城市轨道交通全自动运行功能需求探讨.pdf

第2 2 期（总第5 5 3 期）城市轨道交通全自动运行功能需求探讨庞彦知（广西中国东盟综合交通国际联合重点实验室南宁学院交通运输学院，广西南宁新潮电子课题研究530200)摘要：在现代计算机、人工智能技术、现代通信技术以及系统集成技术的支持下，城市轨道交通列车的全自动运行已经成为当前研究发展的主要方向，其不仅展现了城市轨道交通系统功能与性能的先进水平，而且能够进一步提升城市轨道交通的服务质量与安全性能，降低人为因素对列车运行产生的影响。本文即在此背景下展开研究，并从调度专业、车辆专业、通信信号专业、机电专业、供电专业等方面进行功能需求分析。关键词：城市轨道交通；全自动运行；功能需求城市轨道交通的自动化运行实现必须建立在信号系统核心技术之上，由此通过车辆、通信、监控、机电、供电等子系统的协同服务，实现全过程自动化运行的效果和目的。一、调度专业功能需求(一)智能运行图借助信号系统设计可以对班车的衔接、匹配、交叉路等运作模式进行调整，一方面可以根据快慢车、大小交路、不均衡运输路线等需求，自动调整运行线路及每一段的运行速度和时间；另一方面可以根据峰期与乘客数量进行智能编排，确保列车数量与间隔时间能够满足当前的乘客需求，同时也能够保证列车资源的最小化运行，从而达到节能减排的效果。此外，在智能运行图设计过程中，还需要考虑牵引力与节能模式等因素，以此提升其服务质量与资源分配效果(二)自适应调整第一，客流实时监测及预警功能。应借助AFC、视频检测、站外地图识别、列车载重、红外线分析等技术，对列车乘客数量与流量进行实时监控，并精准分析列车各区段以及各车站的乘客数量，同时对接下来时间段内列车、车站以及区段内的客流量进行预测，进而了解并掌握一定时间内的乘客流量发展趋势，并在乘客流量状态超过载荷能力时触发预警，指引车站工作基金项目：南宁市科学研究与技术开发计划项目“交通基础设施智能运维及健康监测平台”（2 0 2 2 3 2 3 0）；2 0 2 1 年广西创新发展驱动专项“中国-东盟综合交通国际联合实验室（一期）建设”（桂科AA21077011）；广西科技基地和人才专项“广西交通新技术转移中心平台建设”（2 0 2 2 AC17007）。人员进行分流与疏导工作。第二，客控策略智能研判功能。应建立满载率、客流密度等警戒数值，当客流量数据达到或超过警戒值时，即可触发客流疏导策略与功能，各个车站、控制中心等均会收到系统提供的客控方案与限流额度，车站则可以直接联人智能引导系统，通过智能系统控制设备进行状态变更，同时工作人员也要配合，通过官方APP、微博、微信公众号等途径与平台发布客控信息，提示乘客合理选择出行方式。第三，行车策略智能调整功能。应根据满载率警戒值预设行车策略调整方案，当实时客流或预测客流达到或超过警戒值时，即可自动调整行车策略与运输方案，以此全面提高城市轨道交通系统的整体运力，尽快疏导客流，降低运载压力。（三）应急场景下的多专业联动应急管理平台具备联动应急功能，主要可以应对火灾、轨道障碍物、脱轨、区间乘客疏散与救援、区间漏水、乘客紧急呼叫与紧急制动等自动应急处置方案。当达成一定条件后，即可自动触发应急管理机制。应急警报、视频显示与对讲功能：当应急情况发生，监控处理终端可以快速根据灾情或紧急事务的级别与类型进行自动报警，监控系统可以自动联动目标区域，并由此接通视频对讲等功能。应急广播、PIDS功能：当应急情况发生，针对不同的应急场景可以自动触发智能广播，并对相应的列车、区间或车站的乘客进行安抚与引导。自动处置功能：当应急情况发生后，系统可以根据故障发生的类型或者应急场景的形式，从预案库中自动调取对应的解决方法与处理流程，同时将实施方案直接投放在监控终端屏幕、工作站屏幕等位置，并自动开启相应环控模式，还可以通过一键触发或自动190课题研究触发方式将相关信息发送给相关工作人员，引导人工配合完成应急处置工作。运行秩序快速调整功能：当处于故障或应急状态等异常情况时，系统可以采用一键式控制方式调整列车运行情况，包括连续自动扣车、方形、自动判断并执行越站行为、小交路与单双线调整、退车调整等活动，进而实现线上操作列车职能运行与管理，尽快恢复因故障等导致的运行秩序问题。同时，运行控制中心系统还应具备一键复原功能，调度方式一键恢复后，列车可以继续按照智能运行图运行。（四）灾害天气自动决策系统该系统应与气象局建立网络连接，实时更新相关气象信息，并由此建立完整的防洪防汛防涝等气象灾害预防系统，并通过色差图实时显示各个站台区域的环控设备状态。系统可以对车站或车辆基地区域进行数据与视频实时监控与监测，包括降雨量、积水高度、风向、风速等。同时，该系统也具备视频通话检测与自动报警功能。系统能够自动进行数据分析，当达到或超过预设标准值时就会触发不同等级的预警，并通过网络连接开启快速响应，将快速响应预案发送到监控终端位置，进而调整各个系统进行任务分配。假设检测到风速达到7 级，系统会向高架、地面段的列车发出限速6 0 km/h的限速要求；假设检测到雨雪天气且降水量超标时，则会发出提示更换驾驶模式；假设检测到积水量达到警戒线高度时，还可以自动发出指令升高防洪挡板。二、车辆专业功能需求(一)正常场景第一，按图自动运行功能。列车能够按照智能运行图完成运行、检车、唤醒与休眠、进站与停车、进入与退出正线服务、开门与关门、发车与折返换端等自动化操作。第二，自动调车功能。列车可以依据厂调铺排的列车调整计划，自动完成调车、转线等操作。第三，自动出人车场功能。列车在经过检修之后可以自动恢复其通信功能，列车运营模式与广播、PIDS功能可以联动，一旦模式调整，即可通过广播等方式提醒乘客或站点工作人员。进人自动运行模式后，可以自动开启照明与空调，并根据需求调整光度与空调温度。列车出人库、出人洞口时可以根据需求设定自动鸣笛操作，在不同场景要求下，可以设定鸣笛音量，避免产生不可控影响。第四，智能广播功能。列车可以根据实际情况发.191 新潮电子送自动广播或远程广播，如列车出现清客、扣车、跳停、临时停车、交路调整、重启等需求时，就会自动联动广播进行提示与说明。远程广播设备出现故障时，列车还可以通过监控终端提供广播服务。第五，温度、湿度智能调节功能。列车可以根据传感器实时动态感知列车内部的温度与湿度状态，并由此按照预设的温度与湿度标准进行空调调节，确保在不同乘客密度或不同天气条件下，给乘客舒适的乘车感受。此外，在出现故障时，列车还可以自动开启环控模式，以此确保乘客的舒适度，避免造成车厢过热。第六，牵引能耗智能调节功能。系统可以实时监测列车整体或局部的牵引情况，进而根据列车实际的运行状态、载客量以及设备运行状态等信息，自动调节合适的能耗功率，由此建立合理化的峰期牵引优化计划，在不同时段不同状态下采取不同的运行模式，既满足运营需求，又实现节能减排效果。(二)故障场景在故障场景下列车应具备自动状态检测、报警与处置功能。列车系统可以自动对其行车状态进行实时监控与持续诊断，进而根据检测数据对列车状态提供预警与分级报警功能。当出现异常数据时，系统可以自动分析并反馈故障信息，将该信息通知到下一个车站与运行控制中心，如导致故障的原因代码、该故障的一般处理意见等，甚至可以对简单故障进行自动修复处理。针对无法自动修复处理的故障，可以调动监控处理终端，由远程视频监控尝试处理故障，如可以切除气制动、启动旁路、操作复位微动开关、开启或关闭隔离车门等。列车在陷人故障时，应具备自动进站寻求维修的功能，避免出现区间故障停车问题。(三）应急场景在应急场景下，列车出现故障且需要救援时，列车可以自动触发救援模式，如连接无人挂钩、列车自动调整位置等。列车车厢设计应具备从疏散平台外部使用钥匙打开车门的功能，以此在必要条件下完成区间停车应急处置操作。同时，列车也要具备障碍物、脱轨检测功能，列车通过摄像头、传感器等多种方式进行障碍物检测，并实时传递图像，根据障碍物问题实现自动停车。通过传感器分析，可以判断障碍物的类型与特性，进而将其信息反馈到控制中心，由此选择正确的方式和工具设备处理障碍物。当车辆检测到障碍物或者发生脱轨问题时，列车系统可以自动报警并将列车运行状态和相关图像上传发送到监控处理终端 2 。第2 2 期（总第5 5 3 期）第2 2 期（总第5 5 3 期）三、通信信号专业功能需求(一)正常场景第一，信号系统支持列车自动正常作业的功能，主要包括列车的自动唤醒与休眠模式切换、库内发车与正常运行、站台的停车与发车控制、对位调整机制、站台清客操作、折返回库行动、自动洗车操作等。第二，信号系统支持依据客流增长趋势自动生成新运行线路的功能，可以通过调度一键确认，并由此发动附近停车场列车自动唤醒，进而进入客流量较大站点投入运营。第三，信号系统支持按照运行图控制列车自动运行的功能，系统可以自动判断列车的先后顺序，对不符合运行图规划次序的列车进行不触发进路处置。同时，可以增设人工编辑预设控制功能，通过人为设置预设标准进行限制与约束，如可以设定区间内最大列车数量，以此系统可以判断区间内列车数量达标后，后续列车可以自动扣停并进行等候。(二)故障场景在故障场景下，信号系统下的子系统可以进行无缝切换，当某个子系统出现故障时，即可通过中央系统、轨旁系统、车载系统、车站系统等系统的穴余设备支持正常运行。同时，列车通信设备的电源可以通过远程进行控制，包括广播、监控、无线电台等。设备发生故障时可以远程开启重启功能。此外，列车通信设备还具备自动监测与检测功能，可以实时上传运行数据，而出现故障时，系统也可以进行故障预判并尝试自我修复。(三)应急场景在应急场景下，信号系统可以支持不同场景的安全运行，对各类灾害进行自动检测和处理，如火灾、障碍物、对位隔离、雨雪天气等。四、机电专业功能需求(一)站台门机电系统应支持站台门与车门的一键保持常开功能，在高峰期确保站台大客流顺利上下车，以此实现现场灵活增停，也能便于实现列车临时清客。同时，车门与站台门也应具备安全自动监测功能，一方面要尽可能减少车门与站台门之间的缝隙，另一方面当车门或站台门出现夹人夹物现象时，即可自动触发感应装置与自动安全防护机制，既要确保车门在遇到阻力后可以迅速弹开，也要向运行控制中心等发送警报信息，以此控制列车临时扣停，并由现场工作人员进行立即处理，以此提高安全防护水平和响应速度。车门与站台门还应具备联动与隔离功能，当单个车门或站台门出现新潮电子故障与问题时，可以进行对位隔离，通过对应门无法打开的方式确保安全。此外，站台门端还应具备自动显示功能，无论运营与非运营期间，只要有车占用，就应提示占用信息，阻止他人随意入内。与站台门相关的机电等核心设备，需要建立实时监控与监测系统，根据其运行参数判断运行状态，出现故障时可以紧急报警并由监控处理终端予以操作与修复 3 。(二)自动电扶梯自动电扶梯应设置远程监控与就地控制两项功能，同时也要具备语音广播功能。此外，在智能运维过程中，需要对电梯的数据进行实时监测，出现问题或困人现象时可以自动报警，也可以对其运维保护状态、维修活动等进行记录，甚至还能针对不规范使用电梯乘客予以阻止和警告。(三)其他发生火灾等应急灾害时，火灾区域可以自动生成逃生线路指示灯，引导乘客按照指示牌顺利逃生。发生洪涝灾害时，防洪挡板可以自动上升并形成保护。此外还应设置一键操作，控制电扶梯、照明、出入口卷闸、空调、AFC设备服务等内容。五、供电专业功能需求(一）变电所智能运维系统供电系统应安装在线监测设备，由此建立在线监测、状态评估、设备信息管理等系统框架，由此通过数据采集、预警监测、故障诊断等活动，对变电所内设备完成自动化巡检、预警与数据报表输出等功能。（二）区间变电所视频监控系统设备区域应建立高清监控视频系统，对视频数据进行图像处理与分析，识别供电设备的实时状态，通过机器识别实现远程自动控制。综上所述，城市轨道交通的全自动运行已经成为其发展和追求的重要目标，在此基础上，需要从城市轨道交通相关技术系统入手，并从调度专业、车辆专业、通信信号专业、机电专业、供电专业等方面分析其功能需求，由此为城市轨道交通的全自动运行建立基础与保障。参考文献：1吴妍燕.城市轨道交通全自动运行线路的功能测试与验证 J.城市轨道交通研究,2 0 2 3(2):8 6-8 9.2马向东.市域轨道交通中的全自动运行需求 J.城市轨道交通研究,2 0 2 1(5):1 92-1 94.3陈春辉.城市轨道交通全自动运行列车的需求分析 J.城市轨道交通研究,2 0 2 1(4):1 0-1 2,1 7.192课题研究