梁師嵩 包佳健

(中車浦鎮(zhèn)龐巴迪運輸系統(tǒng)有限公司，241060，蕪湖//第一作者,高級工程師)

軌道交通無人駕駛線路區(qū)別于傳統(tǒng)的軌道交通線路，其最大的特點在于無需隨車人員值守，所有行車功能均由系統(tǒng)自動完成。這在節(jié)省人力成本的同時降低了人為錯誤的發(fā)生概率，大大地提高了運營效率和系統(tǒng)可靠性。

膠輪路軌系統(tǒng)(以下簡稱“膠輪系統(tǒng)”)，是近幾年國內(nèi)軌道交通行業(yè)的新興制式，其最大的特點為爬坡能力強、噪聲低、造價低。具有代表性的膠輪系統(tǒng)有自動旅客運輸(APM)系統(tǒng)和跨坐式單軌系統(tǒng)。上海軌道交通浦江線是國內(nèi)第一條以無人值守下的列車自動運行(GoA4)等級開通的APM膠輪系統(tǒng)線路。

1 無人駕駛膠輪系統(tǒng)的安全相關(guān)設(shè)置

無人駕駛系統(tǒng)由于沒有司機隨車值守，因此當(dāng)發(fā)生影響安全的運營故障或者意外事件時，難以進行有效的人為判斷并做出相應(yīng)的操作。本文以上海軌道交通浦江線為例，對無人駕駛膠輪系統(tǒng)涉及安全的設(shè)置特點進行介紹。

1. 1 車輛段無人區(qū)設(shè)置

在車輛段分設(shè)有人區(qū)和自動無人區(qū)[1]，用于區(qū)分需操作人員入場進行的維保操作和列車自動收發(fā)車作業(yè)。

設(shè)置自動無人區(qū)，其目的是為了使列車在此區(qū)域內(nèi)可以按照系統(tǒng)設(shè)置進行相關(guān)的自動操作，如列車的喚醒、休眠、自檢和發(fā)車等。無人區(qū)是由系統(tǒng)自動控制的，為了保證人員安全，無人區(qū)原則上不允許未授權(quán)人員進入。若維保作業(yè)需要人員進入無人區(qū)，則要嚴格按照操作流程進行申請，作業(yè)人員在獲得批準(zhǔn)后方可進入無人區(qū)。一般在人員進入無人區(qū)時，需要進行相關(guān)的斷電、扣車等操作，以確保人員安全。

1. 2 障礙物探測

無人駕駛系統(tǒng)由于缺少了司機的現(xiàn)場判斷，障礙物探測則成了保證運營安全的主要手段。目前常用的障礙物探測技術(shù)分為主動式及被動式兩種。

主動式障礙物探測，也被稱為障礙物智能識別系統(tǒng)，通過在列車前端安裝傳感器或視頻監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)探測功能。當(dāng)傳感器或視頻監(jiān)控系統(tǒng)檢測出列車前方有障礙物時，探測系統(tǒng)產(chǎn)生報警信號并主動聯(lián)動信號系統(tǒng)，以使列車盡快停車，保證行車安全。

被動式障礙物探測，也被稱為排障系統(tǒng)，通過在車輛或者走行輪前端設(shè)置排障器來實現(xiàn)探測功能。當(dāng)列車在行車過程中遇到障礙物時，由排障器把障礙物推出列車行駛區(qū)域，以保證行駛安全。此方案下障礙物被排障器推出，列車無需停車。

目前由于主動式障礙物探測存在技術(shù)不成熟、可靠性低、成本高等因素，未能普遍使用。上海軌道交通浦江線及香港機場APM項目均采用了被動式障礙物探測方式。

1. 3防入侵檢測

傳統(tǒng)的有人駕駛軌道交通系統(tǒng)，一般是通過門禁系統(tǒng)來實現(xiàn)防入侵檢測功能。當(dāng)門禁被非法打開時會發(fā)出報警，由相應(yīng)站務(wù)人員或者維保人員前往處理。

無人駕駛系統(tǒng)因大部分時間由系統(tǒng)自動運行，當(dāng)出現(xiàn)非授權(quán)入侵時，需要由系統(tǒng)進行自動判斷并作出相應(yīng)的操作。另外，由于無人駕駛系統(tǒng)不設(shè)置司機，所以維保人員的人身安全也應(yīng)納入防入侵檢測的考慮范圍。

無人駕駛系統(tǒng)的防入侵檢測系統(tǒng)一般可以設(shè)置為當(dāng)與軌行區(qū)連通的安全門、疏散門被打開時，由防入侵檢測系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)位置的報警，并聯(lián)動信號系統(tǒng)在入侵點關(guān)聯(lián)區(qū)域內(nèi)禁止列車通過?？紤]到人員的觸電風(fēng)險，防入侵系統(tǒng)還需要聯(lián)動供電系統(tǒng)進行入侵點關(guān)聯(lián)區(qū)域內(nèi)的緊急斷電處理，以保證人員安全。香港機場APM項目在設(shè)計上采用了上述方案進行防入侵檢測設(shè)置。

1. 4 視頻監(jiān)控(CCTV)系統(tǒng)

無人駕駛系統(tǒng)的CCTV子系統(tǒng)要求視頻監(jiān)控的車輛和軌行區(qū)都為高清無死角，并具有特定工況下的聯(lián)動推送功能，以便控制中心(OCC)可以在第一時間了解現(xiàn)場情況，并作出準(zhǔn)確的判斷及操作。

1. 5 乘客緊急手柄

由于無人駕駛系統(tǒng)不設(shè)置司機，無法在第一時間對列車上發(fā)生的緊急情況進行處理，一般需要在列車內(nèi)設(shè)置乘客緊急手柄，在發(fā)生緊急情況時供乘客拉下此手柄進行報警。同時，在拉下這個手柄的后果設(shè)置上，區(qū)別于傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)的緊急制動停車，無人駕駛系統(tǒng)將后果設(shè)置為列車繼續(xù)行駛到下一站后進行自動扣車操作，以便站務(wù)人員上車進行處理。

1. 6 車門安全設(shè)置

傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)列車司機可以在第一時間處理車輛相應(yīng)的故障，所以車門保持關(guān)閉是一種可以接受的安全狀態(tài)，其車門控制安全理念是采用故障導(dǎo)向車門關(guān)閉的控制邏輯。

無人駕駛系統(tǒng)不配置隨車司機，所以當(dāng)發(fā)生某些極端工況或者故障時，車內(nèi)并沒有受過訓(xùn)練的專門人員來進行操作，以保證乘客安全。在這種情況下，車門是否可以被打開，反而成了安全的關(guān)鍵。所以，無人駕駛系統(tǒng)列車車門控制的安全理念是采用故障導(dǎo)向車門釋放的控制邏輯。

有人駕駛系統(tǒng)和無人駕駛系統(tǒng)列車車門安全設(shè)置的具體邏輯區(qū)別如表1所示。

表1 有人駕駛系統(tǒng)和無人駕駛系統(tǒng)列車車門安全邏輯對比

考慮到在列車行駛過程中可能會出現(xiàn)乘客誤操作緊急解鎖手柄而導(dǎo)致車門打開的風(fēng)險，在無人駕駛系統(tǒng)中，車內(nèi)車門緊急解鎖裝置需要采用防誤操作的設(shè)計。依據(jù)疏散平臺設(shè)置，由信號系統(tǒng)出發(fā)的電平信號驅(qū)動未設(shè)置疏散平臺側(cè)的車門緊急解鎖內(nèi)的電磁鐵，實現(xiàn)鎖閉該側(cè)車門的解鎖功能，以防止乘客誤操作。

1. 7 胎壓監(jiān)測

無人駕駛的膠輪系統(tǒng)特有一套胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，用于實時監(jiān)測輪胎的壓力。當(dāng)出現(xiàn)低壓、超壓、高溫或者爆胎時，監(jiān)測系統(tǒng)會產(chǎn)生報警，并聯(lián)動信號系統(tǒng)進行到站扣車處理。

另外，無人駕駛的膠輪系統(tǒng)在輪胎中還應(yīng)設(shè)有防爆鋼圈，列車在出現(xiàn)爆胎后仍可以使用防爆鋼圈維持一定公里數(shù)的運行，在保證列車安全的同時也可以使故障列車快速退出正線運營。

2 無人駕駛膠輪系統(tǒng)車輛的結(jié)構(gòu)特點

2. 1 司機室

圖1 APM膠輪系統(tǒng)的車頭設(shè)計

無人駕駛膠輪系統(tǒng)列車本身無司機室設(shè)置，也無司機室隔間門及司機室側(cè)門，如圖1所示。當(dāng)運營維護人員需要登車時，利用客室側(cè)門進行登車操作。

2. 2 駕駛控制臺

無人駕駛系統(tǒng)的駕駛控制臺只在系統(tǒng)調(diào)試、故障處理等非正常運營情況下使用?；诖四繕?biāo)設(shè)定，駕駛控制臺可以簡化減小尺寸，僅保留其必要功能。另外，OCC擔(dān)當(dāng)了絕大部分人工調(diào)度、故障處理的角色，因此駕駛臺也無需設(shè)置人機交互界面(DMI)、CCTV顯示器等設(shè)施，進一步縮小了駕駛臺的尺寸?？紤]到?jīng)]有獨立的司機室，人工手動駕駛所需要操作的司控器、按鈕面板等設(shè)施需要做成隱藏形式，以防止乘客在乘車過程中進行任何誤操作。

3 遠程控制和駕駛運營場景

無人駕駛膠輪系統(tǒng)所有的控制權(quán)均集中在OCC，其控制方式的最大特點是具有車地?zé)o線系統(tǒng)的遠程通信、遠程監(jiān)控和遠程控制等三大功能。

1) 遠程通信。負責(zé)車輛與OCC的數(shù)據(jù)傳輸。這些數(shù)據(jù)主要包括自動行車指令、人工控制指令、車輛故障及狀態(tài)上傳、CCTV視頻上傳、乘客廣播、緊急對講等。

2) 遠程監(jiān)控。負責(zé)OCC對車輛本身狀態(tài)的采集,以及車廂內(nèi)的CCTV監(jiān)控。主要包括車輛的故障信息、車輛子系統(tǒng)的實時狀態(tài)、CCTV的循播以及聯(lián)動推送等。

3) 遠程控制。負責(zé)OCC對列車的自動以及人工控制功能,主要包括列車自動控制、人工調(diào)度設(shè)置、人工緊急停車、系統(tǒng)聯(lián)動控制等方面。

這三大功能相輔相成，形成無人駕駛膠輪系統(tǒng)在駕駛模式、運營場景、聯(lián)動功能等方面的特點。

3. 1 車地?zé)o線系統(tǒng)

無人駕駛膠輪系統(tǒng)共設(shè)置了2套車地?zé)o線系統(tǒng)，一套基于信號系統(tǒng)，另一套則基于通信系統(tǒng)[2]。

基于信號系統(tǒng)的車地?zé)o線系統(tǒng)，主要用于傳輸車輛及軌旁ATC(列車自動控制)的控制指令，并完成車輛關(guān)鍵故障的回采工作。列車自動運行所需要的控制指令，如時刻表、進路設(shè)置等，由OCC操作人員在ATS(列車自動監(jiān)控)上完成，通過車地?zé)o線系統(tǒng)下發(fā)至每一列列車，并由車載ATC控制列車執(zhí)行指令。列車的故障信息、關(guān)鍵狀態(tài)等通過車地?zé)o線系統(tǒng)反饋至ATS，用于OCC人員判斷列車狀態(tài)。

基于通信系統(tǒng)的車地?zé)o線系統(tǒng)，主要用于完成OCC對車輛的遠程人工廣播及與車輛的緊急對講工作，并完成車輛CCTV系統(tǒng)的視頻流、音頻流對OCC的實時推送上傳工作。此外，用于遠程診斷的車輛實時狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，也可以通過這套車地?zé)o線系統(tǒng)來完成。

3. 2 駕駛模式

無人駕駛膠輪系統(tǒng)采用全自動模式作為默認的運營模式。在這個模式下，列車的牽引、制動、到站開關(guān)門等操作全均由信號系統(tǒng)控制下的列車自動完成，運營過程中無需人工干預(yù)。

列車還配備有帶ATP保護的人工駕駛模式，在全自動模式不可用的情況下，可由司機在ATP保護下手動駕駛列車運行。

另外，無人駕駛膠輪系統(tǒng)一般還配有全手動模式，用于列車調(diào)試、列車調(diào)庫、信號系統(tǒng)故障下的清客回庫、救援等非正常運營下的特殊工況。

原則上無人駕駛膠輪系統(tǒng)不設(shè)置后退模式，即在各種駕駛模式下，列車的默認行駛方向只能向前。

3. 3 運營場景

無人駕駛膠輪系統(tǒng)在運營場景上，采用了自動喚醒、自動自檢、自動巡道、自動回庫、自動休眠等模式[3]：①系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的時刻表和排班表自動喚醒列車。列車被喚醒后執(zhí)行自檢程序，若自檢不通過，則產(chǎn)生相應(yīng)報警，并由OCC遠程操作派出備用車。②當(dāng)自動喚醒和自檢程序通過后，每天線路上運行的第一列列車將執(zhí)行自動巡道功能。此時列車按照預(yù)設(shè)的速度進行低速巡道。③巡道順利完成后，則表明系統(tǒng)滿足投入運營的條件。所有列車按照時刻表安排按次序上線投入運營。④運營結(jié)束后，列車自動回庫，并執(zhí)行自動休眠程序。

此外，無人駕駛的膠輪系統(tǒng)還設(shè)置了自動洗車、正線自動調(diào)整(跳站、扣車、時刻表追趕)等功能，可用于不同的運營需求。

3. 4 聯(lián)動功能

1) 車門和屏蔽門聯(lián)動。當(dāng)某個車門或者屏蔽門切除后，對應(yīng)的車門或者屏蔽門將自動不打開。

2) 自動扣車功能。當(dāng)發(fā)生某些影響安全的工況時，如火災(zāi)、乘客拉動緊急拉手等,信號系統(tǒng)將實時采集這些信號,并觸發(fā)自動扣車功能。

3) CCTV聯(lián)動功能。在某些特定工況下，如車上駕駛蓋被打開、防入侵系統(tǒng)啟動等，CCTV會產(chǎn)生相應(yīng)聯(lián)動，并主動推送相應(yīng)的攝像頭畫面至OCC。

香港機場APM項目在上海軌道交通浦江線的基礎(chǔ)上，新增了以下聯(lián)動功能：

1) 與防入侵系統(tǒng)聯(lián)動。當(dāng)防入侵系統(tǒng)產(chǎn)生報警后，基于安全原則，入侵點關(guān)聯(lián)范圍內(nèi)行車區(qū)域?qū)⒔沽熊囃ㄟ^，已在區(qū)域內(nèi)的列車將緊急制動停車。另外，關(guān)聯(lián)區(qū)域內(nèi)的供電將被自動切斷。

2) 與通風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)動。為了保證在隧道火災(zāi)情況下的安全，信號系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有聯(lián)動接口，以保證一個通風(fēng)區(qū)域內(nèi)只有一列車。

3) 與供電系統(tǒng)的聯(lián)動。當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生部分區(qū)間斷電時，信號系統(tǒng)會計算此時列車是否可以順利通過無電區(qū)。若無法通過，信號系統(tǒng)將發(fā)出制動指令，使列車停在無電區(qū)前。

4) 與防火門的聯(lián)動。當(dāng)隧道或者車輛段發(fā)生火災(zāi)時，出于消防要求，防火門將自動關(guān)閉。此時系統(tǒng)會計算列車是否可以在防火門關(guān)閉前通過，若無法通過則制動停車，以避免列車撞上防火門產(chǎn)生安全事故。

4 結(jié)語

本文以上海軌道交通浦江線為基礎(chǔ)，闡述了以GoA4開通運營的無人駕駛膠輪系統(tǒng)通過采用車輛段無人區(qū)、防入侵檢測、障礙物探測等措施強化了系統(tǒng)的安全設(shè)置和安全管理。無人駕駛膠輪系統(tǒng)更注重于無人值守情況下的乘客以及維護人員的安全，在物理特性上取消了司機室，采用簡易車載操作臺設(shè)計，增加了載客能力，提升了乘客的乘坐舒適性；在控制方式上，基于無線車地通信系統(tǒng)的遠程通信、遠程監(jiān)控、遠程控制三大功能相輔相成，形成了無人駕駛膠輪系統(tǒng)在運營場景、駕駛模式、聯(lián)動功能等方面的特點。