劉文龍

摘要：在我國(guó)，高鐵逐漸成為旅客的首選交通工具，高鐵出行具有快速、方便、安全等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)高鐵自動(dòng)駕駛技術(shù)處于全球領(lǐng)先地位，不斷推動(dòng)我國(guó)高鐵智能化發(fā)展。自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了高鐵列車運(yùn)行的自動(dòng)控制，提高駕駛系統(tǒng)自動(dòng)化程度和列車運(yùn)行速率。近幾年，國(guó)內(nèi)外逐漸開(kāi)始研究干線鐵路自動(dòng)駕駛技術(shù)，但在高鐵自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)會(huì)面臨多種安全風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估高速鐵路自動(dòng)駕駛系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義，能為高鐵自動(dòng)化駕駛發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：高鐵;自動(dòng)駕駛技術(shù);安全風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：TP24 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

高鐵以其快速、準(zhǔn)時(shí)、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)深受中短途旅客的歡迎，我國(guó)高鐵自2008年開(kāi)始陸續(xù)建成通車，近幾年來(lái)發(fā)展迅速，位于世界領(lǐng)先水平[1]。隨著高鐵自動(dòng)化駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)將會(huì)逐漸代替駕駛?cè)藛T。目前，高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還處于起步階段，很多技術(shù)和研究尚未成熟，系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)及分配仍需要進(jìn)一步討論、研發(fā)和應(yīng)用。關(guān)注高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要，通過(guò)分析不同情況下高鐵自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)提出針對(duì)性解決方法和進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，保障行車安全和乘客生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)目前存在問(wèn)題及發(fā)展方向

1.1 高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的概念及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是指列車系統(tǒng)能夠根據(jù)地面控制系統(tǒng)的命令、不同運(yùn)行工作情況及運(yùn)行區(qū)間內(nèi)運(yùn)行時(shí)分，選擇最優(yōu)控制策略，完成列車到站?？孔詣?dòng)開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)，站臺(tái)準(zhǔn)確停靠及列車起動(dòng)、加減速等的控制，滿足站間行車安全間隔和列車運(yùn)行時(shí)速要求，達(dá)到節(jié)能環(huán)保及自動(dòng)調(diào)整的目的。列車自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用具有諸多優(yōu)點(diǎn)，有效地提高了列車運(yùn)行能力、降低能耗，減少駕駛員疲勞程度，標(biāo)志著高鐵列控系統(tǒng)智能化發(fā)展。

自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不僅僅只是列車的安全性問(wèn)題，還包括列車準(zhǔn)點(diǎn)率、準(zhǔn)停率、列車舒適程度及列車運(yùn)行過(guò)程中的能耗等。未來(lái)列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的研究和發(fā)展方向應(yīng)該為在不同的線路條件、氣象條件和車型狀況下能夠達(dá)成上述指標(biāo)。除此之外，高鐵是一套完整的復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的每一部分故障均有可能造成運(yùn)輸故障，因此，整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)如通信信號(hào)、工務(wù)工程等的可靠性、準(zhǔn)確性必須在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷提升。

1.2 高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的等級(jí)劃分

按照城市軌道交通管理和控制系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)功能的劃分標(biāo)準(zhǔn)，可以將我國(guó)高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)劃分為GOA1～GOA4共4個(gè)不同等級(jí)。我國(guó)高鐵列車目前采用的CTCS-2/CTCS-3等級(jí)列控系統(tǒng)都屬于此等級(jí)[2];GOA2系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)可以自動(dòng)駕駛列車，但駕駛室需要保留駕駛員進(jìn)行必要的列車安全啟動(dòng)條件檢查、關(guān)閉車門(mén)及進(jìn)行緊急情況處置，珠三角城際使用的C2+ATO系統(tǒng)[3]和京沈?qū)？褪褂玫腃3+ATO系統(tǒng)[4]均是該等級(jí)系統(tǒng);GOA3系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)能夠自動(dòng)駕駛列車運(yùn)行，駕駛室內(nèi)不需要駕駛員，但列車內(nèi)仍需保留乘務(wù)人員，他們主要負(fù)責(zé)關(guān)閉車門(mén)和應(yīng)對(duì)各種緊急情況;GOA4系統(tǒng)已經(jīng)不需要在車內(nèi)保留駕駛員和乘務(wù)人員，直接由系統(tǒng)或列車控制中心調(diào)度人員處理各種緊急情況。GOA3和GOA4系統(tǒng)較GOA1、GOA2系統(tǒng)有了較大的進(jìn)步，但目前該兩種系統(tǒng)并未得到應(yīng)用。

目前，我國(guó)高鐵列車運(yùn)行控制系統(tǒng)主要是由CTCS-3系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)是在CTCS-2系統(tǒng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)的。該系統(tǒng)采用GSM-R無(wú)線通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制信息雙向?qū)崟r(shí)傳輸，以保障列車的運(yùn)行要求。

2 ? 高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

高鐵事故造成人員傷亡的主要原因有兩個(gè)，分別是列車顛覆和列車運(yùn)營(yíng)安全事故。不同的自動(dòng)化等級(jí)，即GOA1～GOA4等級(jí)能夠承擔(dān)不同的安全功能，針對(duì)不同自動(dòng)化系統(tǒng)等級(jí)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，有助于清晰了解各等級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可能造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，為高鐵自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)的發(fā)展提供借鑒。

GOA1系統(tǒng)僅僅能夠提供連續(xù)的速度防護(hù)，對(duì)于駕駛列車運(yùn)行、開(kāi)關(guān)門(mén)和緊急情況處置均由駕駛員負(fù)責(zé)，因此系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括超速和相撞兩個(gè)方面。列車超速可能包含的情況有超過(guò)線路、岔路口設(shè)置的勻速速度或臨界速度不同的情況;一旦駕駛?cè)藛T出現(xiàn)超速的情況，該系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)，保障運(yùn)行安全。列車相撞的情形有追尾、迎面相撞和側(cè)面碰撞3種，系統(tǒng)能夠保證不同行車許可有效避免碰撞，且在駕駛員出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)緊急制動(dòng)，保證安全。

GOA2系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)可以自動(dòng)駕駛列車，但駕駛室需要保留駕駛員進(jìn)行必要的列車安全啟動(dòng)條件檢查、關(guān)閉車門(mén)及進(jìn)行緊急情況處置，因此，該系統(tǒng)的主要安全風(fēng)險(xiǎn)包括兩大部分，分別是GOA1系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)和自動(dòng)駕駛帶來(lái)的開(kāi)關(guān)車門(mén)、加減速處理等情況。開(kāi)關(guān)車門(mén)要避免開(kāi)錯(cuò)兩側(cè)車門(mén)、未在列車停穩(wěn)后或適當(dāng)時(shí)機(jī)開(kāi)關(guān)門(mén)、未在站臺(tái)合適位置開(kāi)關(guān)門(mén)等情況。列車加減速過(guò)程應(yīng)避免突然加速或減速，造成乘客受傷。

GOA3系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)能夠自動(dòng)駕駛列車運(yùn)行，駕駛室內(nèi)不再需要駕駛員，但列車內(nèi)仍需保留乘務(wù)人員，他們主要負(fù)責(zé)關(guān)閉車門(mén)和應(yīng)對(duì)各種緊急情況。該系統(tǒng)的主要安全風(fēng)險(xiǎn)包括GOA2系統(tǒng)的全部風(fēng)險(xiǎn)，此外，還必須承擔(dān)原本由駕駛員人工監(jiān)控的幾類風(fēng)險(xiǎn)，如列車顛覆時(shí)碰到障礙物，或異常情況下出現(xiàn)超速等問(wèn)題。

GOA4系統(tǒng)已經(jīng)取消了駕駛員和乘務(wù)人員，因此在面臨GOA3系統(tǒng)需要面臨的全部風(fēng)險(xiǎn)后，還必須要面臨由原有駕駛員和乘務(wù)人員負(fù)責(zé)監(jiān)控的風(fēng)險(xiǎn)，如錯(cuò)誤關(guān)閉車門(mén)、列車內(nèi)煙火檢查、乘客跌落站臺(tái)等情況。

目前來(lái)說(shuō)GOA1和GOA2系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展較為成熟并且成功應(yīng)用于不同的運(yùn)輸線路，對(duì)于這兩種系統(tǒng)出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)目前已經(jīng)有較為完善、成熟的應(yīng)對(duì)解決方案，后續(xù)將不再對(duì)這兩種系統(tǒng)進(jìn)行分析。GOA3和GOA4系統(tǒng)由于自動(dòng)化程度高，分別引入了不同的新風(fēng)險(xiǎn)源。高鐵和城市軌道交通自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)存在一些聯(lián)系，同時(shí)也存在不同，在進(jìn)行高鐵自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)研究時(shí)，可以借鑒城市軌道交通自動(dòng)化駕駛成熟的經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)高鐵自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)特有的問(wèn)題進(jìn)行分析，找到有效的解決方法。

3 ? 高鐵自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)GOA3和GOA4系統(tǒng)問(wèn)題解決策略

GOA3和GOA4自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)必須以代替駕駛員和乘務(wù)人員完成復(fù)雜外部環(huán)境的感知為前提進(jìn)行新增功能的實(shí)現(xiàn)，但目前該技術(shù)發(fā)展未能支撐，因此，未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)該為解決大量的狀態(tài)感知和監(jiān)測(cè)。

3.1 線路條件檢測(cè)

高鐵線路能夠支撐一定的運(yùn)行速度并且留有合理的設(shè)計(jì)裕量，列車信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)線路設(shè)計(jì)的速度限制線路允許速度并以此監(jiān)控列車行車安全。但是，在某些特殊的情況下可能會(huì)出現(xiàn)異常，即當(dāng)列車按照信號(hào)系統(tǒng)給出的速度在合理范圍內(nèi)運(yùn)行但仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)此類風(fēng)險(xiǎn)目前主要利用人工降速實(shí)現(xiàn)。如在暴風(fēng)、暴雨雪等惡劣天氣條件下，駕駛員會(huì)根據(jù)列車駕駛過(guò)程中的情況，采取措施保障列車運(yùn)行安全。GOA3和GOA4自動(dòng)駕駛系統(tǒng)取代了駕駛員和乘務(wù)人員，面對(duì)各種惡劣環(huán)境條件均需由系統(tǒng)自行控制。

3.2 障礙物檢測(cè)

在我國(guó)，高鐵運(yùn)行路線錯(cuò)綜復(fù)雜，形成密集的網(wǎng)絡(luò)，在復(fù)雜的天氣或運(yùn)行時(shí)間過(guò)久等情況下，很可能出現(xiàn)地面與列車不吻合狀況導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障。目前，此類風(fēng)險(xiǎn)的解決主要依靠駕駛員進(jìn)行判斷并采取一定的措施，如確定故障路段區(qū)間內(nèi)是否存在其他運(yùn)行車輛，鐵路道岔是否位置正確及需要調(diào)車或重新進(jìn)行信號(hào)連接時(shí)，區(qū)域內(nèi)是否存在其他列車。此外，在列車運(yùn)行的環(huán)境中，很可能會(huì)有其他障礙物遮擋和入侵線路，對(duì)行車安全產(chǎn)生影響，如山體滑坡、泥石流、動(dòng)物等，針對(duì)這種風(fēng)險(xiǎn)，目前主要解決措施是視頻監(jiān)控及障礙物監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)控，駕駛員采取如停車或鳴笛等措施解決。GOA3和GOA4自動(dòng)駕駛系統(tǒng)取代了駕駛員和乘務(wù)人員，在障礙物判斷方面要求有所提高。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)隨地、各種天氣條件、各種線路選擇情況下，準(zhǔn)確、及時(shí)、有效地監(jiān)測(cè)障礙物并及時(shí)發(fā)出正確指令，解決風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

3.3 人員檢測(cè)

高鐵在車站停靠，乘客上下車過(guò)程中，很可能出現(xiàn)乘客跌落站臺(tái)的危險(xiǎn)情況，并且在一些大站，上下車乘客較多，此時(shí)若仍然按照嚴(yán)格的列車發(fā)車運(yùn)行時(shí)間開(kāi)關(guān)車門(mén)很可能造成未上車乘客發(fā)生碰撞危險(xiǎn)。此外，在鐵路上工作的施工人員、鐵路維護(hù)工作人員可能由于來(lái)不及離開(kāi)而出現(xiàn)事故。針對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)，目前主要是由駕駛員和車站地面工作人員實(shí)時(shí)溝通解決。GOA3和GOA4自動(dòng)駕駛系統(tǒng)取代了駕駛員和乘務(wù)人員，地面和列車人員的監(jiān)測(cè)工作均由系統(tǒng)完成，并且由系統(tǒng)發(fā)出一系列指令。

4 ? 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)高鐵自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)的發(fā)展位居世界前列，我國(guó)擁有前端的高鐵自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)，引領(lǐng)世界各國(guó)鐵路事業(yè)發(fā)展的方向。但我們應(yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到，高鐵自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)代替駕駛員或乘務(wù)人員的前提必須是有效保證列車的行車安全。目前，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)仍然存在安全隱患，應(yīng)該注重安全風(fēng)險(xiǎn)分析，利用更加完善的技術(shù)保障高鐵運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 江明.高速鐵路自動(dòng)駕駛系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析及發(fā)展方向[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2019，41（4）：1-6.

[2] 江明，王建敏.自主化CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新及裝備研制[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2018，15（4）：1-4.

[3] 羅松.CTCS2+ATO城際鐵路列控系統(tǒng)總體技術(shù)研究[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2015，12（3）：1-5.

[4] 中國(guó)鐵路總公司.TJ/DW202-2018高速鐵路ATO系統(tǒng)暫行總體技術(shù)方案[S].北京：中國(guó)鐵路總公司，2018.