鄒小星

（上海電氣泰雷茲交通自動化系統(tǒng)有限公司，上海 201206）

0 引言

近些年，隨著國家城市地鐵網(wǎng)絡的擴張，城市軌道交通領域?qū)崿F(xiàn)了飛速發(fā)展。目前，全自動無人駕駛在我國已有較成熟的應用，使得正線的運營控制能力得到了顯著地提升，處于國際先進水平。與之相比的作為投入運營前和退出運營后的場段區(qū)域運營，仍采用人工作業(yè)的車輛調(diào)度方式，自動化水平比較低，運營水平很難與正線相匹配。

1 創(chuàng)新必要性

目前國內(nèi)場段運營管理仍采用人工管理的方式，列車出入庫效率和正線高度自動化系統(tǒng)很難匹配，制約列車上線效率，庫內(nèi)作業(yè)需要人工編排，占用較多人力資源，加大運營管理難度，缺乏統(tǒng)籌預見性。

1.1 自動化水平較低

傳統(tǒng)場段內(nèi)行車組織存在計劃編制效率不高、計劃下達及變更手續(xù)復雜、人為因素影響大等問題。出入庫作業(yè)及其他場段作業(yè)仍采用手工作業(yè)方式，采用手工書寫調(diào)車作業(yè)通知單，通過人工操作控制臺辦理列車進路。存在效率低下、容易出錯等問題的同時，極大的影響場段的生產(chǎn)組織[1]。

1.2 缺乏統(tǒng)籌性預見性

傳統(tǒng)場段出庫發(fā)車順序安排以及回庫股道的安排，由行調(diào)與檢調(diào)在每輛列車出庫發(fā)車前，以及回庫前臨時商議決定，場段任務具有一定的臨時性和風險性，由于沒有統(tǒng)籌安排，缺乏預見性，導致較晚回庫列車可能無法滿足車輛作業(yè)要求，極大程度的降低了場段的生產(chǎn)作業(yè)效率，任務完成度較低。考慮洗車作業(yè)與檢修作業(yè)的綜合復雜作業(yè)要求度高，庫內(nèi)調(diào)車作業(yè)需求大大增加，復雜的作業(yè)要求依賴于人的經(jīng)驗和反應，制約了效率的提升[2]。

1.3 缺乏應急靈活性

傳統(tǒng)場段一旦有臨時性事件發(fā)生時，很難通過臨時判斷采取合理有效的應急措施，臨時的調(diào)整很難兼顧任務的派發(fā)，依賴于人的經(jīng)驗和反應，應急能力有限。

2 工程背景

上海地鐵線路運營客流量比較大，每日車輛段列車的運用率較高，早晚高峰時段列車派發(fā)率較高，因而具有檢修計劃的列車需要完成當日高峰運營任務后回庫完成檢修作業(yè)。有指定檢修任務的列車要與相應的正線回庫班次相匹配。當車輛結(jié)束運營計劃退回到場段后，需對回庫車輛進行股道分配，以滿足場段作業(yè)需求。列車回庫后的車輛檢修作業(yè)由車輛專業(yè)檢修人員負責，完成檢修流程修竣交車，而對于運營任務的派發(fā)工作是由場段調(diào)度專業(yè)實現(xiàn)的，這就需要兩個專業(yè)人員每天相互高度配合，人為保證運營和檢修任務的順利執(zhí)行。

典型的軌道交通作業(yè)過程，列車在場段內(nèi)包括喚醒、自檢、出庫、回庫及休眠，同時還應考慮檢修和洗車等作業(yè)需求[3]。

圖1 城市軌道交通典型運營過程

由于檢修作業(yè)對于庫內(nèi)的檢修條件有要求[4]，停車場和車輛段相比，沒有較大修程的檢修條件，有相應檢修計劃的列車在當日結(jié)束運營后，只能前往有檢修條件的車輛段進行檢修作業(yè)；其次，為滿足檢修的人員安排，和充足的檢修作業(yè)時間安排要求，因而相應列車的回庫任務有要求。為了盡量減少場內(nèi)調(diào)車作業(yè)，將待檢列車回庫進路直接辦理至有檢修條件的股道，并且將待檢列車均勻在早高峰時段回庫，和晚高峰時段回庫，將檢修作業(yè)均勻化；相較檢修計劃，洗車計劃由于與車輛運營性能和載客能力沒有關系，因而對于列車的洗車作業(yè)相較于檢修作業(yè)的優(yōu)先級較低。對于洗車作業(yè)的管理依照車輛專業(yè)定義的周期性均勻化的洗車計劃安排日歷。

結(jié)合上海14號線全自動駕駛工程應用，考慮借鑒人工管理的經(jīng)驗，基于正線計劃的場段自動化運營的實現(xiàn)方式，全自動運行下，場段運營要實現(xiàn)全自動出庫、自動分配車次、自動回庫等，實現(xiàn)正線與場段的依照運行計劃需要的協(xié)同管理，取締原有由人工保證業(yè)務流程，進一步提升場段運營自動化水平能力。

3 工程實踐

列車派班計劃自動編制是地鐵場段綜合自動化重要組成部分。本文結(jié)合上海14號線項目應用，在分析現(xiàn)有人工編制方法存在效率低下、容易出錯等問題的基礎之上，以運營日計劃為例，結(jié)合檢修計劃任務的出車策略，建立了運營日計劃的優(yōu)化指派策略[5]，在綜合考慮實用性和效率的情況下，設計了基于策略的指派優(yōu)化。也實現(xiàn)了依照任務的回庫股道安排，設計了基于策略的多目標優(yōu)化，并統(tǒng)籌兼顧檢修、洗車任務考慮的回庫安排。

圖2 檢修調(diào)度優(yōu)化模型基本策略

3.1 出庫作業(yè)管理

傳統(tǒng)場段管理模式下，車輛專業(yè)在早、晚高峰列車回庫后對計劃檢修的列車做一部分檢修工作，檢修完畢，車輛專業(yè)遞交一份交車單。場段調(diào)度員，需以車輛檢修人員提供的交車單為基礎，結(jié)合當日可運用列車，及存在待檢修及待洗任務的列車，指派具有相應屬性的運營班次。列車運用計劃也會受到列車檢修計劃的影響，由于列車的檢修運用具有一體化的特點，列車的運用計劃和檢修計劃緊密耦合。

（1）列車運用計劃。為了可以協(xié)調(diào)統(tǒng)籌安排列車的運營計劃以及檢修計劃，在本工程應用實現(xiàn)中，ATS系統(tǒng)將提供統(tǒng)籌管理界面，提前將車輛專業(yè)檢修完成后的派遣可用車信息和高峰回庫后的檢修計劃信息錄入系統(tǒng)。系統(tǒng)依照派發(fā)的策略統(tǒng)籌安排列車任務的派班計劃。將計劃任務按照回庫時段和回庫目的地劃分定義劃分類型，利用運營計劃任務的派遣，使得列車可以在指定時段前往指定場段，滿足回庫后的檢修要求。系統(tǒng)依照派發(fā)策略統(tǒng)籌安排列車任務的派班計劃，實現(xiàn)發(fā)車作業(yè)和回庫作業(yè)的自動派發(fā)[6-7]。

ATS功能界面定義對話窗如下圖所示。用車計劃作為車輛維修人員與場段調(diào)度人員的接口，根據(jù)場段配車列表錄入收集列車當日運營計劃基礎信息，包括：①配車計劃：可用車用于當日運營計劃的指派；為考慮滿足當日的運營計劃的需求，應對列車不能正常依照指派計劃發(fā)車的突發(fā)狀況，配備幾列備用車，當計劃用車臨時發(fā)生狀況，備用車可以第一時間替開。②檢修計劃：列車當日或次日是否有檢修任務，并且計劃在早、晚高峰回庫時段。③回庫目的地：為應對有回庫目的地要求的列車，指派相應的運營計劃任務。

圖3 列車運用計劃編制界面示意圖

（2）列車自動喚醒。為達到用需結(jié)合的目的，每天計劃投運的列車（標記成“可用車”），系統(tǒng)會依照發(fā)車順序提前發(fā)送“喚醒命令”，按時按需喚醒列車。為了實現(xiàn)場段列車依據(jù)運營需求自動喚醒休眠，系統(tǒng)依據(jù)錄入的配車計劃列表喚醒列車，喚醒命令依照發(fā)車間隔依次發(fā)送，保證喚醒效率的同時，避免瞬時多列車同時上電耗電過猛。在列車出庫計劃時間以前，完成全部計劃運營載客列車全部自動喚醒自檢動作。成功喚醒后的列車，建立全自動運行模式，依照關聯(lián)的班次發(fā)車順序，完成列車的動態(tài)出庫作業(yè)，前往正線運營。

（3）動態(tài)出庫指派策略。依照項目運營習慣訂制基本發(fā)車順序，上海14項目采用外側(cè)優(yōu)先的方式，“N字形”基本派發(fā)順序（A列位優(yōu)先順發(fā)，繼而B列位順發(fā)）。在基礎發(fā)車順序的基礎上，按照運營策略優(yōu)先級依次基于指派算法，依次為列車指派關聯(lián)計劃，決定了場段內(nèi)的發(fā)車順序?！癗字形”基礎發(fā)車順序策略：

圖4 發(fā)車策略

在此基礎上，系統(tǒng)將提供依照運營需求策略的智能算法，為有特定回庫任務的列車指派具有相應回庫任務的班次。系統(tǒng)依據(jù)發(fā)車策略順序，動態(tài)搜尋‘可用車’（完成自檢成功喚醒的可派遣列車），與正線計劃發(fā)生關聯(lián)；并且自動屏蔽‘不可用車’的動態(tài)關聯(lián)；并結(jié)合列車檢修屬性和回庫目的地屬性的定義，為列車關聯(lián)相應屬性的班次。有特殊屬性要求的列車將優(yōu)先匹配具有相應屬性的班次任務，有策略的實現(xiàn)列車班次指派問題，使得庫內(nèi)列車按照匹配班次順序動態(tài)有序的派發(fā)。

班次R屬性定義AR：

早高峰回庫班次（T）；

回庫目的地Destination（D）。

列車T屬性定義AT：

指定回庫目的地（D）；

早高峰回庫（T）；

具備檢修計劃（M）；

具備洗車計劃（W）；

無特殊任務需求（Null）。

指派列車關聯(lián)班次優(yōu)先級：T(D+T+M)>T(D+T)>T(D+M)>T (D)>T (W)>T (Null)。

列車任務指派編配結(jié)果Rn（AR）<->Tn(AT)。

例如：R1（D+T）<->T5(D+T+M)，班次R1具備（回庫目的地+早高峰回庫）屬性，與列車T5具備（回庫目的地+早高峰回庫+待檢）屬性，相互匹配，列車T5派遣給班次R1。

系統(tǒng)依照出庫策略算法動態(tài)搜尋將列車與相應班次相關聯(lián)，則在派班計劃信息列表里會有關聯(lián)列車信息以及庫內(nèi)部署點及發(fā)車時間。所展示信息示例如下：

圖5 派班計劃編制界面示意圖

依照關聯(lián)的班次發(fā)車順序，到達計劃發(fā)車時刻，ATS自動派發(fā)出庫進路，完成列車的動態(tài)出庫作業(yè)，前往正線運營，實現(xiàn)場段正線不停車轉(zhuǎn)換運營。

3.2 回庫作業(yè)管理

（1）回庫指派策略。系統(tǒng)會為從正線退出運營的列車，系統(tǒng)依據(jù)回庫策略順序，依據(jù)股道占用情況，為列車指派回庫進路。系統(tǒng)提供基本回庫策略“N字形”回庫順序：內(nèi)側(cè)優(yōu)先（B列位優(yōu)先順序?？?，繼而A列位順序停靠）。

根據(jù)當日回庫后場段作業(yè)計劃，當列車到達正線最后一個運營站臺，ATS系統(tǒng)會執(zhí)行動態(tài)回庫指派策略，動態(tài)為具有指定回庫作業(yè)需求的列車，分配相應進路，直接將列車動態(tài)派遣到具有相應作業(yè)功能的股道[8]，完成相應場段作業(yè)：

停車列檢股道設有專用帶觸網(wǎng)檢修區(qū)域，專用檢修股道用于列車日常檢修。系統(tǒng)判斷回庫列車為當日待檢列車，則將回庫進路直接排入專用檢修股道Track(M)；洗車線無列車占用，并且洗車機狀態(tài)正常。系統(tǒng)判斷回庫列車為當日待洗列車，則將回庫進路直接偏離到洗車股道Track(W)，前往洗車，完成全自動洗車流程。

圖6 回庫策略

圖7 場段自動化區(qū)域劃分

其他，停車列檢股道Track（S），N字形順次回庫。

（2）列車自動休眠。依照回庫策略停靠在停車列檢股道，無其他場段作業(yè)計劃的列車，結(jié)束運營后自動休眠。在默認偏移量時間段之后，向列車車載系統(tǒng)發(fā)送“休眠命令”，列車切斷電源進入休眠狀態(tài)。實現(xiàn)依照運營需求批量自動休眠喚醒，充分考慮夜間非運營時段的節(jié)電節(jié)能要求。

4 工程目標

為實現(xiàn)場段調(diào)度指揮管控結(jié)合，場段調(diào)度和正線運營協(xié)同編制的目標，本工程實踐預計達成的業(yè)績效果如下：①實現(xiàn)在早高峰運營時段之前列車的自動喚醒，完成自檢流程，系統(tǒng)可以自動實現(xiàn)對各設備的上電和自檢流程，并將檢查結(jié)果進行上報，減少司機疏忽上報問題；②降低人工管理編制人力，提高工作效率；③系統(tǒng)可以在安排運營列車時，提前獲知列車狀態(tài)，及時調(diào)整列車上線計劃，確保上線列車質(zhì)量和出車效率。實現(xiàn)場段內(nèi)的自動喚醒、無人駕駛發(fā)車作業(yè)；④提供故障場景下的臨時自動調(diào)整上線計劃的能力；⑤場段自動化行車調(diào)度，較少人工調(diào)度作業(yè)，顯著降低勞動強度；⑥進路自動辦理，提高行車列調(diào)的自動化運營，場段作業(yè)效率和質(zhì)量得到有效提高；⑦列車可以在停車列檢庫內(nèi)建立全自動運行模式，無需在轉(zhuǎn)換軌處停車轉(zhuǎn)換模式，一次性進出正線，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換軌不停車運營，提高出入庫行車效率；⑧列車在結(jié)束正線運營后，返回場段，可依照段內(nèi)作業(yè)計劃，直接前往洗車股道、或者檢修股道，完成場段作業(yè)后，再回停車列檢股道休眠，節(jié)省庫內(nèi)調(diào)車作業(yè)次數(shù)，提升場段內(nèi)作業(yè)效率。

5 結(jié)語

車輛段綜合自動化管理可以實現(xiàn)場段內(nèi)的行車自動化、調(diào)度自動化、結(jié)合場段檢修和洗車作業(yè)的系統(tǒng)安排考量派班任務。能夠顯著提高運營效率，提高行車安全水平，節(jié)省人力成本，發(fā)揮綜合自動化效能。全自動運行下，場段要實現(xiàn)全自動出庫，以及自動分配車次、正線與場段的運行計劃協(xié)同編制。結(jié)合上海14號線項目實施為工程背景，本著“用修結(jié)合、運用為主”的原則，以“運營檢修統(tǒng)籌安排、行車作業(yè)統(tǒng)一指揮”為目標，通過ATS正線場段一體化管理建立進一步整合并有效利用場段內(nèi)資源，提升場內(nèi)設施設備檢修力度，從而進一步提升正線地鐵列車的安全性及可靠性，服務好正線運營，強化場段內(nèi)資源統(tǒng)籌利用率，使得運營生產(chǎn)的作業(yè)標準化，并提高作業(yè)質(zhì)量和效率，對于今后的場段自動化運營水平提升有著長足的效果及意義。