張艷兵， 戴克平

(北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司， 北京 100037)

自主化全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)研究與應(yīng)用

張艷兵， 戴克平

(北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司， 北京 100037)

介紹全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)項(xiàng)目的研究目的及研究?jī)?nèi)容，提出具有普遍借鑒意義的新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用思路，形成產(chǎn)學(xué)研用、科研攻關(guān)、工程推廣相結(jié)合的技術(shù)路線；詳細(xì)說明自主化全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的研究思路，闡述場(chǎng)景和運(yùn)營(yíng)規(guī)則的研究主線，注重科研與工程相互支撐的理念；在項(xiàng)目組織實(shí)施過程中，采用國(guó)內(nèi)調(diào)研、國(guó)外調(diào)研、聯(lián)合攻關(guān)、專家咨詢的工作思路，取得豐碩的研究成果；闡述全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的架構(gòu)、創(chuàng)新點(diǎn)及解決的關(guān)鍵問題，論述FAO系統(tǒng)在減少工作重復(fù)性、降低損失成本、降低維護(hù)成本等方面所起的關(guān)鍵作用；描述系統(tǒng)的測(cè)試手段、測(cè)試過程及測(cè)試方法，測(cè)試中按照地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路中的幾個(gè)場(chǎng)景分別驗(yàn)證，包括室內(nèi)測(cè)試、停車場(chǎng)測(cè)試、樣板段測(cè)試、全線測(cè)試；通過完善的系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證，證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、技術(shù)的先進(jìn)性及項(xiàng)目管理的科學(xué)性，為全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的推廣和發(fā)展提供借鑒。

軌道交通； 全自動(dòng)運(yùn)行(FAO)； 運(yùn)營(yíng)規(guī)則； 損失成本； 系統(tǒng)測(cè)試

1 概述

全自動(dòng)運(yùn)行(fully automatic operation，F(xiàn)AO)系統(tǒng)是基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過程自動(dòng)化的新一代城市軌道交通控制系統(tǒng)[1]。

國(guó)際公共交通協(xié)會(huì)(UITP)將列車運(yùn)行的自動(dòng)化等級(jí)(Grades of Automation，GoA)劃分為5級(jí)：GoA0～GoA4，各等級(jí)的簡(jiǎn)要說明如表1所示。

表1 自動(dòng)化等級(jí)

其中GoA4為最高級(jí)別，本文所述FAO包含GoA3和GoA4兩個(gè)級(jí)別。正常情況下，GoA3與GoA4一樣，由設(shè)備自動(dòng)完成各項(xiàng)操作；故障條件下，GoA3與GoA2一樣，由車上的司乘人員處置故障，而GoA4等級(jí)則需由地面派人到車上進(jìn)行處置[2]。

據(jù)UITP的統(tǒng)計(jì)，截至2017年3月份，全球FAO運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度為850 km；預(yù)計(jì)2025年全球全自動(dòng)運(yùn)行線路將達(dá)2 300 km。

1.1 研究目的

全自動(dòng)運(yùn)行是城市軌道交通技術(shù)的發(fā)展方向，在我國(guó)尚處在起步階段，與國(guó)外差距較大。國(guó)產(chǎn)化信號(hào)、綜合監(jiān)控、通信、車輛等關(guān)鍵系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)自主化，并且具有一定的成熟性，為自主化FAO研究奠定了基礎(chǔ)。

軌道交通是現(xiàn)代城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，會(huì)長(zhǎng)期為城市提供便捷交通服務(wù)，需要用前瞻性的眼光去引導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，因此有必要以需求為導(dǎo)向，由用戶牽頭組織，聯(lián)合專業(yè)大學(xué)、一流企業(yè)，開展系統(tǒng)性的科學(xué)研究，推動(dòng)自主化裝備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

1.2 研究?jī)?nèi)容

自主化FAO系統(tǒng)研究的內(nèi)容主要包括：

1) 運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，包括正常作業(yè)場(chǎng)景、故障處理流程、應(yīng)急處置策略等；

2) 危險(xiǎn)源分析，包括危險(xiǎn)源辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及約束、完善危險(xiǎn)源檔案等；

3) 集成技術(shù)研究，包括功能需求、用戶需求、接口需求、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等；

4) 關(guān)鍵設(shè)備工程樣機(jī)定型，包括控制中心綜合自動(dòng)化設(shè)備(TIAS)、軌旁設(shè)備、車載設(shè)備(含輔助駕駛設(shè)備)、車地通信綜合承載設(shè)備(LTE-M)[3]等；

5) 仿真測(cè)試系統(tǒng)研制，包括仿真測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)與集成、信號(hào)仿真系統(tǒng)、綜合監(jiān)控仿真系統(tǒng)、無線通信仿真系統(tǒng)、列車仿真系統(tǒng)、三維視景仿真等；

6) 北京燕房線示范應(yīng)用，包括全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)工程化示范應(yīng)用、LTE-M工程化設(shè)備示范應(yīng)用[4]、制定全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則、形成全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2 技術(shù)路線

為了更有效推進(jìn)自主化全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司采用產(chǎn)學(xué)研用、科研攻關(guān)、工程推廣相結(jié)合的技術(shù)路線。

首先，吸收來自學(xué)術(shù)界的先進(jìn)前沿技術(shù)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。在課題研發(fā)過程中，根據(jù)需要與學(xué)術(shù)界展開合作和研討，使得研究成果在學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、標(biāo)準(zhǔn)界達(dá)成共識(shí)，促進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用；吸收來自學(xué)術(shù)界的先進(jìn)前沿技術(shù)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。

其次，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是涉及土建和設(shè)備等多專業(yè)的系統(tǒng)性、綜合性、創(chuàng)新性工程，需多專業(yè)頂層設(shè)計(jì)。在國(guó)家發(fā)改委、北京市各委辦、城軌協(xié)會(huì)的支持下，采用“產(chǎn)學(xué)研用”模式，以需求為導(dǎo)向，用戶牽頭組織，聯(lián)合專業(yè)大學(xué)、一流企業(yè)，開展系統(tǒng)性的技術(shù)研究。

再次，各參研單位開展自主化全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)裝備、集成測(cè)試、集成創(chuàng)新及應(yīng)用領(lǐng)域的研究，并帶動(dòng)一批全自動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的科研課題立項(xiàng)。

最后，積極推進(jìn)科研成果向工程轉(zhuǎn)化，通過國(guó)家自主創(chuàng)新示范工程進(jìn)行推廣，實(shí)現(xiàn)全部成果的落地，并培育完善的產(chǎn)業(yè)鏈。

3 研究思路及成果

研究思路以場(chǎng)景和運(yùn)營(yíng)規(guī)則為研究主線，注重科研與工程相互支撐的理念；在項(xiàng)目組織實(shí)施過程中，采用國(guó)內(nèi)調(diào)研、國(guó)外調(diào)研、聯(lián)合攻關(guān)、專家咨詢的工作思路，取得了豐碩的研究成果。

3.1 運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景和運(yùn)營(yíng)規(guī)則

從系統(tǒng)全局角度出發(fā)，結(jié)合國(guó)內(nèi)軌道交通運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，分析全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)全過程，進(jìn)行《全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景》的研究[5]。同時(shí)以此為研究主線，進(jìn)行各專業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)總結(jié)和梳理工作，最終涵蓋整個(gè)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景。

在人員方面，分析全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)控制中心、停車場(chǎng)、車站的人員組織架構(gòu)和崗位職責(zé)，并結(jié)合全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，制定系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則。

3.2 科研與工程相互支撐

為了讓科研項(xiàng)目與工程項(xiàng)目更有機(jī)地結(jié)合在一起，以用戶需求為牽引，科研與示范工程相互支撐，同步開展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的應(yīng)用方案驗(yàn)證。同時(shí)，制定嚴(yán)格的科研計(jì)劃與工程計(jì)劃，并由管理公司統(tǒng)一調(diào)配和管控，將科研成果應(yīng)用到工程中進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證；在工程實(shí)施中發(fā)現(xiàn)新需求，并繼續(xù)投入科研力量。最終實(shí)現(xiàn)二者的相互支撐。

科研項(xiàng)目成果和示范工程對(duì)接，在示范工程的停車場(chǎng)調(diào)試、樣板段調(diào)試和試運(yùn)營(yíng)過程中修訂、完善、驗(yàn)證項(xiàng)目的成果，形成閉環(huán)過程。以北京燕房線示范工程為例：1) 科研梳理的接口文檔與各專業(yè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，與燕房線總體設(shè)計(jì)對(duì)接；2) 科研編制的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)指標(biāo)體系以及驗(yàn)證方案，在燕房線樣板段和全線試運(yùn)行階段進(jìn)行驗(yàn)證；3) 科研完成的危險(xiǎn)源分析成果與燕房線示范工程的安全評(píng)估對(duì)接，為每一個(gè)危險(xiǎn)源的消除建立跟蹤文檔；4) 科研完成的運(yùn)營(yíng)規(guī)則成果與燕房線運(yùn)營(yíng)單位對(duì)接，在停車場(chǎng)、樣板段、試運(yùn)行過程中驗(yàn)證、修訂與完善。

3.3 組織實(shí)施

組織FAO參與單位有序推進(jìn)項(xiàng)目開展：

1) 國(guó)內(nèi)調(diào)研，前往北京機(jī)場(chǎng)線、上海軌道交通10號(hào)線、廣州APM線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，與運(yùn)營(yíng)管理人員、一線運(yùn)營(yíng)人員進(jìn)行深入的技術(shù)交流；

2) 國(guó)外調(diào)研，考察丹麥哥本哈根的M1、M2線及日本東京臨海新交通百合海鷗線，就FAO運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員配置、應(yīng)急處置方法等問題進(jìn)行深入交流；

3) 聯(lián)合攻關(guān)，組織參與燕房線示范工程的各研究單位進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，形成燕房線全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)解決方案，梳理全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通過聯(lián)合攻關(guān)，完善全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景、功能需求和關(guān)鍵系統(tǒng)方案；

4) 專家咨詢，組織咨詢會(huì)與評(píng)審會(huì)，邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的功能需求、接口、集成方案、運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景、應(yīng)急處置策略、運(yùn)營(yíng)規(guī)則、關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)審，并根據(jù)專家意見進(jìn)行修訂；

5) 理論與工程實(shí)踐結(jié)合，理論分析與工程實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合，通過建立模型、計(jì)算仿真和工程現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證測(cè)試進(jìn)行閉環(huán)回歸，保證科研成果的質(zhì)量。

3.4 研究成果

對(duì)自主化FAO系統(tǒng)的系列研究制定了場(chǎng)景及運(yùn)營(yíng)規(guī)則文件；分析了各系統(tǒng)的功能、接口，梳理了系統(tǒng)需求；研制出完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ZC(zone controller，區(qū)域控制器)、DSU(database storage unit，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)單元)、TIAS(train integration automatic system，行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng))、CI(computer interlocking，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖)、DCS(data communications system，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng))、LEU(lineside electronic unit，線路側(cè)電子設(shè)備)等全自動(dòng)運(yùn)行控制設(shè)備以及LTE-M綜合承載設(shè)備[6]，實(shí)現(xiàn)了休眠喚醒、自動(dòng)出庫(kù)等全自動(dòng)功能，徹底打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷。

4 FAO系統(tǒng)架構(gòu)及創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 FAO系統(tǒng)架構(gòu)

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是由七大專業(yè)、31個(gè)子系統(tǒng)、數(shù)十萬(wàn)個(gè)驅(qū)采點(diǎn)組合實(shí)現(xiàn)安全高效運(yùn)營(yíng)的復(fù)雜巨型系統(tǒng)[7]。圖1為全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，包括中心系統(tǒng)、停車場(chǎng)/車站系統(tǒng)和車載系統(tǒng)3層。

圖1 FAO系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 FAO system architecture

中心系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控列車運(yùn)行和服務(wù)乘客，如圖2所示。

圖2 FAO中心系統(tǒng)構(gòu)成Fig.2 FAO central system structure

停車場(chǎng)系統(tǒng)[8]負(fù)責(zé)洗車控制，車庫(kù)門控制等；車站系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控站內(nèi)設(shè)備，停車場(chǎng)/車站系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

車載系統(tǒng)負(fù)責(zé)列車的全自動(dòng)運(yùn)行，如圖4所示。

下面詳細(xì)說明自主化全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)及解決的關(guān)鍵問題。

4.2 遵循標(biāo)準(zhǔn)，形成場(chǎng)景，應(yīng)對(duì)變化

圖3 FAO停車場(chǎng)/車站系統(tǒng)構(gòu)成Fig.3 FAO parking/station system structure

圖4 FAO車載系統(tǒng)構(gòu)成Fig.4 FAO on-board system structure

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的采用新 技 術(shù)、應(yīng) 用 新設(shè)備，運(yùn)營(yíng)規(guī)則與系統(tǒng)的匹配度會(huì)大大影響系統(tǒng)的可用性。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)按照運(yùn)營(yíng)規(guī)則進(jìn)行適應(yīng)性匹配才能更好地發(fā)揮其效能。

自主化FAO遵循IEC—62267/62290等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合中國(guó)軌道交通特點(diǎn)，形成全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景說明書，包括正常運(yùn)行場(chǎng)景(如列車入庫(kù)、站臺(tái)開門等)及危險(xiǎn)運(yùn)行場(chǎng)景(如乘客跌落、車門夾人等)兩大類共41個(gè)子場(chǎng)景；同時(shí)針對(duì)作業(yè)流程，從危害程度與發(fā)生概率兩個(gè)維度開展初步危險(xiǎn)源分析，形成系統(tǒng)的安全需求[9]。

4.3 根據(jù)場(chǎng)景制定相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)規(guī)則

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)使得系統(tǒng)自動(dòng)化水平整體提升，在障礙物檢測(cè)、雨雪模式、車門故障、站臺(tái)火災(zāi)等故障場(chǎng)景下，可實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的自動(dòng)處理，這與非全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)有較大區(qū)別。

因此應(yīng)設(shè)立相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，制定相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)規(guī)則，充分發(fā)揮全自動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

4.4 自動(dòng)化程度提高，重復(fù)性工作減少

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)根據(jù)列車運(yùn)行的場(chǎng)景有計(jì)劃地操作，由系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)時(shí)間觸發(fā)，需要人工判斷或突發(fā)情況由中心遠(yuǎn)程控制。實(shí)現(xiàn)列車上電、自檢、段內(nèi)行駛、正線區(qū)間行駛、車站停車及啟動(dòng)、清客、端站折返、列車回段、休眠斷電、洗車等全過程自動(dòng)控制[10]。自主化FAO系統(tǒng)在自動(dòng)化方面解決如下問題：

1) 多專業(yè)高效協(xié)同。

傳統(tǒng)CBTC各專業(yè)、各子系統(tǒng)交互復(fù)雜，各個(gè)專業(yè)分屬不同平臺(tái)部署，數(shù)據(jù)不完全共享；各專業(yè)中間環(huán)節(jié)多，不能快速及時(shí)響應(yīng)應(yīng)急情況；人機(jī)界面多，降低人員監(jiān)控以及處理的辦公效率。

采用以行車指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，提供更全面的列車監(jiān)控、乘客服務(wù)、綜合維修調(diào)度及輔助決策功能，解決多專業(yè)高效協(xié)同的問題。

2) 車輛段運(yùn)行效率低。

非全自動(dòng)運(yùn)行線路，每日發(fā)車前需人工上電喚醒列車，人工完成繁瑣的日檢作業(yè)；需要人工執(zhí)行開關(guān)列檢庫(kù)車庫(kù)門的操作；需要司機(jī)手動(dòng)駕駛列車回庫(kù)，人工駕駛列車進(jìn)行清掃/洗車作業(yè)，耗費(fèi)人力，效率低下。

FAO實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遠(yuǎn)程喚醒列車，自動(dòng)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試，列車自動(dòng)回庫(kù)、自動(dòng)洗車作業(yè)，遠(yuǎn)程休眠列車、自動(dòng)發(fā)車，解決車輛段運(yùn)行效率低的問題。

3) 正線自動(dòng)化程度低。

傳統(tǒng)線路若ATO未精確停車，需退出ATO模式，司機(jī)手動(dòng)對(duì)標(biāo)；司機(jī)需人工執(zhí)行中心或計(jì)劃好的清客任務(wù)；若某個(gè)車門或站臺(tái)門單獨(dú)故障，不能區(qū)別處理；自動(dòng)折返仍需要司機(jī)進(jìn)行相應(yīng)操作。

FAO系統(tǒng)增加了車輛調(diào)和乘客調(diào)角色，F(xiàn)AM模式下的無人自動(dòng)折返，車門與站臺(tái)門的對(duì)位隔離等自動(dòng)化應(yīng)用，解決正線自動(dòng)化程度低的問題，可以有效減少重復(fù)性工作的人力投入，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高運(yùn)營(yíng)效率。

4.5 設(shè)備可用性提高，維護(hù)成本降低

車輛發(fā)車前進(jìn)行30多項(xiàng)日檢測(cè)試，一項(xiàng)通不過則禁止發(fā)車，確保列車不會(huì)帶病上線運(yùn)營(yíng)。

相對(duì)于傳統(tǒng)CBTC，驗(yàn)證手段完善，建設(shè)期測(cè)試更加充分，減少了項(xiàng)目尾工遺留，降低了運(yùn)營(yíng)期維護(hù)成本。自主化FAO系統(tǒng)在可用性方面解決如下問題：

1) 檢測(cè)檢驗(yàn)手段有限。

傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)無接口，各系統(tǒng)相對(duì)孤立，無法交叉驗(yàn)證，遺留到載客運(yùn)營(yíng)階段，影響運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。FAO增加系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)以及閉環(huán)驗(yàn)證，日檢具有31項(xiàng)自動(dòng)檢測(cè)手段，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試大綱涵蓋功能性驗(yàn)證，解決了檢測(cè)檢驗(yàn)手段有限的問題。

2) 全自動(dòng)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)要求高。

全自動(dòng)運(yùn)行需要全系統(tǒng)支持全天候(7×24 h)不間斷運(yùn)行，如果系統(tǒng)中任意一點(diǎn)出現(xiàn)故障，就有可能造成服務(wù)質(zhì)量的下降，甚至行車的大面積延誤，要求該系統(tǒng)具有極高的可靠性。

FAO系統(tǒng)采用完善的設(shè)備冗余方案，包括：車載頭尾設(shè)備冗余、ATP三取二冗余、ATO雙系統(tǒng)熱冗余、地面設(shè)備二重冗余、網(wǎng)關(guān)多地四重冗余等手段，使得系統(tǒng)設(shè)備可用性提高，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，解決全自動(dòng)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)要求高的問題。

4.6 系統(tǒng)集成度提高,維護(hù)成本降低

信號(hào)系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了集成(TIAS)，數(shù)據(jù)源由統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行管理，為軌道交通運(yùn)營(yíng)整體信息化奠定了基礎(chǔ)。

通過統(tǒng)一的維修平臺(tái)，基于大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行系統(tǒng)的綜合維修維護(hù)，提高系統(tǒng)預(yù)防性維修能力，降低維護(hù)成本。自主化FAO系統(tǒng)在集成度方面解決如下問題：

1) 統(tǒng)一維護(hù)。

傳統(tǒng)運(yùn)行線路存在運(yùn)行信息誤報(bào)、漏報(bào)，獲取信息不及時(shí)，維護(hù)流程繁冗耗時(shí)，對(duì)廠家支持不友好等問題。

自主化FAO采用IMS(綜合維修維護(hù)系統(tǒng))，實(shí)現(xiàn)了信息統(tǒng)一發(fā)布、狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、集中維護(hù)管理、廣泛廠家支持等功能，解決了統(tǒng)一維護(hù)的問題。

2) 不同需求及場(chǎng)景的應(yīng)急處理。

傳統(tǒng)運(yùn)行線路存在維修庫(kù)存數(shù)量不清、地鐵客流量變化無感知、故障原因定位難、故障趨勢(shì)難掌控等問題。

自主化FAO采用云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)整維護(hù)庫(kù)存?zhèn)浼?、感知地鐵客流擁擠指數(shù)、故障歷史數(shù)據(jù)分析、故障趨勢(shì)預(yù)警等功能，信息化及數(shù)據(jù)源統(tǒng)一化為實(shí)現(xiàn)更多系統(tǒng)集成的需求提供基礎(chǔ)，解決不同需求及場(chǎng)景的應(yīng)急處理問題。

5 測(cè)試驗(yàn)證

為了安全可靠地推進(jìn)自主化FAO，并使其成果順利落地，測(cè)試驗(yàn)證基本貫穿整個(gè)項(xiàng)目的全過程，盡可能早期發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)校正。項(xiàng)目測(cè)試驗(yàn)證過程如下：

5.1 室內(nèi)測(cè)試

完成了全自動(dòng)運(yùn)行半實(shí)物仿真測(cè)試驗(yàn)證最小系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及平臺(tái)的搭建。在測(cè)試平臺(tái)經(jīng)過1年的測(cè)試，執(zhí)行了4.6萬(wàn)條用例，通過用例序列設(shè)計(jì)和先進(jìn)的測(cè)試手段以及測(cè)試管理方式，保證了產(chǎn)品和系統(tǒng)的完備測(cè)試。

5.2 停車場(chǎng)測(cè)試

執(zhí)行了3.8萬(wàn)余條用例，F(xiàn)AO用例占比約60%，完成了全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的功能測(cè)試，為樣板段測(cè)試奠定了良好基礎(chǔ)。

5.3 樣板段測(cè)試

通過樣板段測(cè)試，F(xiàn)AO系統(tǒng)在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到了較穩(wěn)定跑圖的水平，并且通過在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、試驗(yàn)段測(cè)試、北京燕房線樣板段應(yīng)用，充分驗(yàn)證了LTE-M綜合承載的可行性及優(yōu)越性。

5.4 全線測(cè)試

目前，北京燕房線已進(jìn)入全線動(dòng)車調(diào)試階段，調(diào)試的重點(diǎn)難點(diǎn)有：日常運(yùn)營(yíng)及故障演練，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)規(guī)則；進(jìn)行FAO系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則培訓(xùn)；針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程、問題優(yōu)化場(chǎng)景文件及聯(lián)調(diào)大綱；多系統(tǒng)穩(wěn)定性考核；全系統(tǒng)144 h不間斷運(yùn)營(yíng)；根據(jù)工程實(shí)施情況，完善設(shè)備集成、總體設(shè)計(jì)、施工等招標(biāo)要求，服務(wù)于后續(xù)線路招標(biāo)。

5.5 安全認(rèn)證

在工程層面對(duì)全自主化的信號(hào)、通信、車輛等與行車直接相關(guān)的系統(tǒng)，采用國(guó)際通用安全認(rèn)證流程進(jìn)行全方位RAMS管理[11]，進(jìn)一步確保自主化FAO的安全性。

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)北京燕房線自主化FAO系統(tǒng)的研究及工程應(yīng)用，提升了對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)內(nèi)涵的理解，從早期的全自動(dòng)駕駛到現(xiàn)在的全自動(dòng)運(yùn)行，深刻認(rèn)識(shí)到：全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的目的是進(jìn)一步提升城市軌道交通運(yùn)行系統(tǒng)的安全與效率，是衡量城市軌道交通系統(tǒng)可靠性、安全性、可用性、可維護(hù)性及先進(jìn)性的標(biāo)尺。

自主化FAO系統(tǒng)科研推動(dòng)燕房線示范工程的實(shí)施，反過來又促進(jìn)了科研。燕房線示范工程即將在2017年底開通試運(yùn)營(yíng)，在運(yùn)營(yíng)過程中，我們將進(jìn)一步研究并完善全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則，探索出一套適用中國(guó)國(guó)情的全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)模式。

北京地鐵3、12、17號(hào)線及新機(jī)場(chǎng)線等新一輪項(xiàng)目建設(shè)擬采用FAO技術(shù)，為自主化FAO系統(tǒng)提供了推廣應(yīng)用的空間。此外，期望北京自主化FAO系統(tǒng)的研究及工程示范應(yīng)用，起到持續(xù)推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、促進(jìn)軌道交通安全運(yùn)營(yíng)水平提升的作用，能為其他城市的軌道交通建設(shè)提供有益的借鑒。

[1] 王偉.面向互聯(lián)互通的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2016(4):56-60.

WANG Wei.Interconnection oriented fully automatic operation system[J].Railway technical innovation, 2016(4):56-60.

[2] 宋傳龍.基于CBTC 控制的列車全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)( FAO)的發(fā)展及應(yīng)用[J].電子世界，2014(3):31-32.

SONG Chuanlong.Development and application of full automatic operation system (FAO) based on CBTC control[J].Electronics world, 2014(3):31-32.

[3] 戴克平，吉樹新.TD-LTE在城軌全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015(4):9-12.

DAI Keping，JI Shuxin.Research on application of TD-LTE in fully automatic operation system of city rail traffic[J].Railway technical innovation, 2015(4):9-12.

[4] 戴克平，韓志永.基于TD-LTE技術(shù)的車地?zé)o線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無線電通信技術(shù)，2015，41(6):6-9.

DAI Keping，HAN Zhiyong.Design of train-ground wireless communication system based on TD-LTE technology[J].Radio communications technology， 2015，41(6):6-9.

[5] 閆宏偉，燕飛.城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)及安全需求[J].都市快軌交通，2017，30(3):50-55.

YAN Hongwei，YAN Fei.Fully automatic operation system and its safety requirement of urban rail transit[J].Urban rapid rail transit, 2017,30(3):50-55.

[6] 戴克平.LTE-M車-地?zé)o線通信系統(tǒng)抗干擾研究[J].鐵道通信信號(hào)，2017，53(2):47-50.

DAI Keping.Research on anti-interference of LTE-M train-wayside wireless communication system[J].Railway signalling & communication, 2017,53(2):47-50.

[7] 肖衍，蘇立勇.軌道交通全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)集成技術(shù)研究[J].中國(guó)鐵路，2015(5):109-113.

XIAO Yan，SU Liyong.Research on integrated technology of automatic operation system for rail transit[J].Chinese railways, 2015(5):109-113.

[8] 黃志紅.車輛段/停車場(chǎng)增設(shè)全自動(dòng)運(yùn)行功能的分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2015(5):4-6.

HUANG Zhihong.Analysis of automatic train operation function of depot and parking yard[J].Modern urban transit, 2015(5):4-6.

[9] 張海濤，梁汝軍.地鐵列車全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)方案[J].城市軌道交通研究，2015(5):33-37.

ZHANG Haitao，LIANG Rujun.The subway solution of fully automatic operation system[J].Urban mass transit，2015(5):33-37.

[10] 武長(zhǎng)海.城市軌道全自動(dòng)無人駕駛技術(shù)應(yīng)用探討[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2016，13(5):54-58.

WU Changhai.Application of full automatic driverless technology in urban rail transit[J].Railway signal & communication engineering, 2016, 13(5):54-58.

[11] 杜薇.全自動(dòng)運(yùn)行燕房線工程七大核心設(shè)備系統(tǒng)獨(dú)立RAMS評(píng)估研究[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015(4):22-28.

DU Wei.Independent RAMS evaluation and research on seven core equipment system of fully automatically operated Yan-Fang Line project[J].Railway technical innovation, 2015(4):22-28.

ResearchandApplicationofIndependentlyDevelopedFullyAutomaticOperationSystem

ZHANGYanbing,DAIKeping

(Beijing Metro Construction and Management Co., Ltd., Beijing 100037)

This paper introduces the purpose and research content of the fully automatic operation (FAO) project and explains the technical research and development as well as application route, which emphasizes cooperation among industries, universities, technologies and application to practical engineering projects. The research ideas of the independently developed FAO system are described in detail. The research line of the scene and the operation rule are expounded, and the mutually supporting idea of scientific research and engineering is described. In the process of project organization and implementation, the working ideas of domestic research, foreign research, joint research and expert consultation are adopted, and great research achievements have been obtained. The architecture, innovation and key problems that have been solved for the fully automatic operation system are introduced, and the key role of the FAO system in reducing work repetition, costs of losses and maintenance costs is discussed. The system test measure, the test process and the test method are described. The tests in accordance with the actual operation of the subway line in a few scenes were verified, including indoor test, parking test, sample section test and full line test; through complete system test and verification, it proves the rationality of the system design, the advancement of the technology, and the scientific nature of the project management, which provides a reference for the promotion and development of fully automatic operation system.

metro; fully automatic operation (FAO); operation rule; loss cost; system test

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.06.001

TN929.52

A

1672-6073(2017)06-0001-06

2017-09-13

2017-10-09

張艷兵，女，本科，高級(jí)工程師，設(shè)備管理總部部長(zhǎng)，主要從事軌道交通信號(hào)技術(shù)的研究，Zhangyb807@126.com

北京科學(xué)技術(shù)委員會(huì)社會(huì)發(fā)展領(lǐng)域項(xiàng)目(D161100000116001)

(編輯：曹雪明)

“新一代智慧型城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)”研究取得重大進(jìn)展

2017年9月24日，北京電工技術(shù)學(xué)會(huì)組織召開了“新一代智慧型城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)”科技成果評(píng)價(jià)會(huì)。該科技成果由北京交通大學(xué)、北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司、北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司、北京千駟馭電氣有限公司、中鐵電化局集團(tuán)有限公司聯(lián)合申報(bào)。中國(guó)工程院院士顧國(guó)彪、中國(guó)工程院院士韓英鐸、國(guó)家自然科學(xué)基金委工程與材料科學(xué)部電氣科學(xué)與工程學(xué)科主任丁立健、北京地鐵運(yùn)營(yíng)公司副總經(jīng)理劉建等九名專家參加了成果評(píng)價(jià)。

專家組聽取了北京交通大學(xué)劉志剛教授所做的工作總結(jié)報(bào)告和課題技術(shù)總結(jié)報(bào)告，審查了相關(guān)成果證明材料。經(jīng)質(zhì)詢和討論，評(píng)價(jià)委員會(huì)一致認(rèn)為，該科技成果集牽引供電、能量回饋、無功補(bǔ)償和智能融冰四大核心功能于一體，提出基于整體綜合優(yōu)化為目標(biāo)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法和能量流控制策略，具有顯著的創(chuàng)新性。其在系統(tǒng)集成、分散式無功補(bǔ)償、分布式協(xié)同控制、車地一體化匹配、諧波對(duì)消、裝置健康評(píng)估等方面完成了核心關(guān)鍵技術(shù)研究，形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果。在軌道交通分散式無功補(bǔ)償、分布式協(xié)同控制、車地一體化匹配、智能融冰等關(guān)鍵技術(shù)方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

(中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)專家和學(xué)術(shù)委員會(huì)供稿)