无人驾驶系统

城市轨道交通术语

无人驾驶系统是城市轨道交通术语，该系统在设计、施工和设备制造等方面已经取得了丰富的经验, 作为先进的客运交通系统, 正引导城市轨道交通的发展趋势。

背景

世界上一些大城市经过几十年甚至上百年的建设, 已形成了城市轨道交通网, 城市轨道交通已成为市民出行的主要公共交通工具。近十余年来, 我国城市轨道交通发展速度明显加快, 特别是北京、上海、广州等城市, 正在加速新线建设并逐步形成城市轨道交通网络, 这将从根本上解决城市的公交困难状况。

随着科学技术的发展以及自动化程度的提高,世界上城市轨道交通系统的运行模式也在发生变化。近几十年中, 其发展大致经历了三个阶段：

1)人工驾驶模式

列车的驾驶员根据运行图在独立的信号系统中驾驶列车运行, 并得到ATP(列车自动保护系统)的超速监控与保护。

2)人工驾驶的自动化运行模式

列车设驾驶员, 主要操作任务是为乘客上下车开、关车门, 给出列车起动的控制信号;而列车的加速、惰行、制动以及停站, 均通过ATC(列车自动控制)信号系统与车辆控制系统的接口, 经协调配合自动完成。

3)全自动无人驾驶模式

列车的唤醒、起动、行驶、停站、开关车门、故障降级运行, 以及列车出入停车场、洗车和休眠等都不需要驾驶员操作, 完全自动完成。

我国近几年建设的新线, 多属于人工驾驶的自动化运行模式。但纵观当今世界, 科学技术的进步正在使城市轨道交通技术发生着革命性的变化。借助于全新的设计理念, 计算机网络控制技术的应用,集成电路、电子元器件和机电部件的可靠性提高, 生产制造工艺技术的革新等, 已使城市轨道交通系统的可靠性、安全性达到99 .99 %;自动化程度的提高, 使人工干预的内容越来越少, 并已达到列车驾驶员的职能完全由“自动化”系统来替代的程度。城市轨道交通技术正进入一个崭新的时期, 即“全自动无人驾驶模式”的发展期。全自动无人驾驶系统作为先进的城市公共交通系统, 代表了城市轨道交通领域的发展方向。

简介

无人驾驶系统在世界上很多城市也得到了广泛的应用, 并取得了成功, 如哥本哈根、巴黎、新加坡等的无人驾驶系统均已投入运营。同时, 还有很多城市在考虑或正在将既有轨道交通改造建成无人驾驶系统, 如巴黎、马赛、柏林、法兰克福等, 国内的上海、北京和广州等地铁也在研究和论证采用无人自动驾驶。

无人驾驶系统的列车完全在基于通信的控制系统下运行, 包括车辆段(含停车场, 以下同) 列车唤醒、车站准备、进人正线服务、正线列车运行、折返站折返、退出正线服务、进段、洗车和休眠等作业。列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动, 车门和屏蔽门的开关, 车站和车载广播等控制都是在无人的状态下自动运行。

无人驾驶系统是一项成熟的技术, 在设计、施工和设备制造等方面已经取得了丰富的经验, 作为先进的客运交通系统, 正引导城市轨道交通的发展趋势。

特点

无人驾驶系统涉及车辆、信号、通信、综合自动化等多个专业, 所有专业均应按照无人驾驶系统要求设计, 提高系统的安全性和可靠性, 加速各专业技术水平发展, 达到降低投资运营成本, 提高轨道交通运营管理水平, 优化对乘客的服务质量。与有人监督自动驾驶系统相比, 无人驾驶系统具有以下特点：

(l) 线路应完全封闭、车站设置屏蔽门, 车辆段无人自动驾驶区域应设置围栏、隔离设施和门禁等防护措施。

(2) 车辆、信号以及车辆与控制中心( 以下简称中心) 的通信系统等均应采用多重冗余技术,主、备系统之间能够实现“ 无缝” 切换, 提高系统的可靠性和可用性。

(3) 车辆应具备更高的牵引和制动控制精度，具有待班列车的自动预检、更强的故障诊断和报警、对车厢内环境的调节, 并具有多重控制方式。同时应设置车辆排障设备和脱轨检测设备, 并与信号系统接口, 在发生紧急情况时应能紧急制动。

(4) 车一地间应实现实时、安全、高速、大容量的双向通信, 包括列车控制信息传输、故障诊断与报警信息传输、车厢内闭路电视监视信息传输、中心和车站与旅客直接通话传输等。

(5) 无人驾驶系统应优先采用基于通信的移动闭塞系统, 在保证列车运行安全的前提下, 能够缩短追踪间隔, 实现列车的精确定位和实时跟踪。同时信号系统应提供特有的“ 超低速运行模式” 用于实现系统故障时的运行。信号车载和轨旁设备故障时应具有可靠的应急运行方式, 列车上应设置人工驾驶盘以作为必要时授权人工驾驶, 以及提供乘客紧急停车按钮或手柄。

(6) 车辆段应采用与正线相同的信号系统, 包括进出段联络线, 以实现全线的无人自动驾驶。段内应根据作业性质分为无人自动驾驶区域和有人驾驶区域。列车出入段进路必须预先计划并自动控制。段内自动作业包括激活列车启动自检、启动列车、将列车送至正线、送至洗车库接受预定清洗、送至预先分配的停车线和将列车休眠等。

(7) 具备快速、准确、安全的故障检测和排除功能, 以及强大的故障救援能力。无人驾驶系统应以故障一安全的ATC系统和高效智能的综合自动化系统为基础, 结合人工监视和干预机制, 建立健全运营应急预案, 当列车由于某种原因在区间停车、发生火灾、车门无法关闭等情况下, 应能够迅速将报警信息传输给中心和相关车站, 启动应急预案, 及时响应并采取措施, 提高对灾害、事故等情况下的应急处理能力。

(8) 运营管理模式发生较大变化, 中心调度员将由对人的调度关系转变为直接面向列车和旅客,原来对司机的调度电话将转变为中心与列车间的通信, 同时要直接服务旅客、指导旅客处理紧急事务及逃生。

(9) 无人驾驶系统在适当的列车编组情况下,通过缩短行车间隔, 能增加运能, 并节省车辆配置; 更高的牵引和制动控制精度可以使列车运行趋于理想的运行曲线, 降低了牵引能耗和车辆耗损;减少了驾驶员数量, 节约了人工成本。

(10) 无人驾驶系统有利于行车间隔、站停时间的精确控制, 从而提高了旅客旅行速度。列车的高安全性、高可靠性和高准点运行增强了旅客对城市轨道交通的信任度。

优越性

安全性和可靠性高

人工操作易受主观和外界因素的干扰, 因此在安全性方面存在不确定性和不稳定性, 这也是导致轨道交通故障或事故的原因之一。据不完全统计,传统的城市轨道交通线中有50 %～ 60 %的意外事件肇因是由于人的疏忽。全自动无人驾驶系统运用现代设计理念, 采用硬件和软件的冗余措施, 利用高可靠性和安全性的信号系统(ATC), 高可靠性、大容量的具有实时传输功能的通信系统, 以及具有高度的牵引/制动控制精度、快速准确的故障诊断分析与排除功能和应急疏散声光电报警指示的车辆等, 结合智能化和数字化的综合监控系统(ISCS)、运营控制中心(OCC), 依靠人工监视与干预机制来确保高安全性和可靠性。

实现列车高密度运行, 适应大客流运营需要

全自动无人驾驶系统的信号系统采用了基于无线通信技术的移动闭塞系统, 通过与车辆的高精度控制系统的技术接口来实现列车精确定位、高速运行、实时跟踪和自动折返, 有效地缩短了列车运行间隔, 提高了行车密度和旅行速度, 可适应大客流的需要。

降低建设投资和生命周期成本

列车高密度运行, 可减小列车编组、缩短车站长度;旅行速度的提高有利于减少车辆配置数量, 使建设投资得到有效控制。无人驾驶系统具有按客流自动调整运营策略和列车开行密度的功能, 能灵活地适应高峰大客流和低峰客流的运营需要, 提高列车满载率。列车不设驾驶员, 使操作人员大幅度减少;车辆配属数的减少也使维修人员数减少, 使整个维修成本下降。因此从总体比较, 全自动无人驾驶系统的生命周期成本(LCC)要比常规系统减少。

可提高服务水平和管理水平

无人驾驶系统是高科技含量的轨道交通系统, 需要有高的管理水平与之相适应。因此, 要求管理人员有较高的素质, 不仅要有较高的科技文化水平, 能沉着、机灵应对突发事件, 更要有极高的服务意识和责任感, 使运营服务水准有明显的提高。

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