，则列车可以插入运营，等待信号系统发送新的指令。

在任何时候，OCC调度员可远程人工唤醒列车。

3.1.2休眠

根据时刻表，列车服务行程结束后，列车驶入停车场库线或正线存车线并停稳后，为了节省能源和保养设备，系统将自动启动休眠程序，在休眠前，信号系统将给车辆维护系统发送提示信息，使其确认是否需下载车辆维护信息，在给定时间后，车辆关闭相应的车载子系统，进入休眠状态，仅保持唤醒部分设备持续工作。

3.2驾驶室的自动切换功能

在列车折返时，应根据移动授权的方向，自动确定运行方向，并自动激活/关闭相应的驾驶端，实现驾驶室的转换。

驾驶室的转换不能引起任何数据的丢失，如列车门的状态/控制数据，列车的状态等。

列车在站台进行驾驶端转换时，车门和屏蔽门保持开启状态，列车在折返线等非站台区进行驾驶端转换时，车门保持关闭状态。

3.3车门/屏蔽门控制功能

除了传统的系统车门/屏蔽门控制（如联动，开&关门外），还有以下应用于无人驾驶系统的故障应对功能和人工介入操作。

3.3.1屏蔽门故障应对

对于个别的屏蔽门故障，应人工将故障屏蔽门关闭并锁定，屏蔽门系统应向信号系统报告被锁定的屏蔽门的位置（包括站台号或门编号），在列车到达该站台前，信号系统将故障屏蔽门的位置发送给列车，列车将电气隔离对应的车门，使其在该站停站时不参与开、关门动作，同时车载广播通知系统通知乘客。

3.3.2列车门故障应对

对于个别车门开门故障，车辆应自动将故障车门关闭并锁定；对于车门关门故障，应人工将故障车门关闭并锁定。

车辆应向信号系统报告被锁定的车门的位置（门编号）。

在门故障的列车到达每个车站前，信号系统向该站的屏蔽门系统发送相关信息，由屏蔽门系统电气隔离相对应的屏蔽门，使其在该列车停站时不参与开、关门动作。

同时通过车载广播系统通知乘客。

3.3.3人工开、关门

在列车停站期间，可通过ATS工作站、屏蔽门站台控制盒内的开关，来人工开/关车门、屏蔽门（主要应对人工清除车门或屏蔽门所夹物体，或是不明原因的车门、屏蔽门动作不正常情况。

）。

信号联锁系统接收人工开/关车门、屏蔽门命令（屏蔽门不直接接收该命令，与屏蔽门没有接口），并检查开、关门条件成立后，才可向车辆（通过车载ATC）、屏蔽门发送该命令。

3.4站台停车位置调整

信号系统将控制正线服务的列车执行预设的停站程序。

除非信号系统发出跳停的命令，否则列车会在每个站都停车。

当列车未停在规定的停车点（±500mm）内时，ATO将自动进行站停位置调整。

若列车没完全驶入站台停车，ATO系统将再次启动列车缓慢跳跃式调整（jog）前进，直至对位。

若列车越过了站台但不超过5米的范围内，列车同样缓慢跳跃式调整后退来对位站台。

若列车越过站台超过5米限制或在给定次数之内还是未停准，则列车将直接自动启动驶到下一个车站（如果前方进路允许）而跳停本站。

并生成一个警告发送至OCC，同时启动广播向列车上的旅客播送通知。

3.5蠕动模式

当列车运行在正线区间时，通过ATO发送的牵引/制动均故障，将采用蠕动（CPM）模式。

控制中心的行车调度员将确认并人工启动蠕动模式。

在该模式下，列车以低于20km速度行使，牵引/制动通过列车数据线控制。

在CPM模式下ATP将保持监督列车速度，超速时将启动紧急制动。

蠕动模式只能在列车停车后才会启动。

当列车在行进过程中误启动蠕动模式，如果信号-车辆控制线有效，车辆应不考虑蠕动模式控制，并向行车调度员发送告警。

当列车进入站台停车后，司机上车，人工驾驶列车对位停车，引导乘客上下车。

3.6强制有人驾驶模式（ATPM）

OCC调度员可以通过工作站设置对特定区段或特定列车强制执行ATPM模式，取消其无人驾驶模式（AM）。

特定的区段必须自站台边缘开始，列车停在该区段前的车站站台时被强制进入ATPM模式。

对于特定的列车，强制ATPM模式应使列车保持停止状态。

对于强制的ATPM区段，OCC调度员可以要求复位，对于强制ATPM的列车，需由司机人工复位。

4待讨论的课题

4.1相比于传统的停车场功能，无人驾驶系统需要对停车场实现全自动停车场的管理功能

为了实现全线无人驾驶的需要，需配置全自动停车场，列车运行有ATP防护，全自动运行区域列车能以AM方式运行。

整个停车场纳入信号系统监控。

正线服务的列车自“唤醒”至“休眠”须全部纳入时刻表管理与控制。

停车场ATC系统功能与正线一致。

停车场区域列车限速为20km/h，停车线停车时，保证列车间或列车至车挡的距离不大于3m。

全自动运行停车区域被分成若干防护分区，各防护分区入口须设SPKS开关，停车场信号系统须为各分区建立逻辑防护，当SPKS被激活时，该区域被封锁，禁止该分区的列车移动，该分区也不能接、发车或调车。

在正常情况下，在停车场全自动运行区域内，列车自动运行。

OCC调度员或本地调度员也可人工介入指挥列车运行。

停车场进路命令应由信号系统自动生成，调度人员通过停车场工作站，为每一运营服务周期确定列车，建立列车与时刻表的对应关系。

根据确定的规则，时刻表应触发列车“唤醒”，同样时刻表也应适时触发该车的出场进路。

停车场信号系统根据进路命令，为列车建立进路，并将移动授权传送到车载ATC。

车载ATC根据移动授权，由时刻表出场时间触发列车启动。

调度员应预先为停止正线服务的每一列车人工或是由ATS系统根据下一个列车计划，自动确定列车的存放点，并存入列车号与存放点对应表中。

当处于“停止正线服务”工况的列车运行到预定的转换轨时，ATS根据列车号自动触发进路，列车须能直接运行到指定的存车点。

4.2相比于传统的有人驾驶系统，无人驾驶系统一般需要考虑以下几个方面活动

配备综合监控系统ISCS，将车站内所有影响到行车作业或安全相关的子系统信息集成到OCC综合处理系统显示，方便OCC操作员对于全线及各车站的调度指挥。

4.2.1在列车上必须配备以下主要系统应用于无人驾驶：

Ø列车上配备有火/烟雾检测器；

Ø车载乘客广播信息设备：

✓在AM模式下时，播放计划的乘客通知。

✓在人工模式下，驾驶员可以现场进行广播。

OCC操作员也可从AV控制台进行人工广播。

Ø乘客对讲系统。

对讲设备由乘客按下位于车门位置的乘客呼叫按钮激活或由紧急手柄激活。

乘客对讲系统允许乘客请求与OCC操作员的通信。

Ø车载CCTV摄像机：

✓每节车厢内设2～4台固定式摄像机，监视车厢内的情况，

✓车头/尾各设1台固定式摄像机，监视车厢外的情况。

提供轨道和隧道内的图像，为紧急疏散或列车故障时提供隧道信息。

✓视频图象信息通过专用的无线通道送给OCC或备用OCC。

Ø列车紧急逃生门：

✓每个驾驶室配备有紧急逃生门，以供在紧急事件时乘客逃生。

当列车因故障停在隧道里时，不能通过另一列列车及时救援时，可通过列车紧急逃生门执行乘客疏散。

4.2.2在车站将需配备以下系统应用于无人驾驶：

4.2.2.1车站广播

OCC操作员可以通过选择乘客呼叫点或电梯的广播使用“选择呼叫”命令。

OCC广播：

运营信息或紧急信息。

该信息由OCC的操作员生成或从预录的信息清单中选择。

OCC操作员选择通过“选择目的地”命令，可以向一个或多个车站广播该信息。

4.2.2.2乘客导乘（PIS）

车站站台乘客指示信息可以显示后续四辆列车的发车时间及后续列车的目的地，引导乘客。

4.2.2.3屏蔽门

根据需要站台每侧安装适量的和列车精确对位停车点相对列车各车门的屏蔽门，屏蔽门和列车车门的开关同步。

当其中一扇或几扇屏蔽门（极少会同时发生）故障而无法打开时，故障信息通过信号系统送给车载系统，列车在进站停车时可以将相对应的列车门保持关闭。

同样的，当列车门故障而无法开启时，屏蔽门锁闭相对应的门。

以避免给乘客带来误导和伤害。

屏蔽门系统在站台的两头分别安装了手动控制设备，在紧急情况时可以人工控制屏蔽门的开关、或隔离屏蔽门系统。

屏蔽门系统安装了紧急逃生门，从轨道侧可以人工推开，从站台侧站台值班员使用专用钥匙可以人工开启。

4.2.2.4视频监控（CCTV）系统

车站监控采用基于IP的数字视频监控系统，监视站厅、站台信息，并将信息传送给OCC或备用OCC系统操作员。

4.3救援模式

当列车因故障停在隧道里时，需采取相应的救援措施：

4.3.1列车可移动

如果车上有多职能工作人员，由其人工驾驶列车到最近站台，疏散乘客；

如果车上没有多职能工作人员，需派遣司机到车上，人工驾驶列车到最近站台，疏散乘客；

4.3.2列车不可移动

该故障列车可以通过与一列救援车辆或另一列列车联挂，将故障列车拖到就近站台，疏散乘客后，将列车移动至下一个存车线或停车场。

当不能通过另一列列车及时救援时，可通过列车紧急逃生门执行乘客疏散:

Ø每个驾驶室配备有紧急逃生门，以供在紧急事件时乘客逃生。

Ø紧急逃生门能通过在列车内激活列车的紧急手柄才能打开，工作人员也能通过钥匙从外面打开。

4.4工作人员的防护

在无人驾驶系统中，对进入轨道的工作人员的安全防护也是至关重要的，为了防止无人驾驶列车进入工作区，正线通向隧道入口的门禁以及停车场防护分区门禁边设信号系统的区域封锁开关（SPKS）。

进入隧道、停车场防护分区前，工作人员必须激活门边的SPKS，封锁其工作区域。

取消该区域内无人驾驶列车的移动授权，禁止AM模式下的列车进入该区域。

4.5运营方案的研究

•基于无人驾驶系统的运营方案和运营管理是一个崭新的课题，除了需对信号/车辆/综合监控ISCS系统等主要系统的研究外，还应从运营筹划的软课题的研究上满足无人驾驶系统的需求。

目前在国内还未开通运营，还需借鉴国外的运营经验，培养专业技术队伍和多职能维护人员，加强控制中心（OCC）调度员的控制和指挥能力，提升中央集中实时控制的管理水平，为正确使用无人驾驶系统提供管理上的保证。

应此，在地铁无人驾驶系统建设的初期，就应研究制定出适用于国内轨道交通基本运营条件的运营目标、运营计划、运营功能、运营组织、运营维护和事故与灾害处理紧急预案等，并在应用中逐渐完善和成熟。