浅谈北京轨道交通新机场线全自动无人驾驶的应用.docx

浅谈北京轨道交通新机场线全自动无人驾驶的应用 路翠红摘 要：近几年，我国轨道交通的发展突飞猛进，随着相关技术的不断进步和完善，全自动无人驾驶已经成为顺应轨道交通发展的大势所趋本文通过简单介绍全自动无人驾驶系统的技术结构性能、技术特点，结合北京轨道交通新机场线的应用情况，由此浅谈下全自动无人驾驶的优越性和发展的必要性关键词：全自动无人驾驶 城市轨道交通 北京新机场线随着城市发展的加快，城市轨道交通建设的大潮也随之兴起，城市轨道交通的新技术也层出不穷，带动着车辆、信号、通信及综合监控系统等各领域及系统集成技术的进步城市轨道交通全自动无人驾驶（Full Automatic Operation，FAO）技术亦逐渐成熟，被越来越多的人们了解和接受全自动无人驾驶系统作为先进的城市公共交通体系，代表了城市轨道交通领域的发展方向目前，在我国，全自动无人驾驶的发展虽然尚处于初级阶段，但已有了良好的开端，相信未来一定会用更为广阔的发展空间截止到目前我们采用无人驾驶的线路由：2008年7月开通的北京轨道交通机场线，2010年4月开通的上海地铁10号线和2017年12月开通的北京轨道交通燕房线目前轨道交通已经成为大多数城市的重要交通工具，如何更好的利用无人驾驶技术来提升轨道交通运输的效率、安全及质量，是当前轨道交通运行管理领域的重要课题。

北京轨道交通新机场线率先全面推进了该技术的应用，并且取得了良好的应用效果，所以可以以该线路为例，探讨全自动驾驶功能在轨道交通领域的应用注意事项和取得的成效，为今后更广泛的应用该技术提供参考与借鉴全自动无人驾驶系统具有列车自动唤醒、自动启动、自动休眠、自动出入停车场、自动清洗、自动行驶、自动停车、自動开关车门，故障恢复，可根据客流量列车自动自动投入或退出运行等一系列的自动功能并具有常规运行、降级运行、运行中断等多种运行模式，可有效提高运量和系统运行效率国际电工标准IEC6229-1《铁路应用——城市轨道交通管理与控制系统第1部分：系统原则和基本原理》中，将轨道交通自动化分为从GOA1到 GOA4 共5个等级轨道交通自动化等级如表1所示，北京新机场线一期工程的全自动无人驾驶满足此标注中的GOA4级标准一、北京新机场线全自动无人驾驶系统北京轨道交通新机场线采用 4M 4T-8 辆编组，其最高设计时速160公里几乎是普通地铁的2倍，是目前国内最快的城市地铁线路其可提供新机场与中心城之间快速、直达、大运量的公共交通服务，实现“半小时”到达中心城目标北京轨道交通新机场线一期工程南起新机场，北至中心城区草桥站，全长 41.36km（K2+500～K43+860），其中地下线和U型槽 23.65km，高架和路基段17.71km。

局部线路与新机场高速采用共构方式布置本期共设3座车站，分别为草桥站、磁各庄站、北航站楼站，和1座磁各庄车辆段全线采用全自动无人驾驶系统，确保北京新机场线的安全运行北京轨道交通新机场线一期工程线路图如下（一）无人驾驶系统结构与性能北京新机场线采用先进的全自动无人驾驶系统是基于信号系统和通信系统为主要系统来实现的其中信号系统采用功能完备、技术先进的基于无线通信的列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC），其中包括纳入信号系统的中央级、车站系统（简称TIAS系统）中的列车自动监控（ATS）子系统;列车自动保护（ATP）子系统;列车自动运行（ATO）子系统;计算机联锁（CI）子系统、数据通信（DCS）子系统、维护监测（MSS）子系统、培训子系统信号系统满足初、近、远期8辆编组（其中7节为载客车，1节为行李车），初期配属车数量为10列，近期配属车数量为16列，远期配属车数量为22列正线列车最小运行间隔、交路折返站（新机场北航站楼、草桥站）最小折返运行间隔、列车最小出入车辆段运行间隔满足4分钟运营的要求通信系统主要包括主要通信系统、公安通信系统、政务通信系统和技防系统等。

二）全自动无人驾驶系统技术特点1、线路结构类型北京地铁新机场线线路类型是以高架与地下混合线路，也是世界上全自动驾驶轨道交通线路结构主要类型本线路在市区部分采用地下段，市区外部分采用高架段2、轮轨制式北京地铁新机场线的轮轨采用钢轨钢轮制式，它源自于铁路，因具有成熟、经济、可靠、适用性强等特点，而使用广泛3、站台安全门在轨行区的站台安全门主要起防护作用，是实现全自动驾驶线路封闭运行的最有有效手段据不完全统计，造成行车线路延迟的主要原因是乘客进入站台轨行区或干扰该区域等人为因素4、车辆从初期每列车载客小于300人发展到现在大于700人，全自动驾驶车辆发生了显著的变化，新机场线载客列车容量400多人，属于中低容量列车采用中低容量的列车可以降低工程规模，节省工程造价北京新机场线采用多项新技术和新工艺，不仅将为我国京津冀一体化发展战略提供巨大的支持，而且还满足2022年我国举办冬季奥运会大客流量的需求，使我国更将以全新的姿态展现出绿色奥运、科技奥运和人文奥运二、北京新机场线全自动无人系统的特点和优越性当前改线路的全自动无人驾驶技术应用成效显著，整个线路的运行更为规范和高效，同时对列车的调控更加灵活和精准，节省的人力都可以投入到系统监测和各个站的服务提升方面，所以改线路的整体服务质量得到了有效的改善，为改线路的乘客提供了更舒适的服务。

一）安全性、可靠性高经验数据显示当前轨道交通的事故一半以上是人为误操作导致的，所以全自动驾驶技术的应用可以有效的降低这部分的事故发生率，并且在运行过程中列车出现问题后可以快速的调整列车的运行指令，控制事故的影响范围当前北京新机场线路已经全面的应用了该技术，并且在硬件和软件等方面进行了升级，进一步提高了该技术在信号传输等方面的技术水平，进而更好的保障全自动驾驶的安全性能，为线路客运服务安全提供了更可靠的支持目前该线路的运行效果良好，整体的客运质量也在不断的改善和提升中它的较高的安全性不仅体现在运行中的列车安全（如防止追尾、正面、侧面冲撞、脱轨、障碍物碰撞等）、而且还体现在乘客及运营人员的安全（如上下车乘客、车厢内乘客、站台上乘客、维护人员等）;因此他能够实现列车运行全过程各种运行工况（正常和异常）的自动安装防护二）灵活性高全自动驾驶可以利用中央控制系统对所有车辆的车速和运行状态进行动态的调整，从而根据客流量等情况的变化动态的调整车辆的运行数量和速度，继而更好的应对客运波动情况，这种操作灵活性高人工驾驶的调整则相对滞后，很难实现灵活的响应三）行车密度高全自动驾驶技术可以实现所有车辆的行驶速度、车距的精准控制，所有能够在固定线路上实现更多车辆的同步行驶，不必为相互车辆之间的安全距离设置过大，所以更多车辆的行驶可以有效的提升运输效率，减少了乘客的等待时间，同时也降低了驾驶问题的出现。

根据环评报告书，新机场线近期高峰期每小时开行12对，也就是在高峰期的发车间隔为5分钟运营时间将从早上5点开始一直持续到晚上11点，共计18小时四）服务管理水平高北京新机场线全自动无人驾驶系统是高科技含量的轨道交通系统，运用先进的ATC系统，实现对列车连续速度曲线控制和自动调整功能，保正提供准时、准点、平稳舒适的自动行车;为了与之相适应，应配备具有较高素质的管理人员，他们不仅要有较高的科技文化水平，能沉着、灵活应对突发事件，而且有极高的服务意识和责任感，从而使运营管理服务水平有显著的提高五）成本低北京新机场线全自动无人驾驶系统的信号系统具有根据客流量大小自动调整运营策略和列车开行密度的功能，能灵活地适应高峰大客流和低峰小客流的运行需要，提高列车满载率列车高密度运行，可减少小编组列车、缩短车站长度;旅行速度的提高有利于减少车辆配置数量，使建设投资得到有效控制北京新机场线全自动无人驾驶列车不配置驾驶员，使操作人员大幅减少;车辆配属数量低也使管理、维护、维修人员以及培训人员减少，使整体维护管理成本降低六）可扩展性好由于使用骨干网传输，可通过增加骨干网模块实现系统扩展，以应对增加列车、车站或延伸线路[3]。

北京新机场线一期工程向北延伸至丽泽商务区，旅客可以提前24小时在丽泽商务区站办理登机牌和托运行李手续，向南延伸至南航站楼与京雄城际铁路相连另外，草桥站未来可与10号线、19号线衔接，实现换乘;磁各庄站未来可与城际铁路联络线换乘;新机场北航站楼站与R4线、京霸城际、廊涿城际换乘三、我国发展全自动驾驶轨道交通的必要性当前城市轨道交通的发展迅速，我国大量的城市都修建了完善的轨道交通系统，在为城市提供便捷出行服务的同时，也带来了大量的能源消耗和污染问题，并且轨道交通的运行安全与质量需要投入大量的人力去管理所以再这样的情况下，全自动驾驶技术如果能引入到轨道交通系统，就可以有效的降低能耗和人力强度，从而用更低的成本提供更高水平的服务一）提高运能在目前现有技术条件下，地铁最小运营间隔很难达到2 min以下，要解决像北京、上海这样的特大城市地铁客流，特别是早、晚高峰时期客流需求，必须迫切研究新技术、特别是全自动驾驶技术，来提高运营能力、挖掘地铁运输潜能二）提高整体自动化水平，减少人为误操作人工驾驶过程中的误操作一直是轨道交通事故的最大隐患，所以通过全自动技术的应用可以有效的避免误操作威胁轨道交通运输的安全，降低事故率和提升整体的运输安全质量。

三）降低人工作业难度，提升客运效率人工驾驶的轨道交通车辆需要大量的司机人员频繁的进行驾驶，这对驾驶人员而言是一个高强度的作业，所以难免出现各类异常或者疲劳驾驶，而全自动驾驶可以降低人工作业的难度和强度，并且可以让更多的人力资源放在列车运行状态监测上，从而提高服务的整体效率和质量四）节能减排全自动驾驶可以实现列车的精准控制，并且还能够实现整个轨道交通系统多列车辆的同时精准控制，有效的降低了整体能耗，从而实现节能减排避免了人工操作过程中难以避免的额外能耗问题四、结语综上可知，全自动无人驾驶目前是全球交通运输领域的研究重点，目前许多国家已经具备了无人驾驶汽车上路行驶的条件，尤其是在固定线路行驶的环境中，自动驾驶可以实现高度的智能化运行，有效的降低封闭环境下的运输成本不過无人驾驶技术的应用也存在自己的缺陷，对很多变动环境因素及突发状况的处理不够妥当，所以需要不断的改进无人驾驶技术，并探索城市交通中无人驾驶技术的应用可能性和方法，为今后城市轨道交通的无人驾驶提供更完善的技术支持参考文献：[1]IEC.IEC 62290-1 Railway Applications-Urban Guided Transport Management and Command/Control Systems Part1：System Principles and Fundamental Concepts[S].Geneva：IEC，2007.[2] [3]孙延焕，陈丽民，陈军科.北京机场线无人驾驶模式系统的研究与实践[J].都市快轨交通，2012（5）：38-41[4]城市轨道交通2014年度统计分析报告[EB/OL].（2015-05-13） [2015-06-01] -全文完-。