丁建中

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，上海 201103)

無人駕駛系統(tǒng)是將列車駕駛員執(zhí)行的工作完全自動化的、高度集中控制的列車控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具備列車自動喚醒啟動和休眠、自動出入停車場、自動清洗、自動運行、自動停車和自動控制車門上下客等功能。其具有正常運營、降級運營、運營中斷等運營模式。

隨著信號、車輛、通信和綜合監(jiān)控等領(lǐng)域及系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展,城市軌道交通無人駕駛技術(shù)日趨成熟,并在許多城市的軌道交通線路上開始載客運營。在國內(nèi),由于對無人駕駛線路的運營管理沒有可借鑒的經(jīng)驗,所以對無人駕駛系統(tǒng)的運營管理及操作模式的研究顯得尤為重要和迫切。通過探討無人駕駛管理模式,以滿足我國應(yīng)用無人駕駛技術(shù)管理的新要求[1]。

1 無人駕駛系統(tǒng)的主要特點

無人駕駛線路相對于傳統(tǒng)的有人駕駛線路,從運營及維護(hù)的角度來看,主要有如下特點[2]。

(1)設(shè)備系統(tǒng)高度自動化。無人駕駛系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了列車駕駛技術(shù)的最高境界。系統(tǒng)實現(xiàn)的高度自動化,有效解決了列車的自動控制和遠(yuǎn)程無線遙控、自動障礙物識別控制、自動故障信息的實時傳輸和實現(xiàn)控制中心對每一列車內(nèi)部的實時視頻監(jiān)控。在保障列車行駛安全的情況下實現(xiàn)無人駕駛停車場的自動化作業(yè),并大幅度提高系統(tǒng)的作業(yè)效率,減少了有人駕駛時存在的人為因素造成列車運營的影響,提高了乘客服務(wù)的質(zhì)量。

(2)設(shè)備系統(tǒng)高度安全化。由于列車運營作業(yè)在無司機(jī)監(jiān)護(hù)的狀態(tài)下,完全由設(shè)備系統(tǒng)保證安全,故在無人駕駛系統(tǒng)設(shè)計時,采用行業(yè)安全最高等級安全完善度等級4(Safety Integrity Level 4,SIL4)標(biāo)準(zhǔn),確保在最不利的條件下,系統(tǒng)能保證高可靠性、高可用性和高安全性,并在故障時實現(xiàn)故障導(dǎo)向安全。

(3)控制管理高度集中化。主要表現(xiàn)在3個方面:①控制中心調(diào)度員從面向列車司機(jī)和司機(jī)再面向乘客的關(guān)系(有人駕駛),轉(zhuǎn)變?yōu)閺拿嫦虺丝偷闹苯雨P(guān)系(無人駕駛),并通過控制中心與列車間的視頻及語音通信設(shè)備,識別及處理列車上乘客的事件;②由原來控制中心調(diào)度員通過司機(jī)處理的設(shè)備故障和列車控制職能轉(zhuǎn)變?yōu)橛煽刂浦行恼{(diào)度員直接處理和控制無人駕駛列車的運行;③增加了線路多職能保障隊伍,直接聽從控制中心調(diào)度員的指令,完成和處理非正常運營狀態(tài)下的應(yīng)急作業(yè),必要時履行司機(jī)的駕駛職責(zé),故對保障人員的綜合素質(zhì)有更高的要求。

2 無人駕駛系統(tǒng)的體系管理

2.1 無人駕駛系統(tǒng)的主要運營模式

根據(jù)無人駕駛線路的特點,需要將無人駕駛線路劃分為以下3個系統(tǒng)運行狀態(tài)(模式)。

(1)正常狀態(tài)(模式)?？刂浦行?Operation Control Centre,OCC)為確保線路正常運營而計劃并執(zhí)行每日運營操作,下達(dá)運營指令。當(dāng)列車故障時,列車可進(jìn)入非緊急降級狀態(tài)(模式)或緊急降級狀態(tài)(模式),控制中心調(diào)度員根據(jù)具體情況,可發(fā)出退出運營的指令,命令車輛回庫修理。運營模式狀態(tài)和管理流程圖如圖1所示。

圖1 運營模式狀態(tài)和管理流程圖

(2)非緊急降級狀態(tài)(模式)。系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)異常,但是仍然可以維持運營,經(jīng)處理后不會影響到列車的運行,也可根據(jù)控制中心指令退出運營。

(3)緊急降級狀態(tài)(模式)。在此降級模式下,設(shè)備故障需要立即修復(fù),控制中心調(diào)度員應(yīng)作出快速的反應(yīng),以避免情況進(jìn)一步惡化,如不可修復(fù),則需立即清客或救援并退出運營。

(4)配合無人駕駛管理的系統(tǒng)功能。車輛配備視頻監(jiān)控系統(tǒng),控制中心可通過視頻圖像了解車內(nèi)情況,對事件或故障作出正確反應(yīng),乘客可通過車載對講系統(tǒng)與控制中心乘客調(diào)通話交流。當(dāng)需要有人駕駛車輛時,巡邏人員可打開駕駛臺蓋板,實施駕駛操作,此時車載系統(tǒng)設(shè)備自動將控制中心與乘客的通話權(quán)轉(zhuǎn)換為控制中心直接與司機(jī)通話,司機(jī)與乘客對話的管理關(guān)系?？刂浦行恼{(diào)度員、乘客、司機(jī)和視頻監(jiān)控關(guān)系圖如圖2所示。

圖2 控制中心調(diào)度員、乘客、司機(jī)和視頻監(jiān)控關(guān)系圖

2.2 無人駕駛系統(tǒng)的運營管理

通過對線路運行狀態(tài)(模式)的分析和定義,明確線路運營模式所應(yīng)解決問題的需求及目標(biāo)。針對上述3種模式,在運營體系和維修體系的崗位配置、職能上有如下主要內(nèi)容。

(1)控制中心設(shè)備布置及作用。在無人駕駛線路中,控制中心作為線路運營的決策中心,管理正線和停車場的自動化區(qū)域,決定現(xiàn)場應(yīng)該采取何種操作規(guī)程或救援措施。當(dāng)需要現(xiàn)場干預(yù)時,控制中心調(diào)度員可要求車站值班員、站臺操作員或多職能巡邏人員提供協(xié)助,并進(jìn)行現(xiàn)場非正常情況的干預(yù)。

控制中心調(diào)度員通過控制中心的控制大廳系統(tǒng)設(shè)備控制整條線路的各個系統(tǒng)。線路狀態(tài)數(shù)據(jù)、地面固定設(shè)備和列車的所有數(shù)據(jù)都將傳輸?shù)娇刂浦行牡目刂拼髲d?？刂拼髲d可設(shè)置一個大型的線路地圖(大屏幕)或各專業(yè)系統(tǒng)終端來監(jiān)控所有的行車數(shù)據(jù),行使運營指揮權(quán)。

控制中心在任何時候均可接收到列車運行情況的實時信息,以驗證有沒有異常報警活動。如果控制中心調(diào)度員認(rèn)為必要,可派遣多職能巡邏人員至列車,對故障進(jìn)行確認(rèn)和詳細(xì)說明,控制中心接到報告后,對故障作出反應(yīng)。

當(dāng)現(xiàn)場故障發(fā)生時,控制中心的調(diào)度員必須作出故障重要性的決定,該事件可能是非技術(shù)性的(如火災(zāi)/煙霧報警、炸彈恐怖襲擊等),必須啟動相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案,處理此類事件。

控制中心的系統(tǒng)設(shè)備包括:行車系統(tǒng)設(shè)備、車站系統(tǒng)設(shè)備和列車車載系統(tǒng)設(shè)備。其中,行車系統(tǒng)設(shè)備包括:列車自動控制系統(tǒng)(Automatic Train Control,ATC),列車監(jiān)控系統(tǒng)(Automatic Train Supervision,ATS),專用無線通信系統(tǒng)(Terrestrial Trunked Radio,TETRA),綜合監(jiān)控系統(tǒng)(Integrated Supervision Control System,ISCS),閉路電視系統(tǒng)(Close Circuit Television,CCTV),乘客廣播(Public Adress,PA),乘客信息系統(tǒng)(Passenger Information System,PIS),電源設(shè)備(如主變、牽變和降變設(shè)備),隧道通風(fēng)(如隧道通風(fēng)機(jī)),隧道照明及隧道疏散引導(dǎo)照明系統(tǒng)等。車站系統(tǒng)設(shè)備包括:車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、排水系統(tǒng)、扶梯、電梯、照明設(shè)備、方向標(biāo)記等,站臺屏蔽門(Platform Screen Doors,PSD),火災(zāi)報警設(shè)備(Fire Alarm System,FAS),樓宇自動化系統(tǒng)(Building Automatic System,BAS),自動售檢票系統(tǒng)(Automatic Fare Collection,AFC),門禁系統(tǒng)(Access Control System,ACS)等。

由于無人駕駛系統(tǒng)具有高度集中管理的要求,調(diào)度員的專業(yè)分工更加細(xì)化,專業(yè)水平和系統(tǒng)設(shè)備運行管理的經(jīng)驗要求更高。除了設(shè)置基本的行車調(diào)度員、車輛場調(diào)度員、總調(diào)度員外,增設(shè)了乘客調(diào)度員和維護(hù)調(diào)度員[3]。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備集成的特點,設(shè)置了綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度員,負(fù)責(zé)電力、環(huán)控、防災(zāi)報警和電視監(jiān)控等車站系統(tǒng)設(shè)備管理。該管理配置既適用于無人駕駛系統(tǒng)管理,也適用于有人駕駛系統(tǒng)管理,是對既有運營線路有人駕駛系統(tǒng)管理要求的提升和服務(wù)質(zhì)量的提升。

OCC調(diào)度大廳調(diào)度員的席位(崗位)布置[4]見圖3。該崗位配置已應(yīng)用于上海地鐵10號線控制中心,控制中心物理位置選址在停車場內(nèi)。根據(jù)對上海地鐵10號線的近期、中期和遠(yuǎn)期客流的研究分析,該席位設(shè)置能基本滿足運營調(diào)度指揮要求,如遇大客流提前到來或有進(jìn)一步提升對乘客服務(wù)響應(yīng)需求時,可啟用備用行調(diào)或備用乘客調(diào)崗位靈活應(yīng)對。

(2)車站日常管理及應(yīng)急管理。①日常管理。由于無人駕駛系統(tǒng)的高度自動化,系統(tǒng)正常運營時,車站及軌旁值班員主要是管理車站的乘客服務(wù),他們必須對乘客的要求作出快速反應(yīng),以確保實現(xiàn)對乘客的高質(zhì)量的服務(wù)。其中:車站值班員負(fù)責(zé)查看車站設(shè)備,回答和解決乘客的提問和要求,管理車站秩序;站臺操作員主要負(fù)責(zé)幫助和引導(dǎo)乘客上下車,并及時處理車門或屏蔽門故障,以確保列車能正常載客;線路多職能巡邏人員在線路運營時主要是處理列車客室內(nèi)與乘客相關(guān)的服務(wù)內(nèi)容,當(dāng)線路或列車出現(xiàn)故障的時,在控制中心調(diào)度員的指令下,處理現(xiàn)場故障。②應(yīng)急管理。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障降級運行時,車站及軌旁值班員必須配合控制中心調(diào)度員處理故障。當(dāng)線路某個區(qū)段以中央控制模式運行時,車站值班員可以在緊急情況下不經(jīng)過控制中心的授權(quán),直接獲取該線路區(qū)段的控制權(quán);當(dāng)車站獲得該線路區(qū)段的控制權(quán)后,所有的進(jìn)路應(yīng)由車站值班員人工設(shè)置。必須強調(diào)的是正常和降級操作模式的活動都由控制中心調(diào)度員監(jiān)控和協(xié)調(diào)。控制中心調(diào)度員可在任何時刻請求巡邏人員、車站的操作員在列車上、軌道上或是線路的其他任何地方給予幫助。車站值班員、站臺操作員和巡邏人員只需負(fù)責(zé)按照控制中心調(diào)度員的命令或授權(quán)來處理本地降級模式。

2.3 無人駕駛系統(tǒng)的維護(hù)管理

圖3 控制中心OCC調(diào)度大廳調(diào)度員席位布置圖

維護(hù)活動獨立于運營活動,但這兩個實體之間有著緊密的聯(lián)系。在無人駕駛維護(hù)管理體系中,日常維護(hù)與有人駕駛管理體系要求基本一致,但在無人駕駛維護(hù)管理中應(yīng)急維護(hù)顯得尤為重要。具體表現(xiàn)在下面3個方面。

(1)設(shè)置控制中心維護(hù)調(diào)度。集中維護(hù)的信息管理能更加快速地響應(yīng)和解決故障,并提供行車調(diào)、綜合調(diào)和乘客調(diào)的決策支持。當(dāng)故障被診斷為需要執(zhí)行搶修預(yù)案,控制中心調(diào)度員可組織進(jìn)行臨時服務(wù)。

維護(hù)部門能根據(jù)控制中心維修調(diào)度員的要求進(jìn)行干預(yù)排故,使運輸網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)到完全可用的狀態(tài)(如道岔電機(jī)故障等)。

(2)維護(hù)信息可自動地以無線傳輸?shù)姆绞教峁┙o維護(hù)部門。地面或車載設(shè)備故障報警信息,按重要性等級快速提供給控制中心維護(hù)終端,由維護(hù)調(diào)度按重要性下達(dá)維護(hù)指令;當(dāng)列車進(jìn)入自動化停車場后,通過專用車地通信無線系統(tǒng),將車輛數(shù)據(jù)自動下載到地面維護(hù)信息數(shù)據(jù)庫中,作為維護(hù)人員的數(shù)據(jù)分析和維護(hù)依據(jù)。

(3)系統(tǒng)提供了維護(hù)人員的防護(hù)功能。由于無人駕駛系統(tǒng)沒有設(shè)置司機(jī)崗位,沒有了瞭望防護(hù)的功能,故為了確?，F(xiàn)場維護(hù)人員的人身安全,系統(tǒng)設(shè)計了封鎖防護(hù)區(qū)域開關(guān)。當(dāng)維護(hù)人員需要在軌行區(qū)作業(yè)時,啟動該維護(hù)防護(hù)開關(guān),使運行列車無法越行,解決了安全作業(yè)問題。

3 問題與展望

(1)無人駕駛線路與有人駕駛線路的不同特性決定了無人駕駛線路必須采取不同于以往有人駕駛線路的運營模式、維護(hù)模式。管理架構(gòu)應(yīng)按扁平化和集中高效的原則設(shè)計,并將指揮體系人員的專業(yè)配置要求作為設(shè)計的必要條件[5]。控制中心、車站和維修車間業(yè)務(wù)管理關(guān)系如圖4所示。

圖4 控制中心、車站和維修車間業(yè)務(wù)管理關(guān)系圖

控制中心調(diào)度員既要具備行車指揮能力,又要具備準(zhǔn)確判別事故原因和實施遠(yuǎn)程操作控制的能力,建議同時具備1年以上的地鐵列車駕駛經(jīng)驗。維修調(diào)度員應(yīng)具備專家級標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)對故障狀態(tài)和突發(fā)事件作出快速并正確的反應(yīng),提供行調(diào)指揮的決策依據(jù)。

(2)無人駕駛系統(tǒng)的車站管理要綜合考慮如何應(yīng)對大客流下的列車接發(fā)車的安全,適應(yīng)無司機(jī)車和有司機(jī)車混跑的應(yīng)急狀態(tài)。當(dāng)無人車在隧道中因故迫停后,如何組織救援,疏散客流,需要重點研究無人駕駛系統(tǒng)下的應(yīng)急救援體系架構(gòu),現(xiàn)場指揮體系和人員配置要求。

(3)無人駕駛的系統(tǒng)降級模式和緊急情況下的應(yīng)急運營和維護(hù)保障是管理的重點和難點,控制中心的部分指令需要地面人員的配合落實。應(yīng)建立一支具備多職能能力的人員組成的專業(yè)隊伍(建議從車輛、信號等專業(yè)維修人員中選拔),完成在列車上進(jìn)行一般故障的排除和履行列車司機(jī)職責(zé),處理列車上乘客的問題和應(yīng)急搶險,并保持與控制中心的無線聯(lián)系,提供行車指揮的決策依據(jù)。

(4)維護(hù)體系的網(wǎng)絡(luò)化和智能化是提供無人駕駛系統(tǒng)維護(hù)支持的必要條件。故障的自動識別,故障信息的實時報告,自動提供分析數(shù)據(jù)和決策意見,在無人駕駛系統(tǒng)設(shè)計時,應(yīng)專題研究,并提供維護(hù)體系架構(gòu)建議。

研究無人駕駛系統(tǒng)對運營管理和維護(hù)管理的新要求,對完善無人駕駛系統(tǒng)的功能,更加適應(yīng)管理要求,促進(jìn)無人駕駛系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),運營管理標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)的制定具有積極意義。

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