轨道交通全自动驾驶系统集成技术研究

秦佳宁

（太原市轨道交通发展有限公司，山西太原 030000）

0 前言

近几年来，我国轨道交通迅猛发展，很多城市都将这种集快捷、舒适、整洁于一体的大运量运输工具应用进来，解决实际存在的城市拥堵问题。在未来阶段，是轨道交通发展的最为重要时期，不但要关注发展的数量，还要全面注重发展的质量。对于全自动驾驶技术而言，其可以使轨道交通系统的安全性提升上来，达到节能高效运行的目的。同时，轨道交通全自动驾驶系统属于一个非常庞大，且又复杂的一项创新工程，涉及的内容非常多，有行车、信号，还有通信等，不同的系统由不同的集成商提供，对不同集成商之间的接口进行有效的协调，可以全面提升整体系统的兼容性。

1 全自动驾驶系统集成概述

在轨道交通全自动驾驶建设过程中，拥有高效的系统集成，可以起到至关重要的作用，其可以对系统功能进行全面的寻找和发展，使各个子系统之间的兼容性得到保证。从系统设计和功能需求定义的角度出发，集成不同阶段的全生命周期，使复杂系统的实现能力提升上来。对于系统集成而言，其主要包含以下四个步骤。首先就是需求分析，其次就是系统集成，再次就是接口定义，最后就是系统验证。

以国际标准BS/ISO 15288为依据，将轨道交通行业的最佳实践和系统工程的方法这两者应用进来，开展系统集成，可以对构件全自动驾驶系统的特殊需求全面准确抓牢，避免出现任何的遗漏问题，与此同时，还可以使一些接口定义冲突或者不全问题得以规避，根本性地提升系统集成过程的可见性。

2 全自动驾驶系统集成过程

2.1 需求分析

对上海10号线和北京机场线进行深入调研，同时，以国际标准IEC62290-2为参考依据，将实际的运营需求作为重要的导向，要从运营组织和场景描述以及风险源分析这三方面入手，对原本司机承担的工作职责，在基于全自动驾驶条件下，那些被控制中心和设备系统取代的具体需求列表进行深入梳理。

2.1.1 运营场景分析

以项目的运营目标为依据，对运营管理模式和岗位设置进行确定，将三种情况的作业流程制定进来。首先是正常运营，在这一场景之中，主要包含内容如下：①运营前的准备和列车唤醒；②投入正线运行和进站停车以及站台发车；③停止正线服务和回库清扫等工作。其次是非正常运营，主要包含以下内容：①救援和跳停；②蠕动和扣车；③雨雪模式和故障。最后是紧急情况，不但有撞车脱轨和乘客紧急告警，还有火灾等。

2.1.2 风险源分析

在辨识风险源的过程中，要对16大类的风险源进行辨识，不但有碰撞、触电，还有脱轨、灾害等，通过对故障树的利用，开展系统且全面的梳理，对风险的名称进行定义，并且明确具体的事故原因，采取有效的应对措施，明确全自动驾驶在安全性和可靠性上的要求。

2.1.3 全自动驾驶总体需求

（1）列车在全线自动化运行。可以达到更高的自动化运行等级和目标，车辆在行驶过程中，以运营时刻表为依据，实现自动唤醒和休眠，同时，还可以实现自动投入和自动折返以及站台门的自动开闭，以运营需要，自动加减相应的运行车辆，达成最佳的运行控制，满足全自动化运营目标，还可以达到节能和环保要求。

（2）较高的安全性和可靠性。基于全自动运行背景，对于以往的人工作业，现下都由系统完成，举例来讲，对于列车的动、静态自检，都可以通过系统全面实现。在列车库内，对制动系统进行测试，可以获取到两列位列车的碰撞风险，所以要对相关的保护需求进行深入思考。除此以外，对于列控系统而言，其内部核心设备存在的车载设备故障远程恢复功能和自诊断功能，可以全面提升系统的可用性，提高系统的安全性与可靠性。

（3）任意地点停车。对于列车行驶而言，要求其可以在全线的任意地点都可以停车，并且在轨道行驶过程中，遇到紧急情况或者异物可以实现应急处理，又或者在遇到故障情况下，实现禁忌停车，列车可以对车辆段和停车场进行自动的出入，使自动定点行车得以实现。对于以往的线路而言，如果遇到故障和问题，一般情况下，都是司机采取相应措施，达到停车目的，对于全自动驾驶线路而言，均要由信号系统自动完成，或者通过远程操控进一步实现。

（4）低黏着运行。对于黏着控制而言，必须要进行特殊的考虑，基于有人驾驶的运营状态下，如遇到雨雪天气，驾驶员可以针对实际情况，将第一时间采取解决措施，紧急避险。基于全自动运营环境，如遇到恶劣的天气，信号系统可以对轮轨打滑的情况进行自动的感知，采取提高摩擦力措施，使行驶速度得以降低，与此同时，还可以对系统需要推出全自动运营的条件进行判断，第一时间通知相应的控制中心。

（5）站台门联动控制。实现全自动驾驶最为重要的前提条件就是站台门，根据相关统计，发现导致行车延迟的众多原因中，有人进入站台轨道区或者是对该区域进行干扰所占据的比例高达60%。如今，所有新建线路中都已经安装了站台门，但是对于全自动驾驶而言，其对于单个站台门的联动控制精准度要求更高。

2.2 系统集成

对于系统集成而言，要以轨道交通设备的地理位置为依据，进行组织，不但包含了控制中心，还涵盖了车站和车辆段，以及车辆和轨旁。以地理位置为基础，对各系统的功能进行分析，同时，还要对相互接口更贴近运营需求进行详细的分析，进而对设备功能和运营需求进行更直接的关联，从而对系统化功能的内在本质进行更深入的理解，将不同系统功能之间的关系直观的反映出来；对于特定地理位置的功能需求而言，更加容易识别跟踪，相应的系统集成通用模型，可以一种简单且清晰化的方法，进而跟踪和检查相应的运营需求和全自动价值系统的设计方法，保证所有的需求都可以满足查验要求，且实现系统的链接。在后续的集成和验收阶段，还要全程跟踪和测试所有的需求。

某一个位置的运营需求，一般情况下，都是依据多个子系统，进一步实现，对总体功能需求进一步分解，将其分到车辆、信号、通信以及行车综合自动化系统之中，不论是任何一个系统，都要以全自动驾驶本系统的特殊需求为依据，开展针对性的详细分解，并且对接口细化，如果在分解的过程中，遇到不可继续分解的情况，则表明达到相应的功能需求分析要求，就可以进一步确定相应的接口技术要求，获取到系统的集成方案。

2.3 接口定义

对两个系统之间信息交互进行管理的重要工具，就是接口，将系统接口定义好，并且对全自动驾驶的接口变化进行精准识别，将其纳入具体的合同文件，是整个项目的重中之重，也是成功关键。对于两个接口的系统，要共用同一份接口文件。

在实施全自动驾驶之后，由于受到影响发生变化的接口，又或者是新增的一些接口，全部集合在橙色区域，其主要的目的就是为了使全自动驾驶的功能需求得到满足，全面提升系统的可靠性和安全性。不论是系统的故障诊断参数数据流，还是系统的状态参数，均要以车站和轨旁，进一步上传到控制中心。这就带来的相应的问题，也就是说，改变相应的接口，不但要改变车辆和信号的接口，还要改变信号和行车综合自动化的接口。

除此以外，针对系统结构发生改变的情况，一些原本的内部接口会进一步转化为外部接口，举例来讲，对于综合监控集成自动列车监控而言，其会进一步转化为行车综合自动化系统等。

2.4 系统验证

所谓系统验证就是提供一个系统验证场所，在开展现场设置之间，就连接所有的系统设备，搭建一个测试平台，开展系统间外部接口先期验证测试，对现场存在的一些制约因素进行克服，明确缺陷，保证不同系统集成商需求功能的全面性，达到较好的兼容效果。所以就要搭建全自动驾驶半实物仿真验证测试最小系统，其属于一个验证平台，不但可以覆盖核心系统设备的功能，还可以覆盖所有的接口。在最小系统之中，不但包含了一个中心和一个车站信号以及一个车辆段，还包含了一个行车综合自动化设备，在实验室中，与相应的模拟设备结合在一起，搭建一个完整的全自动驾驶仿真系统，对比实际线路，基本接口和配置接口都完全一致，主要的目的，就是为了实现硬件最小化和功能最大化的目标。与此同时，还要使测试进度，避免会受到安装和土建方面的影响，使集成技术验证的效率根本性提升上来，对一些接口的兼容性问题进行提前的发现，并对系统的软件和硬件功能进行验证，使投资成本得以解决，保障工程的顺利进展。

在具体的实验室布局过程中，要对中心的设计和车辆以及车站布局进行充分的考虑，以实际的功能区，详细划分为以下几个区域，不但有平台服务区域，还有模拟车站以及模拟列车区和控制中心等。

3 结语

总而言之，未来轨道交通行业技术发展的方向就是全自动驾驶技术，其不但可以全面实现列车的最优控制，还可以大幅提升运输效率，而且具备环保特点，满足城市的可持续发展要求。建设完全自主的知识产权的全自动驾驶科技示范工程，并且创新集成系统，对于我国的整体轨道交通事业有着深远的影响。在未来发展过程中，积极总结系统结成经验，并且汲取国外的教训，使属于中国的全自动驾驶系统集成模型得以形成，促进轨道交通事业的全面建设和发展。