列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)已經(jīng)在地鐵線路上廣泛地使用了數(shù)十年，但是這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)已開始在更具挑戰(zhàn)性的主線環(huán)境中發(fā)揮作用。Keith Barrow從維也納報(bào)道，該行業(yè)是如何準(zhǔn)備抓住機(jī)會(huì)將ATO應(yīng)用于重型鐵路網(wǎng)絡(luò)。

倫敦Thameslink網(wǎng)絡(luò)將在2018年年底創(chuàng)造歷史，主線鐵路上首次進(jìn)行ETCS自動(dòng)列車運(yùn)行（ATO）的商業(yè)部署。Thameslink通過(guò)城市南部和北部的組合線路與一個(gè)8 km的中央核心區(qū)段連接，形成橫穿倫敦的跨城市線路。Network Rail（NR）基礎(chǔ)設(shè)施管理公司與該供應(yīng)鏈緊密合作，研究ATO是如何通過(guò)ETCS Level 2為核心區(qū)域的地鐵提供服務(wù)。

從2018年12月開始，核心路段的載客能力將從每小時(shí)單向運(yùn)行16輛列車增加到24輛，能夠適應(yīng)每小時(shí)30輛列車的恢復(fù)頻率。

作為價(jià)值70億歐元的Thameslink項(xiàng)目的一部分，NR在基礎(chǔ)設(shè)施和機(jī)車車輛并行升級(jí)方面有優(yōu)勢(shì)，只選擇一個(gè)供應(yīng)商（西門子）提供這兩項(xiàng)服務(wù)。因此，列車供應(yīng)商有機(jī)會(huì)明確ATO所需的軌旁規(guī)范。該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試始于2013年1月，即機(jī)車車輛生產(chǎn)前一年，也是計(jì)劃開始ATO客運(yùn)服務(wù)之前的四年。

國(guó)際公共交通協(xié)會(huì)（UITP）自動(dòng)化等級(jí)（GoA）系統(tǒng)根據(jù)分配給列車控制系統(tǒng)的責(zé)任等級(jí)來(lái)確定自動(dòng)化等級(jí)。有五個(gè)等級(jí)：

GoA 0：無(wú)列車自動(dòng)防護(hù)的人工操作；

GoA 1：有列車自動(dòng)防護(hù)的人工操作；

GoA 2：半自動(dòng)列車運(yùn)行（STO）；

GoA 3：無(wú)人駕駛列車運(yùn)行（DTO）；

GoA 4：無(wú)人值守列車運(yùn)行（UTO）。

包括Thameslink在內(nèi)的ATO應(yīng)用程序是GoA 2等級(jí)。在GoA 2等級(jí)下，司機(jī)負(fù)責(zé)關(guān)閉車門并在中斷時(shí)操控列車，但是列車運(yùn)行和停車設(shè)置是自動(dòng)執(zhí)行的。

地鐵已在GoA 2等級(jí)下運(yùn)行40多年，而全球40個(gè)城市的70多條地鐵線路目前都在GoA 4等級(jí)運(yùn)行。主線環(huán)境中應(yīng)用的ATO運(yùn)行于不同線路上不同列車類型共享相同的基礎(chǔ)設(shè)施，不可避免地產(chǎn)生一個(gè)更為復(fù)雜的命題，但正如Thameslink所示，現(xiàn)在技術(shù)上已經(jīng)變得可行了。

ATO在ETCS上的應(yīng)用于2011年首先被TEN-T項(xiàng)目考慮，并且這項(xiàng)研究得出的結(jié)論是ATO解決方案可以在主線上提供更高的容量和更低的能耗。隨后，ERTMS用戶組為主線GoA2～4等級(jí)設(shè)計(jì)一個(gè)操作概念，并進(jìn)而研發(fā)了GoA 2等級(jí)的Unisig技術(shù)規(guī)范。

該規(guī)范已交給歐盟鐵路局納入ERTMS基線3修訂版2，但最終需要圍繞ATO在ETCS的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步討論，這意味著將其納入該版本是不可行的。意味著在控制命令和信令TSI（TSI CCS）中沒(méi)有ATO在ETCS應(yīng)用的規(guī)定。

主線ATO發(fā)展的另一個(gè)重要進(jìn)展是4年一期的下一代列車控制（NGTC）項(xiàng)目，該項(xiàng)目研究ETCS和CBTC之間功能的共性和差異，目的是根據(jù)ATO和ATP主線-城市鐵路規(guī)范推動(dòng)兩個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)融合。NGTC已于2016年完成，并發(fā)現(xiàn)ATP融合是不可行的，只有ATO的“共同核心”可以在主線和城市軌道應(yīng)用之間共享。

2017年11月28日，Roman Treydel博士在維也納舉行的Railtech智能鐵路高峰會(huì)議上表示，“這個(gè)項(xiàng)目最大的好處是相關(guān)人員之間能夠相互溝通，主線工程師之間能夠進(jìn)行知識(shí)交流，從而更進(jìn)一步了解ATO在城市軌道交通領(lǐng)域的工作方式。這種方式已經(jīng)融入到下一個(gè)項(xiàng)目，成為Shift2Rail的一部分，因此，我們能夠理解ATO規(guī)范發(fā)展中遇到的所有困難。”

Shift2Rail聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新正在通過(guò)其創(chuàng)新項(xiàng)目2推動(dòng)ATO對(duì)主線應(yīng)用的研究，該項(xiàng)目旨在開發(fā)和驗(yàn)證一套標(biāo)準(zhǔn)的ATO系統(tǒng)，從而達(dá)到ETCS GoA 3/4。

由于GoA成熟等級(jí)的不同，Shift2Rail在ATO方面的工作已經(jīng)分成兩個(gè)工作流程。GoA 1和2工作流程將于2019年完成，并根據(jù)既有運(yùn)營(yíng)概念，為主線ATO制定技術(shù)規(guī)范。供應(yīng)商已經(jīng)開始了該項(xiàng)目的開發(fā)工作，阿爾斯通公司和西門子公司計(jì)劃在今年年底之前完成測(cè)試工作，預(yù)計(jì)將于2019年在英國(guó)的一個(gè)試驗(yàn)線路上進(jìn)行試驗(yàn)。歐盟鐵路局預(yù)計(jì)將發(fā)布2019年的GoA 2技術(shù)意見(jiàn)，使規(guī)范得以確定，目標(biāo)是將ATO納入到下一個(gè)將于2022年發(fā)布的TSI CCS。

GoA 3和4規(guī)范將采用基于模型的系統(tǒng)工程方法進(jìn)行開發(fā)。工作流程將運(yùn)行到2023年或2024年，且在后期階段將引入GoA 1和GoA 2，以確保所有GoA都有統(tǒng)一的規(guī)范。Treydel表示，“這對(duì)于主線轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)是非常重要的，因?yàn)闊o(wú)法假設(shè)所有列車都是GoA 4。與此同時(shí)，GoA 2已經(jīng)完全明確且非常成熟，概念是非常穩(wěn)定的。能夠增加運(yùn)載能力、提高準(zhǔn)時(shí)性、減少能源消耗?！?/p>

據(jù)瑞士Systransit公司高級(jí)系統(tǒng)工程師Xiaolu Rao博士介紹，主線ATO面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)將是車載設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的充分利用，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商所期望的效益。她解釋說(shuō)：“車載設(shè)備通過(guò)內(nèi)部控制回路-列車駕駛員控制列車-外部控制回路，由調(diào)度員將列車和基礎(chǔ)設(shè)施連接起來(lái)。交通管理系統(tǒng)（TMS）增強(qiáng)了全網(wǎng)優(yōu)化的外部環(huán)路，但外部環(huán)路的優(yōu)化對(duì)列車控制沒(méi)有直接影響。人們也開始通過(guò)司機(jī)咨詢系統(tǒng)（DAS）或ATO對(duì)車載設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，所有車載工作都可在此進(jìn)行。這樣，我們能夠改善列車駕駛情況，但是不會(huì)在解決沖突時(shí)對(duì)全網(wǎng)優(yōu)化產(chǎn)生直接影響。”

她還表示，“主線ATO面對(duì)著很多現(xiàn)實(shí)存在的沖突。我們不能忽視這一點(diǎn)，所以只有ATO車載是不夠的。TMS和ATO需要整合并進(jìn)行知識(shí)共享，便于優(yōu)化。這并不容易。TMS和ATO的詳細(xì)功能是什么？?jī)烧咧g需要傳輸哪些數(shù)據(jù)？我們需要一個(gè)規(guī)范。整合TMS與車載意味著我們將能夠減少?zèng)_突的風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

另一個(gè)挑戰(zhàn)是不同市場(chǎng)的不同運(yùn)營(yíng)商有不同的ATO優(yōu)先級(jí)。這些可能包括增加運(yùn)載量、減少能源消耗、提高乘坐舒適度或改進(jìn)計(jì)時(shí)。這些目標(biāo)中的一部分將互相矛盾——在最小化能耗的同時(shí)優(yōu)化一個(gè)軌道區(qū)段的運(yùn)載能力是困難的。而且，優(yōu)先級(jí)可隨著每天的時(shí)間和需求水平而發(fā)生變化。

2017年12月，荷蘭網(wǎng)絡(luò)首次引入10 min城際服務(wù)，主要是為了從已經(jīng)使用良好的基礎(chǔ)設(shè)施中擠出更多容量。荷蘭Prorail基礎(chǔ)設(shè)施管理公司創(chuàng)新和發(fā)展顧問(wèn)Alfons Schaafsma先生解釋表示，“ATO是鐵路未來(lái)的需要。業(yè)務(wù)案例應(yīng)該是ATO的主要驅(qū)動(dòng)因素，所以，達(dá)到業(yè)務(wù)案例目標(biāo)所需的自動(dòng)化水平是非常重要的。埃因霍溫—阿姆斯特丹可能有一個(gè)GoA 2商業(yè)案例，因?yàn)槟抢锩?0 min有一班城際列車，每15 min有一班區(qū)域列車，每30 min有一班貨運(yùn)列車，因此需要精確運(yùn)行?！?/p>

然而，與任何形式的自動(dòng)化一樣，人為因素是一個(gè)重要的考慮因素。Schaafsma表示，“人是自動(dòng)化的實(shí)施手段。成功的實(shí)施需要在這個(gè)過(guò)程的早期扮演一個(gè)重要角色——或許比我們的使用更早。運(yùn)營(yíng)商的需求應(yīng)該決定自動(dòng)化的步伐。人們參與技術(shù)測(cè)試也是非常重要的，這樣，他們才能體驗(yàn)到他們的未來(lái)?！?/p>

Schaafsma也質(zhì)疑駕駛員應(yīng)該在何種程度上負(fù)責(zé)在GoA2下的安全運(yùn)行。“在貨運(yùn)走廊（Betuweroute），噪音屏幕之間有100 km/h，幾乎沒(méi)有任何其他列車，因此，如有必要的話，駕駛員應(yīng)如何提高警惕進(jìn)行控制？駕駛員接管時(shí)如何保證安全運(yùn)行？駕駛員如何監(jiān)控自動(dòng)裝置是否正確運(yùn)行？我們還需要考慮如何避免駕駛員和信號(hào)員的負(fù)擔(dān)過(guò)重，以及如何用自動(dòng)化方式吸引駕駛員順利接受變革。”早期部署

盡管Thameslink項(xiàng)目為ATO開創(chuàng)了ETCS的先例，ATO也已成功應(yīng)用于其他信號(hào)系統(tǒng)。巴黎RERA線是世界上最繁忙的郊區(qū)鐵路線之一，每天載客120萬(wàn)人次，或每小時(shí)每方向載客量高達(dá)70 000人次。該線由一個(gè)中心核心組成，在城市的東部有2個(gè)支線，西部有3個(gè)支線，RER列車與系統(tǒng)外圍的其他列車共享軌道。

阿爾斯通公司在巴黎交通管理局（RATP）授予的價(jià)值2,000萬(wàn)歐元的合同下開發(fā)了ATO解決方案。該系統(tǒng)于2017年投入使用，在中央核心控制著5輛MI09雙層動(dòng)車組和兩輛老式MI2N列車。該線全線100列車將在2018年年底前準(zhǔn)備好。

阿爾斯通公司表示已為該項(xiàng)目采用了一個(gè)項(xiàng)目特定的虛擬測(cè)試平臺(tái)，并使用模擬器來(lái)加速系統(tǒng)成熟度的增長(zhǎng)。模擬系統(tǒng)覆蓋了整個(gè)生產(chǎn)線，RATP為虛擬測(cè)試臺(tái)提供了Sacem硬件和軟件。

在中國(guó)，ATO已在東莞—惠州和肇慶—佛山城際線上使用，采用阿爾斯通公司及其聯(lián)合體卡斯科公司開發(fā)的解決方案。ATO覆蓋CTCS-2級(jí)（相當(dāng)于ETCS 1級(jí)），自2016年3月起以200 km/h CRH6的速度運(yùn)行。

隨著標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，ATO看起來(lái)將成為21世紀(jì)20年代主線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)普遍特征，為長(zhǎng)期無(wú)人駕駛運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。