基于列车全自动驾驶下的联动预案研究与设计

张 辉，肖 孟，孙晓光

(1.兰州市轨道交通有限公司，兰州 730030；2.通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070)

1 概述

本文涉及城市轨道交通的列车自动监控系统领域。

在系统运营过程中，有经常性的人工操作，如每天早间上电、列车唤醒、列车出库等；有运行过程中的正常情况，如通信车在轨道上运行的发车停车折返、列车清客、车辆段内转线等；也有各种各样的突发事件，如火灾、运行中状态丢失、有毒有害气体泄漏等。行业内通常的解决办法是综合监控类的动作和问题利用综合监控系统进行操作和解决，信号系统类的动作和问题由调度员进行操作或由总调度员根据应急处理预案手册的内容下达命令，处理突发事件[1-2]。

其中综合监控系统继承了多数专业和系统，实现两个以上子系统间的联动操作或不同地点之间的设备联动操作。综合监控系统联动控制是由预先定义的时间或者事件触发，执行一组涉及到多个子系统的控制命令，从而完成相应子系统的协同控制。例如，当到达早间启动时间时，联动功能依次触发环境与设备监控系统、隧道通风系统、动力照明系统、广播系统等子系统的早间启动模式；而在火灾自动报警系统触发报警时，联动功能首先启动视频监控系统供调度员确认该报警所涉及到的现场情况，再由调度员进行半自动联动，触发各相关子系统的相应操作[3]。

本文在此基础上，结合城市轨道交通列车监控系统的自身情况，设计开发一种用于城市轨道交通列车监控系统的通用联动功能。

2 场景分析

既有的综合监控系统的联动功能，可以触发简单的动作，也可以触发一系列顺序执行的不同设备或不同地点之间的联动动作[4-5]。不足之处：1）随着城市轨道交通领域进入全自动驾驶时代（FAO），传统联动方案对于FAO 的支撑力度不够，例如FAO 场景中新增的休眠唤醒计划，联动方案中需要进行计划的条件判断。2）虽然将某个特定运营场景执行的涉及多个子系统的一系列步骤抽象成一个联动，执行过程中可能是并行，也可能是串行。但在界面显示的过程一个联动的系列步骤为一个列表的形式展现，执行状态的变化随着执行结果更新，列表形式无法表明各个步骤间的邻接关系，无法直观的展示该联动目前的执行阶段。3）传统联动方案需要综合监控厂商的支撑，但新增FAO 运营场景中，如休眠、唤醒、洗车等联动，整个联动环节全在信号专业内部，不涉及综合监控领域相关命令下达[6]。

2.1 以唤醒命令为例，说明唤醒基本联动预案流程

1）TIAS 根据列车唤醒时刻表，自动向允许唤醒的列车发送远程唤醒指令；

2）列车唤醒成功后，则在行调和车辆调工作站显示唤醒成功；

3）TIAS 应根据派班计划，提前规定时间（可配置）打开车库门，并自动办理出库进路；

4）若列车唤醒失败，TIAS 应自动用备用车替换主用车。若无备用车可用，则应进行报警，转人工处理。

2.2 传统综合监控实现路线

由于休眠、唤醒、洗车等联动属于FAO 中新增场景，综合监控目前并没有此联动方案。故实现路线以正线早间上电场景为例，进行说明。

1）每天早上投入运营前，行调、电调工作站应根据首列车唤醒时刻表提前一段时间T（可配置范围60 ～120 min）弹出上电提示对话框，提醒调度做好运营准备。

2）实现方案：传统联动实现方案如图1 所示。

图1 传统联动实现方案图Fig.1 Flowchart of traditional coordinated operation plan

3）存在缺陷

a.运行图数据需要根据综合监控厂商实际情况进行二次转换。针对目前投标情况，运行图重复转换成不同格式的概率大，接口需要频繁修改。

b.开发涉及多个厂商之间协调，时间成本高。

c.消息路径长，问题分析难度增加。

3 联动预案系统设计

本文将实现现有城市轨道交通列车监控系统中所有可能的触发条件，如表示信息、列车信息和计划信息等，提炼出来，进行统一的深层数据挖掘，制定出通用的控制动作描述语言，并按照标准化的控制操作流程，进行有效控制，运行的过程以有向无环图的样式直观的展现执行结果，并能储存历史情况，继续执行中断的操作等[7]。

以动态变化的列车信息和计划，根据城市轨道交通列车监控系统自身的特性加以处理提炼，得到可以识别的通用的动作触发条件和通用的动作描述语言，并实现联动定义模块，供用户根据实际情况进行联动编辑[8]。

设计的联动后台触发服务，以预案定义的触发条件为目标不间断的进行轮询或者接收其他模块发送的相关数据，并加以解析，以判断是否满足触发条件。联动后台执行服务则在预案已经触发后，解析预案中每一个步骤的具体内容，将其转化为城市轨道交通列车监控系统可以识别的命令，并将其发送给城市轨道交通列车监控系统的命令处理模块，由其进行具体的命令执行。联动后台执行服务根据每个步骤的当前状态和命令模块最终执行结果回执进行状态机制的切换，并最终执行成功或执行失败。联动程序结构图，如图2 所示。

图2 联动程序结构图Fig.2 Structure of program of coordinated operation

联动执行模块则是以有向无环图的形式直观的展示当前正在执行的预案及其具体内容，该当前预案每一个步骤的状态以不同的颜色进行区分，执行界面还提供自动化、半自动化和手动执行的方案切换，以便更好的处理具体节点步骤。

联动数据库操作模块，则负责存储联动定义模块编辑好的所有预案，并在系统启动后接收其他模块的请求命令，将数据反馈给其他各个模块。该模块还包括已执行过的历史预案信息的存储，不仅可以提供可参考的数据，当系统突然中断后可以通过查询历史预案信息恢复中断时未执行完成的预案。

4 结论

本系统目的在于提升联动方案的灵活度，减轻全自动驾驶制式下运营人员的工作强度，减少突发事件的处理时间，所以研究本系统具有非常深远的现实意义。当然系统还处在早期阶段，需要完善的地方还比较多，联预案场景还需要与业主需求深度结合，这就要求在此基础进一步深入研究，进而将该系统真正应用于现场环境。