摘 要：隨著城市軌道交通智能化發(fā)展，基于車車通信的列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）成為提升運(yùn)營(yíng)效率的關(guān)鍵技術(shù)。然而，TACS系統(tǒng)的復(fù)雜性與高度集成化特征，使其在運(yùn)營(yíng)調(diào)度中面臨多重安全風(fēng)險(xiǎn)。文章以TACS系統(tǒng)的安全性為核心，從系統(tǒng)構(gòu)成與功能出發(fā)，分析其在通信、設(shè)備、人為操作及外部環(huán)境四個(gè)維度的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，并提出針對(duì)性應(yīng)對(duì)策略。通過(guò)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與策略優(yōu)化，為提升城市軌道TACS系統(tǒng)的安全性與可靠性提供理論支持，助力軌道交通智能化轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：TACS 運(yùn)營(yíng)調(diào)度 軌道 安全風(fēng)險(xiǎn)

1 緒論

城市軌道交通作為現(xiàn)代城市公共交通的骨干網(wǎng)絡(luò)，其運(yùn)營(yíng)安全直接關(guān)系到公眾出行效率與社會(huì)穩(wěn)定性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，列車自主運(yùn)行系統(tǒng)TACS（Train Autonomous Circumambulation System，TACS）應(yīng)運(yùn)而生，它通過(guò)車車通信實(shí)現(xiàn)了列車的自主控制與協(xié)同，極大地提升了運(yùn)營(yíng)效率和靈活性，正逐漸在城市軌道領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，TACS 系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)調(diào)度中面臨著諸多挑戰(zhàn)，安全性問(wèn)題尤為突出。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，極有可能引發(fā)列車延誤、碰撞等嚴(yán)重事故，危及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)城市交通秩序也會(huì)造成巨大沖擊。因此，深入研究城市軌道 TACS 系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)調(diào)度中的安全性，對(duì)于保障城市軌道交通的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 TACS系統(tǒng)的構(gòu)成與功能

TACS的架構(gòu)設(shè)計(jì)以車車通信為核心，通過(guò)多層級(jí)模塊化協(xié)同實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行的自主化與智能化。系統(tǒng)主要由車載控制單元、分布式地面控制節(jié)點(diǎn)、高可靠通信網(wǎng)絡(luò)及環(huán)境感知單元四大核心模塊構(gòu)成。車載控制單元作為列車本體的“智能中樞”，集成多源數(shù)據(jù)處理能力，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)解析運(yùn)行指令、動(dòng)態(tài)生成控制策略并協(xié)調(diào)車載設(shè)備聯(lián)動(dòng)；分布式地面控制節(jié)點(diǎn)則摒棄傳統(tǒng)集中式架構(gòu)，采用區(qū)域化部署模式，基于實(shí)時(shí)路況與列車狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)全局路網(wǎng)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配與沖突消解[1]。通信網(wǎng)絡(luò)作為信息交互的“神經(jīng)脈絡(luò)”，需同時(shí)滿足低時(shí)延、高帶寬與強(qiáng)抗干擾需求，通過(guò)冗余信道設(shè)計(jì)與自適應(yīng)路由優(yōu)化，確保車車、車地間控制指令與狀態(tài)反饋的實(shí)時(shí)同步。環(huán)境感知單元?jiǎng)t依托激光雷達(dá)、視覺(jué)傳感器及慣性導(dǎo)航設(shè)備，構(gòu)建列車運(yùn)行環(huán)境的立體化數(shù)字孿生模型，為自主決策提供精準(zhǔn)的物理空間映射。

TACS系統(tǒng)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)信號(hào)控制模式的顛覆性突破。在列車自主運(yùn)行層面，系統(tǒng)基于車車直接通信技術(shù)，可實(shí)時(shí)共享相鄰列車的速度、位置及制動(dòng)性能參數(shù)，動(dòng)態(tài)生成最優(yōu)追蹤間隔控制曲線，顯著降低人為干預(yù)頻率。在協(xié)同調(diào)度層面，系統(tǒng)突破固定閉塞分區(qū)限制，依托動(dòng)態(tài)資源分配算法，實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段占用狀態(tài)的實(shí)時(shí)更新與沖突預(yù)判，使多列車在復(fù)雜交匯場(chǎng)景下仍能保持高效協(xié)同。此外，TACS系統(tǒng)具備自愈與自適應(yīng)能力，當(dāng)檢測(cè)到局部設(shè)備異常或通信中斷時(shí)，可自主切換至降級(jí)運(yùn)行模式，通過(guò)車載控制單元與相鄰列車的直接協(xié)商，維持基本運(yùn)行秩序。相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)，其功能特性還體現(xiàn)在對(duì)突發(fā)事件的快速響應(yīng)上，例如通過(guò)環(huán)境感知單元提前識(shí)別軌道障礙物，并聯(lián)動(dòng)車載控制器觸發(fā)分級(jí)制動(dòng)策略，將安全防護(hù)從被動(dòng)響應(yīng)升級(jí)為主動(dòng)預(yù)判。

3 城市軌道TACS系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)調(diào)度中的安全風(fēng)險(xiǎn)

3.1 通信故障風(fēng)險(xiǎn)

TACS系統(tǒng)高度依賴車車、車地間的實(shí)時(shí)通信鏈路，通信故障可能成為威脅運(yùn)營(yíng)安全的核心誘因。一方面，無(wú)線信道易受多徑效應(yīng)或電磁干擾影響，導(dǎo)致信號(hào)傳輸延遲或數(shù)據(jù)包丟失，進(jìn)而引發(fā)列車控制指令的時(shí)序錯(cuò)亂。例如，在高峰時(shí)段密集車流場(chǎng)景下，若相鄰列車無(wú)法實(shí)時(shí)同步速度與位置信息，動(dòng)態(tài)間隔調(diào)整功能可能失效，誘發(fā)追尾風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合過(guò)程中，傳感器采集的環(huán)境信息與車載控制器生成的控制參數(shù)若因通信異常產(chǎn)生邏輯沖突，系統(tǒng)可能陷入決策僵局，觸發(fā)非預(yù)期的緊急制動(dòng)或停車行為[2]。此外，通信協(xié)議的兼容性與冗余設(shè)計(jì)的局限性也可能加劇風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)新舊設(shè)備混合組網(wǎng)時(shí)，協(xié)議版本差異可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)解析錯(cuò)誤，而過(guò)度依賴單一通信頻段或路由節(jié)點(diǎn)則可能因局部故障引發(fā)連鎖反應(yīng)，使部分列車脫離系統(tǒng)管控，形成“信息孤島”。

3.2 設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)

TACS系統(tǒng)的設(shè)備可靠性直接決定運(yùn)營(yíng)調(diào)度的安全性，硬件與軟件層面的潛在故障均可能引發(fā)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。硬件方面，車載控制器的核心芯片若因長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)老化或過(guò)熱，可能導(dǎo)致控制邏輯計(jì)算錯(cuò)誤，例如錯(cuò)誤釋放制動(dòng)指令或誤判前方障礙物距離。地面控制節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器集群若因電源波動(dòng)或散熱不足發(fā)生宕機(jī)，將導(dǎo)致區(qū)域調(diào)度功能癱瘓，迫使列車降級(jí)為人工模式運(yùn)行，顯著增加人為操作失誤概率。軟件層面的風(fēng)險(xiǎn)則更為隱蔽且難以預(yù)測(cè)，算法邏輯缺陷可能在特定場(chǎng)景下被激活，例如動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃模塊在極端密集車流中因計(jì)算資源不足而生成沖突路徑，或環(huán)境感知單元因目標(biāo)識(shí)別算法誤判而忽略真實(shí)障礙物。

3.3 人為操作風(fēng)險(xiǎn)

盡管TACS系統(tǒng)以自動(dòng)化為主導(dǎo)，但人為因素仍是安全鏈條中的薄弱環(huán)節(jié)。調(diào)度人員的誤操作可能直接破壞系統(tǒng)運(yùn)行邏輯，例如在臨時(shí)調(diào)整運(yùn)行圖時(shí)，若未充分校驗(yàn)線路資源沖突便強(qiáng)制下發(fā)指令，可能引發(fā)多列車路徑交叉或進(jìn)路鎖閉失效。此外，應(yīng)急場(chǎng)景下的人機(jī)協(xié)同失效風(fēng)險(xiǎn)尤為突出，當(dāng)系統(tǒng)因故障切換至半自動(dòng)模式時(shí)，若操作人員對(duì)降級(jí)運(yùn)行規(guī)則理解不足或應(yīng)急處置流程不熟練，可能延誤故障恢復(fù)時(shí)機(jī)，甚至因錯(cuò)誤干預(yù)加劇系統(tǒng)紊亂。另一方面，系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的人因工程缺陷也可能埋下隱患，例如人機(jī)交互界面信息過(guò)載或告警提示不直觀，可能導(dǎo)致調(diào)度員在高壓環(huán)境下忽略關(guān)鍵告警信號(hào)。更為深層次的風(fēng)險(xiǎn)源于人員培訓(xùn)體系的不足，若缺乏針對(duì)TACS系統(tǒng)特有功能的模擬演練，操作人員可能對(duì)新型控制邏輯的邊界條件認(rèn)知模糊，無(wú)法在突發(fā)情況下有效履行監(jiān)督職責(zé)，致使局部風(fēng)險(xiǎn)向全局?jǐn)U散。

3.4 外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

TACS系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境開(kāi)放性使其易受外部不可控因素的干擾，此類風(fēng)險(xiǎn)往往具有突發(fā)性與不可預(yù)測(cè)性。極端天氣條件可能嚴(yán)重削弱系統(tǒng)可靠性，例如強(qiáng)降雨或冰雪覆蓋可能造成軌旁通信設(shè)備進(jìn)水短路，而雷擊浪涌則可能通過(guò)接地系統(tǒng)侵入車載電路，引發(fā)電子元件損毀。此外，高溫環(huán)境下設(shè)備散熱效率下降可能導(dǎo)致控制芯片性能劣化，低溫則可能使傳感器響應(yīng)遲滯，影響環(huán)境感知精度。異物侵入是另一類高發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，輕質(zhì)漂浮物或小型動(dòng)物進(jìn)入軌道區(qū)域可能被環(huán)境感知單元誤判為臨時(shí)障礙物，觸發(fā)非必要緊急制動(dòng)，造成運(yùn)營(yíng)中斷；而大型異物如工程機(jī)械侵入限界時(shí)，若系統(tǒng)因視覺(jué)識(shí)別算法局限未能及時(shí)預(yù)警，可能直接導(dǎo)致碰撞事故[3]。不僅如此，城市環(huán)境中的多重干擾源可能形成復(fù)合風(fēng)險(xiǎn)，例如高架線路周邊的高壓輸電線路可能引發(fā)電磁干擾，地下隧道內(nèi)的粉塵聚集可能加速設(shè)備老化，這些因素相互疊加時(shí)，系統(tǒng)安全防護(hù)機(jī)制的負(fù)荷將顯著增加，容錯(cuò)閾值隨之降低。

4 應(yīng)對(duì)TACS系統(tǒng)在城市軌道運(yùn)營(yíng)調(diào)度中安全風(fēng)險(xiǎn)的策略

4.1 應(yīng)對(duì)通信故障風(fēng)險(xiǎn)的策略

為確保TACS系統(tǒng)通信鏈路的可靠性，需構(gòu)建多層次、高容錯(cuò)的通信防護(hù)體系。首先，采用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，將無(wú)線局域網(wǎng)、蜂窩通信與光纖傳輸進(jìn)行有機(jī)整合，形成多通道并行通信架構(gòu)。當(dāng)某一信道因干擾或物理?yè)p壞導(dǎo)致傳輸質(zhì)量下降時(shí)，系統(tǒng)可基于實(shí)時(shí)信道狀態(tài)評(píng)估算法自動(dòng)切換至備用鏈路，避免單點(diǎn)失效引發(fā)全局通信中斷。其次，強(qiáng)化數(shù)據(jù)交互過(guò)程的完整性校驗(yàn)機(jī)制，在車車通信中引入動(dòng)態(tài)加密協(xié)議與時(shí)間戳同步技術(shù)，確?？刂浦噶畹臅r(shí)序性與真實(shí)性。對(duì)于多源數(shù)據(jù)融合場(chǎng)景，可部署分布式一致性校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)交叉驗(yàn)證消除因數(shù)據(jù)丟包或篡改導(dǎo)致的邏輯沖突[4]。此外，需針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境設(shè)計(jì)自適應(yīng)抗干擾方案，例如通過(guò)智能頻譜感知技術(shù)動(dòng)態(tài)避開(kāi)擁堵頻段，或在隧道等封閉空間內(nèi)部署中繼增強(qiáng)設(shè)備，補(bǔ)償信號(hào)衰減。在系統(tǒng)升級(jí)迭代過(guò)程中，應(yīng)建立嚴(yán)格的協(xié)議兼容性測(cè)試流程，確保新舊設(shè)備混合組網(wǎng)時(shí)通信接口的無(wú)縫對(duì)接，同時(shí)預(yù)留帶寬資源以應(yīng)對(duì)未來(lái)車聯(lián)網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)展需求。

4.2 應(yīng)對(duì)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的策略

設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的消解需從全生命周期管理維度切入，構(gòu)建預(yù)防、監(jiān)測(cè)與快速恢復(fù)相結(jié)合的技術(shù)體系。硬件層面，推行基于狀態(tài)感知的預(yù)測(cè)性維護(hù)模式，在車載控制器與地面節(jié)點(diǎn)中嵌入多參數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集溫度、振動(dòng)、電流等關(guān)鍵指標(biāo)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立設(shè)備健康度評(píng)估模型，提前識(shí)別潛在故障征兆。對(duì)于核心控制單元，采用雙機(jī)熱備與動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡設(shè)計(jì)，當(dāng)主控設(shè)備異常時(shí)，備用系統(tǒng)可在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)無(wú)縫接管控制權(quán)，避免列車運(yùn)行狀態(tài)突變。軟件層面，建立多層次驗(yàn)證機(jī)制，通過(guò)形式化驗(yàn)證確?？刂扑惴ㄟ壿嬐陚湫?，利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建高保真仿真環(huán)境，對(duì)極端工況下的軟件行為進(jìn)行壓力測(cè)試。針對(duì)分布式架構(gòu)特性，可設(shè)計(jì)局部故障隔離策略，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)重構(gòu)控制拓?fù)?，將受影響范圍限制在最小單元?nèi)[5]。同時(shí)，完善備品備件智能調(diào)度體系，基于設(shè)備故障率與維修歷史數(shù)據(jù)優(yōu)化倉(cāng)儲(chǔ)布局，確保關(guān)鍵部件更換的時(shí)效性，最大限度降低設(shè)備宕機(jī)對(duì)運(yùn)營(yíng)調(diào)度的影響。

4.3 應(yīng)對(duì)人為操作風(fēng)險(xiǎn)的策略

降低人為操作風(fēng)險(xiǎn)需從制度規(guī)范、人機(jī)交互與能力培養(yǎng)三方面協(xié)同發(fā)力。構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化操作流程時(shí)，應(yīng)融入防錯(cuò)設(shè)計(jì)理念，例如在調(diào)度指令下發(fā)環(huán)節(jié)設(shè)置多重邏輯校驗(yàn)關(guān)卡，強(qiáng)制要求操作人員對(duì)沖突進(jìn)路、資源占用狀態(tài)進(jìn)行可視化確認(rèn)，防止誤觸發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。人機(jī)界面設(shè)計(jì)需遵循認(rèn)知工效學(xué)原則，采用分層信息展示與情境化告警提示，通過(guò)色彩編碼與空間分區(qū)降低信息過(guò)載壓力，確保調(diào)度員在應(yīng)急狀態(tài)下仍能快速定位關(guān)鍵參數(shù)。在人員能力建設(shè)方面，建立分階段、差異化的培訓(xùn)體系，初期通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬典型故障場(chǎng)景，強(qiáng)化操作人員對(duì)系統(tǒng)降級(jí)模式的處置能力；后期引入強(qiáng)化學(xué)習(xí)平臺(tái)，通過(guò)歷史案例復(fù)盤(pán)與決策推演，提升其在復(fù)雜非標(biāo)場(chǎng)景下的態(tài)勢(shì)研判水平。此外，需構(gòu)建多維度考核機(jī)制，將應(yīng)急響應(yīng)時(shí)效、誤操作率等指標(biāo)納入績(jī)效評(píng)估，并定期開(kāi)展跨崗位聯(lián)合演練，促進(jìn)調(diào)度、維護(hù)、應(yīng)急等多部門(mén)協(xié)同能力的螺旋式提升。

4.4 應(yīng)對(duì)外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的策略

外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的防控需構(gòu)建“感知-預(yù)警-防護(hù)”一體化防御鏈條。在環(huán)境感知層面，部署智能傳感網(wǎng)絡(luò)與氣象雷達(dá)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道沿線的風(fēng)速、降水、溫度等參數(shù)，結(jié)合歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，提前發(fā)布強(qiáng)對(duì)流天氣或極端溫度預(yù)警。針對(duì)異物侵入風(fēng)險(xiǎn)，可采用多模態(tài)融合檢測(cè)技術(shù)，將激光雷達(dá)掃描、視頻智能分析與聲波探測(cè)相結(jié)合，提升障礙物識(shí)別的準(zhǔn)確率與響應(yīng)速度，同時(shí)設(shè)置分級(jí)報(bào)警閾值，區(qū)分落葉等輕微干擾與大型侵入物的處置優(yōu)先級(jí)。在設(shè)備防護(hù)層面，對(duì)軌旁通信模塊實(shí)施三防處理，采用耐腐蝕殼體與防水密封設(shè)計(jì)，并在供電回路中加裝浪涌保護(hù)裝置，抵御雷擊等瞬態(tài)過(guò)電壓沖擊。對(duì)于電磁干擾問(wèn)題，可通過(guò)屏蔽線纜敷設(shè)與接地系統(tǒng)優(yōu)化，降低外部強(qiáng)電設(shè)備對(duì)控制信號(hào)的耦合干擾。此外，需建立跨部門(mén)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，與市政、氣象、公安等部門(mén)共享風(fēng)險(xiǎn)信息，協(xié)同制定軌道清障、客流疏散等聯(lián)合預(yù)案，確保突發(fā)情況下資源調(diào)配與處置行動(dòng)的高效協(xié)同。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市軌道 TACS 系統(tǒng)依托獨(dú)特的構(gòu)成與功能，革新了運(yùn)營(yíng)調(diào)度模式，在提升運(yùn)營(yíng)效率與靈活性上成效顯著。然而，通信故障、設(shè)備故障、人為操作失誤以及外部環(huán)境干擾等風(fēng)險(xiǎn)，時(shí)刻威脅著系統(tǒng)的安全運(yùn)行。針對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)所制定的應(yīng)對(duì)策略，涵蓋通信冗余設(shè)計(jì)、設(shè)備可靠性提升、人員操作規(guī)范以及環(huán)境防護(hù)等多維度措施，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行筑牢防線。未來(lái)，隨著城市軌道交通規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張與技術(shù)的迭代升級(jí)，TACS 系統(tǒng)安全性研究仍需不斷深入，持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，為城市軌道交通安全、高效運(yùn)營(yíng)提供堅(jiān)實(shí)保障。

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