全自動駕駛系統(tǒng)技術(shù)探討

1、 一全自動駕駛系統(tǒng)定義國際公共交通協(xié)會 (UITP 將列車運行的 自動化水平(自動化等級,簡稱GoA 劃分為五級:帶司機 的 ATPSTO自動 司機 司機 司機 司機司機司機 自動 自動化 列車運 列車運 列車停 關閉 干擾事件 等級行類型 行調(diào)整 車 車門 下運行全自動駕駛系統(tǒng)定義 國際電工委員會 -I EC62290 全自動駕駛系統(tǒng)定義全自動無人駕駛系統(tǒng)(GOA4是基于現(xiàn)代計算機、通信、控制和系統(tǒng) 集成等技術(shù)實現(xiàn) 列車運行全過程自動化 的新一代城市軌道交通系統(tǒng),是衡量 城市軌道交通系統(tǒng) 可靠性、安全性、可用性、可維護性 先進水平的標尺,是 城市軌道交通系統(tǒng) 自動化水平的最高等級 ,也是未來

2、城市軌道交通技術(shù)的發(fā) 展方向。二 運用全自動駕駛系統(tǒng)目的 城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展是從非自動、半自動到全自 技術(shù)發(fā)展的必然 動的演變。 GOA2/STO GOA3/DTO GOA4/UTO 隨著基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC）和綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的 成熟，有力推動了城市軌道交通全自動駕駛系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和應用。 4 二 運用全自動駕駛系統(tǒng)目的 安全地鐵提升城市軌道交通系統(tǒng)的安全性。 品質(zhì)地鐵提高城市軌道交通系統(tǒng)的可用性，提升服務品質(zhì)。 建設理念更新的必然 綠色地鐵提高城市軌道交通系統(tǒng)的運行效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。 智慧地鐵提高城市軌道交通系統(tǒng)的自動化水平。 5 三 全自動駕駛與常規(guī)駕

3、駛差異 全自 動車 輛段 車輛段 控制中心 本質(zhì)區(qū)別 1. 司機監(jiān)控列車運行改 由設備自動控制列車運行。 故障診斷 操作員 自動列車 控制管理 TIAS服務器 行調(diào) 電調(diào) 環(huán)調(diào) 車輛調(diào)度 乘客調(diào)度 2. 司機面向乘客的工作 改由控制中心調(diào)度完成。 車站 故障診斷 人員防護 操作員 信息發(fā)布 3. 列車自動運行控制范 圍延伸覆蓋至車輛段/停車 場。 站臺屏蔽門控制系統(tǒng) 區(qū)間攝像頭 C LTE TETRA 車站攝像頭 無線列調(diào) 緊急對講 車輛牽引/ 制動 /TCMS 門控系統(tǒng) 視頻監(jiān)控 應急導引 CBTC 車載設備 C 6 三 全自動駕駛與常規(guī)駕駛差異 項目 有人駕駛系統(tǒng)的實現(xiàn)方式 無人駕駛系統(tǒng)的

4、實現(xiàn)方式 系統(tǒng)功能差異 序號 1 2 3 4 5 司機啟動設備自檢，緊急制動司 系統(tǒng)設備自動啟動自檢，緊急制動自 列車出庫前的自 機緩解，司機升弓，設備自動啟 動緩解，自動升弓，設備自動啟動列 檢及啟動 動列車出庫 車出庫 列車照明、通風、 照明司機開關，通風、空調(diào)司機 系統(tǒng)實現(xiàn)照明自動開關，通風、空調(diào)、 空調(diào)、消防監(jiān)控 開關 消防監(jiān)控 列車站間運行 列車進站停車 開關門 正常ATO模式不可用時，采用人 正常ATO模式不可用時，增加蠕動模 工駕駛模式 式 若ATO沒有對位停車，需要司機 若一次停車沒有對位，系統(tǒng)自動調(diào)整 人工駕駛模式調(diào)整列車位置 列車位置 系統(tǒng)具備對位禁止隔離功能（故障車 在車

5、門或安全門故障情況下，司 門對應的安全門不會打開，故障安全 機進行開關門控制 門對應的車門不會打開） 7 三 序號 6 7 全自動駕駛與常規(guī)駕駛差異 項目 區(qū)域保護 無 有人駕駛的實現(xiàn)方式 無人駕駛的實現(xiàn)方式 設置全自動區(qū)域保護功能，實現(xiàn)對進入現(xiàn)場 工作人員的保護。 8 9 10 11 12 具備障礙物探測和監(jiān)視設備，OCC通過前端 司機瞭望及觀測，并采取相 攝像頭觀測，系統(tǒng)自動處理結(jié)合中心人員處 軌道上障礙物的處理 應處理 理。 司機負責車輛故障檢測及排 車輛故障檢測及排除 中心通過監(jiān)控系統(tǒng)負責車輛故障檢測及排除 除。 廣播、對講 救援 乘客疏散 洗車 司機對乘客廣播，中心對司 中心對乘客廣

6、播、對講 機對講 司機負責列車救援 司機負責乘客疏散 中心通過蠕動模式救援，或派人員上車救援 逃生門與風機、逃生指示燈聯(lián)鎖，控制逃生 門 系統(tǒng)自動控制列車 13 司機負責駕駛清洗 后續(xù)或是應急車司機配合人 故障車輛退出運營 控制中心遠程控制,車輛自動掛鉤 工處理 8 全自動駕駛與常規(guī)駕駛差異 全自動駕駛與常規(guī)駕駛差異 全自動駕駛與常規(guī)駕駛差異 全自動駕駛與常規(guī)駕駛差異 全自動駕駛與常規(guī)駕駛差異 項目投資差異 1. 指標中不含前期征地拆遷及建設期貸款利息費用 。2. 無人駕駛模式對土建工程影響不大,設備系統(tǒng)投資與設備冗余量有關,主要影響車輛及 通信信號費用。項目靜態(tài)投資需增加投資約 2.2%,

7、其中車輛、設備系統(tǒng)增幅約 5%(車輛購 全自動無人駕駛系統(tǒng)與有人駕駛系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于沒有列車司機, 控制中心調(diào)度人員通過高度集成信息化系統(tǒng)替代司機完成相關行車控制、 乘客服務以及車輛與設備狀態(tài)的監(jiān)控。減少或是弱化了車站對軌行區(qū)涉及 行車設備的控制。全自動無人駕駛線路運營管理模式仍可采用與有人駕駛線路相同的 兩 級管理和三級控制方式 。運營管理模式差異 控制中心調(diào)度席位差異 根據(jù)全自動無人駕駛管理的需求控制中心設置 行調(diào) 、 設備調(diào) (防災、 電力、 乘客調(diào) 、 車輛調(diào) 、 維修調(diào) 以及 總調(diào) 席位共計 六種 調(diào)度崗位。 與有人駕駛線路相比,增加了 乘客調(diào) 、 車輛調(diào) ,相應需增加相關的 監(jiān)控

8、終端設備和人員配置。車站席位設置差異 有人駕駛線路車站控制室配置 行車 調(diào)度(兼乘客服務和 設備 調(diào)度 兩個席位,對于無人駕駛線路雖然站級行車指揮工作弱化,從席位設置 上還是可按照乘客服務和車站設備兩席位設置。當降級運營模式情況下, 乘客服務調(diào)度需要兼做行車指揮工作。運維管理模式差異 需根據(jù)無人駕駛的特點,確定運營、維護 規(guī)則 ,建立 高效、綜合性 的 運維團隊。運維模式的變化是有人駕駛與無人駕駛 最大 的差異。無人駕駛線路集約中央級控制勢必造成各系統(tǒng)間 關聯(lián)性、統(tǒng)籌、協(xié)調(diào) 工作性更強,個體故障事件處理需要多個系統(tǒng)專業(yè)聯(lián)合處理,傳統(tǒng)的分系 統(tǒng)的運維體制在事件處理效率、統(tǒng)籌性上均存在一定的不適應

9、性。我院有幸作為 總體設計和車輛、信號、通信、綜合監(jiān)控系統(tǒng) 設計單位 全程參與了上海軌道交通 10號線全自動無人駕駛系統(tǒng)的工程設計工作,作 為 總體設計和車輛、信號、通信系統(tǒng) 設計單位全程參與了北京燕房線全自 動無人駕駛系統(tǒng)的工程設計工作。體會:在目前國家無全自動駕駛系統(tǒng)設計標準的情況下,項目研究、 設計階段均需要各方(設計、建設、運營、維護 共同參與,確定設計標 準和設計方案。車站土建 、 常規(guī)機電設備系統(tǒng) 全自動無人駕駛與有人駕駛基本一致, 主要變化在 車輛 、 停車場 、 控制中心 和 核心系統(tǒng) (信號、通信、綜合監(jiān)控工程 可行性研究階段 就需明確項目是按有人駕駛或全自動駕駛系統(tǒng)設 計,

10、免得在工程項目立項批準后再作調(diào)整。北京燕房線在 2013年 5月初步設計 評審階段 提出調(diào)整為無人駕駛,好 在北京市相關職能部門 認識一致 和 鼎力支持 ,在北京建設管理公司的組織 和領導下,我院利用二個月時間完成燕房線全自動無人駕駛 可研修編 工作, 于同年 8月通過評審;再利用四個月的時間完成燕房線無人駕駛初步設計 的修編工作,于 2014年 1月通過評審。至此項目按全自動駕駛系統(tǒng)建設才 奠定了基礎。工程項目合規(guī)性 工作方法:需以“場景描述”和“運營規(guī)則”為主線,開展相關 專題 研究 ,以專題研究的 成果 指導工程設計。配線設置 通過對上海 10號線和北京燕房線配線設置 研究分析 ,配線設

11、置 數(shù)量、 形式 與有人駕駛系統(tǒng)基本一致,全線配線扔可按地鐵設計規(guī)范 35公 里設置渡線, 810公里設置存車線。停車場接軌和折返站配線形式也與 有人駕駛系統(tǒng)基本一致。存車線、折返線 安全防護距離 需根據(jù)全自動駕駛系統(tǒng)的要求 重新核定 。全自動駕駛系統(tǒng)工程設計體會停車場1. 全自動運行區(qū)域劃分整個站場分為 全自動運行區(qū)域 和 人工駕駛區(qū)域 ,全自動運行區(qū)域包括 停車列檢線群和洗車線,人工駕駛區(qū)域包括定期檢修線、臨修線、月檢線、 靜調(diào)線、吹掃線、鏇輪線、聯(lián)合車庫線、平板車線等,兩者之間 界限需分 明 。全自動運行區(qū)域平時由 OCC 自動控制,必要時可轉(zhuǎn)為備用控制中心自 動或人工控制。四 全自動駕

12、駛系統(tǒng)工程設計體會停車場 2. 保護區(qū)域劃分全自動運行區(qū)域原則上 為無人作業(yè)區(qū) ,無人區(qū)內(nèi)需要人工參與完成的 車內(nèi)清掃和列檢作業(yè),原則上在全天運營時段結(jié)束、車輛全部入庫停放妥 當后再統(tǒng)一進行。為保證正常運營時段,工人因特殊情況需入庫作業(yè)時不至于對車輛出 入庫造成大范圍的平面干擾和影響, 需對停車列檢庫劃分 若干保護分區(qū) , 并設置下穿軌道的 地下通道 。全自動駕駛系統(tǒng)工程設計體會 車輛 核心系統(tǒng) 信號 關鍵設備采用冗余 減少運行故障,完善故障自診斷和自愈功能提高整個系統(tǒng) 的可用性和可靠性;增強控制中心配置級別 控制中心級核心設備熱備冗余,或是在車輛段異地災 備;為線路工作人員提供可靠安全防護

13、車站 /場段增加人員防護按鈕、與站臺 門系統(tǒng) 故障對位隔離 功能、站臺關門按鈕 PCB ;增強維護監(jiān)測功能 信號車載設備和車輛設備的狀態(tài)需實時上傳維護監(jiān)測系統(tǒng); 采用自動化車輛段 /停車場 自動洗車控制、喚醒、休眠等。自動化 停車線長 度 需按全自動駕駛 安全防護距離 要求設置。 核心系統(tǒng) 優(yōu)化關鍵設備配置,從系統(tǒng)軟件容量及處 理功能、硬件冗余功能及處理能力等進行 更新,達到系統(tǒng)實時性要求增加對車輛信息顯示及收集 對全自動 駕駛提供信息服務;完善集成、互聯(lián)范圍優(yōu)化調(diào)整 車輛段、 停車場納入正線統(tǒng)一控制后,綜合監(jiān)控系 統(tǒng)的集成和互聯(lián)系統(tǒng)的管理和監(jiān)控范圍進 行擴充,從而滿足全線監(jiān)控功能;優(yōu)化控制中心工藝布置 根據(jù)全自動駕 駛的功能需求,優(yōu)化控制中心行調(diào)、設備 調(diào)、 乘客調(diào)度、車輛調(diào)度 等的工藝布置,核心系統(tǒng) 通信 建立可靠通信骨干網(wǎng)、專用無線系統(tǒng)可靠性要求增加增強與車輛接口 將車載無線通信設備狀態(tài)信息提供給車輛,使控制中心 能隨時監(jiān)控列車設備的情況;車載無線設備增加自檢功能 增強通信車載設備安全、穩(wěn)定性;新增車載應急電話 每節(jié)車廂在車門處新增車載應急電話,通過無線通信 系統(tǒng)實現(xiàn) 乘客與控制中心 的雙向通信;完善視頻監(jiān)控 增加 列車前后方 視頻監(jiān)控功能; 增強車內(nèi)視頻監(jiān)視聯(lián)動功 能,發(fā)生情況時,可立即切換到相關畫