■ 何杜明 王長庚 翟成龍 張超

目前有軌電車在我國處于起步階段，有軌電車的運(yùn)營管理大多沿用城市軌道交通運(yùn)營模式，有軌電車與鐵路、城際鐵路和城市軌道交通相比，無論是運(yùn)行速度、路權(quán)形式、運(yùn)行控制模式，還是在供電系統(tǒng)、車站管理、售檢票模式等方面都存在較大區(qū)別。參照廣州市“十三五”軌道交通應(yīng)急體系項(xiàng)目——軌道交通監(jiān)測(cè)預(yù)警及交通運(yùn)輸保障項(xiàng)目立項(xiàng)范圍，依據(jù)當(dāng)前有軌電車運(yùn)營體系需求，進(jìn)行有軌電車輔助駕駛系統(tǒng)項(xiàng)目研究開發(fā)[1-2]。

1 設(shè)計(jì)原則及思路

有軌電車在非完全封閉環(huán)境下運(yùn)行，存在與社會(huì)交通共享路權(quán)的平交道口，無法采用軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的閉塞控制，由司機(jī)目視人工駕駛車輛，司機(jī)根據(jù)列車速度和經(jīng)驗(yàn)判斷保持與前車的距離，通過對(duì)有軌電車運(yùn)行環(huán)境及模式充分的調(diào)研，確定以下應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則：一是應(yīng)對(duì)司機(jī)精神狀態(tài)和作業(yè)規(guī)范進(jìn)行有效監(jiān)督和管理；二是應(yīng)對(duì)有軌電車車輛設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)，車輛設(shè)備異常時(shí)能提前告警。

有軌電車輔助駕駛系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）主要設(shè)計(jì)思路包括：遵循故障-安全原則，采用嵌入式計(jì)算機(jī)架構(gòu)體系、軟件處理機(jī)制具有故障-安全措施，關(guān)鍵電路和器件的選用具有固有安全特性，同時(shí)增強(qiáng)設(shè)備的故障自診斷能力，完善故障-安全處理機(jī)制。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由主機(jī)單元、擴(kuò)展單元、采集單元、人機(jī)界面單元等組成；配套地面軟件主要由有軌電車線路數(shù)據(jù)編制軟件、有軌電車車機(jī)聯(lián)控綜合分析軟件、有軌電車調(diào)度命令軟件等構(gòu)成。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)主機(jī)單元作為系統(tǒng)控制核心，通過接收信號(hào)系統(tǒng)信息、車載設(shè)備狀態(tài)信息、司機(jī)精神狀態(tài)及作業(yè)手勢(shì)語信息、人機(jī)交互指令信息等，能夠監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合車載數(shù)據(jù)，當(dāng)列車超過線路限速值時(shí)進(jìn)行提醒，實(shí)施列車運(yùn)行防護(hù)，能夠指導(dǎo)司機(jī)優(yōu)化駕駛降低能耗和減少輪軌異常磨耗；能夠?qū)λ緳C(jī)精神狀態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)不佳時(shí)自動(dòng)提醒，對(duì)司機(jī)行車手勢(shì)語的合規(guī)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)司機(jī)手勢(shì)語動(dòng)作不合規(guī)時(shí)自動(dòng)提醒，為司乘管理提供數(shù)據(jù)支撐[3-5]。

擴(kuò)展單元集成系統(tǒng)外圍擴(kuò)展功能，包括調(diào)度指令管理及車地語音通話功能，擴(kuò)展單元對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃整合，提升了系統(tǒng)設(shè)備的集成度，節(jié)省安裝空間，便于管理和維護(hù)。

人機(jī)界面單元通過網(wǎng)絡(luò)總線與主機(jī)單元通信，以圖形化方式直觀顯示車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、機(jī)車狀態(tài)信息和告警提示信息等。

采集單元負(fù)責(zé)采集司機(jī)行車時(shí)的精神狀態(tài)及行車作業(yè)手勢(shì)語，將數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)單元進(jìn)行綜合分析。

3 系統(tǒng)功能應(yīng)用

系統(tǒng)安裝在有軌電車駕駛室內(nèi)，包括系統(tǒng)主機(jī)及顯示器單元（見圖2、圖3）。

3.1 司機(jī)身份識(shí)別

為了實(shí)現(xiàn)司機(jī)行車監(jiān)測(cè)及駕駛情況綜合分析，系統(tǒng)必須先獲取每個(gè)車次號(hào)的值班司機(jī)身份。傳統(tǒng)司機(jī)身份識(shí)別方式是通過紙質(zhì)或圖表文件進(jìn)行錄入對(duì)比，不可避免會(huì)受到司機(jī)換班、調(diào)休等因素影響。系統(tǒng)通過對(duì)人臉識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)識(shí)別值班司機(jī)身份。在車輛駕駛室安裝人臉識(shí)別攝像頭，值班司機(jī)行車時(shí)自動(dòng)進(jìn)行人臉圖像獲取，并與已知圖像集中的司機(jī)人臉圖像進(jìn)行比較分析，自動(dòng)判別出當(dāng)前值班司機(jī)身份。

3.2 司機(jī)輔助駕駛

3.2.1 司機(jī)精神狀態(tài)監(jiān)測(cè)

對(duì)司機(jī)疲勞駕駛狀態(tài)進(jìn)行視頻監(jiān)測(cè)、在線分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)駕駛員出現(xiàn)盹睡、旁視等精力分散時(shí)，及時(shí)通過人機(jī)交互單元進(jìn)行語音警示，提醒司機(jī)正常駕駛。并通過車-地?zé)o線通信系統(tǒng)及時(shí)將警示信息及視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到地面管理系統(tǒng)。通過車機(jī)聯(lián)控綜合分析地面軟件系統(tǒng)進(jìn)行回放分析，作為司機(jī)綜合考核管理的參考依據(jù)。

3.2.2 司機(jī)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)手勢(shì)語監(jiān)測(cè)

有軌電車司機(jī)在正線行車途中，途徑站臺(tái)停車、發(fā)車、信號(hào)機(jī)進(jìn)路標(biāo)識(shí)、人行過軌及平交路口時(shí)需執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)手勢(shì)語，以保障前方行進(jìn)路車安全。系統(tǒng)將有軌電車線路數(shù)據(jù)編制軟件所編制的線路作業(yè)手勢(shì)語數(shù)據(jù)植入主機(jī)單元中，在通過上述場(chǎng)景時(shí)自動(dòng)獲取司機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)手勢(shì)語圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)司機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化手勢(shì)語操作情況進(jìn)行分析和記錄，發(fā)現(xiàn)司機(jī)手勢(shì)語執(zhí)行異常時(shí)通過人機(jī)交互單元進(jìn)行語言警示，提醒司機(jī)正常駕駛。并通過車-地?zé)o線通信系統(tǒng)及時(shí)將警示信息及視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到地面管理系統(tǒng)。通過車機(jī)聯(lián)控綜合分析地面軟件系統(tǒng)進(jìn)行回放分析，作為司機(jī)綜合考核管理的參考依據(jù)。

3.2.3 列車行車安全防護(hù)

依據(jù)車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中線路允許速度確定出各級(jí)限速值，列車在行車過程中或當(dāng)列車運(yùn)行至道岔位置，在列車速度超過安全行車允許速度時(shí)，通過人機(jī)交互單元輸出超速告警提示，系統(tǒng)向司機(jī)發(fā)送解除牽引力指令，由司機(jī)實(shí)施常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)，控制列車減速或停車。

根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的線路上運(yùn)行列車的位置信息，對(duì)列車間的間隔距離進(jìn)行計(jì)算，并向各列車發(fā)布其與前車距離信息，車載主機(jī)單元依據(jù)收到的前車距離信息，當(dāng)與前車距離超過安全距離時(shí)，車載主機(jī)通過人機(jī)交互單元對(duì)司機(jī)進(jìn)行列車防追尾告警提示。

圖2 系統(tǒng)主機(jī)安裝

圖3 系統(tǒng)顯示器安裝

通過對(duì)有軌電車司機(jī)精神狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)手勢(shì)語監(jiān)測(cè)、列車行車安全防護(hù)的研究，實(shí)現(xiàn)了司機(jī)行車全過程監(jiān)測(cè)及警示，改變了有軌電車傳統(tǒng)的乘務(wù)管理人員定期跟車監(jiān)控模式，司機(jī)行車過程管控真正實(shí)現(xiàn)了由“人控”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皺C(jī)控”。

3.3 車輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)

車載主機(jī)單元實(shí)時(shí)采集車輛控制單元（VCU）信息，監(jiān)測(cè)車輛設(shè)備狀態(tài)，記錄列車運(yùn)行事件和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目包括：牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、走行部等。通過車-地?zé)o線通信系統(tǒng)將車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到地面管理系統(tǒng)，通過管理系統(tǒng)對(duì)車輛重點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)車輛或車載設(shè)備出現(xiàn)故障信息后及時(shí)對(duì)司機(jī)進(jìn)行提醒，并向調(diào)度及運(yùn)營管理人員發(fā)送告警信息，由調(diào)度人員通過地面調(diào)度管理軟件發(fā)送相應(yīng)調(diào)度指令，指導(dǎo)司機(jī)進(jìn)行行車操作，保障有軌電車行車安全。

車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)信息傳送到地面軟件系統(tǒng)后，通過建立專家數(shù)據(jù)庫，由車機(jī)聯(lián)控綜合分析軟件對(duì)運(yùn)行信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，指導(dǎo)司機(jī)在不同場(chǎng)景下的運(yùn)行操作，提高司機(jī)駕駛平穩(wěn)度和車輛運(yùn)行效率，起到節(jié)能降耗的目的。

4 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)及運(yùn)用情況

目前，系統(tǒng)已在廣州有軌電車有限責(zé)任公司試運(yùn)行，具有如下創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)關(guān)鍵部件采用雙套冗余技術(shù)設(shè)計(jì)，故障時(shí)可切換至備機(jī)；板件采用高集成度、高等級(jí)器件，從根本上提高了可靠性；系統(tǒng)各插件采用標(biāo)準(zhǔn)熱插拔設(shè)計(jì)，最大限度避免了插拔插件造成的電氣損傷。

（2）采用智能化信息采集及故障自診斷技術(shù)，設(shè)備檢測(cè)與維護(hù)更加自動(dòng)化、智能化。

（3）采用線路數(shù)據(jù)及圖形化的數(shù)據(jù)編制方法，適應(yīng)不同城市線路環(huán)境應(yīng)用。

有軌電車輔助駕駛系統(tǒng)目前在廣州海珠有軌電車線路進(jìn)行試用，試用期間有軌電車輔助駕駛系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、功能表現(xiàn)良好，系統(tǒng)提供了豐富的界面信息和準(zhǔn)確的司機(jī)行車輔助提醒，提高了司機(jī)對(duì)有軌電車的精準(zhǔn)操縱，也為有軌電車運(yùn)營管理提供了可靠工具和安全保障。

5 結(jié)束語

有軌電車輔助駕駛系統(tǒng)作為有軌電車運(yùn)營管理的重要組成部分，可對(duì)司機(jī)行車操作進(jìn)行優(yōu)化指導(dǎo)，降低司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)駕駛，提高車輛運(yùn)行效率，降低運(yùn)行能耗；對(duì)司機(jī)駕駛行為和精神狀態(tài)監(jiān)控管理，促進(jìn)司機(jī)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與合規(guī)性，提升運(yùn)營安全；采集車輛運(yùn)行及車載設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并分析，為運(yùn)營管理優(yōu)化提供參考依據(jù)。

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