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全自动运行与智慧地铁探讨

发布日期：2024-01-03 17:00:24

编者按：2018年9月，中国城市轨道交通协会设计咨询专业委员会年会暨“智慧地铁”技术论坛在北京召开。北京城建设计发展集团股份有限公司副总工程师宋毅应邀作主题演讲，分享了他对全自动运行与智慧地铁的理解，从技术手段、企业参与和效益方面等不同的角度，透过物联网、互联网、云技术、大数据和BIM、信息等技术手段阐述了智慧地铁的概念。

全自动运行与智慧地铁探讨

作者信息：
宋毅，北京城建设计发展集团股份有限公司副总工程师，教授级高级工程师，轨道交通自动控制及运营设备专家。
主要从事城市轨道交通车辆、车辆基地及自动化控制系统、车站设备的研究工作。主持完成了国内城市轨道交通第一条采用综合监控系统的线路——北京地铁5号线、第一座轨道交通线网指挥中心——北京轨道交通指挥中心、第一座综合交通枢纽——深圳地铁罗湖站综合交通枢纽，引领着城市轨道交通新技术、新理念的采用。

我国智慧地铁发展

截至到2017年底，我国超过500个城市均已明确提出或正在建设智慧城市，“智慧地铁”是构成智慧城市的重要部分。我国的城市轨道交通也在快速发展，根据中国城市轨道交通协会的统计，至2017年底全国已开通运营轨道交通的城市达到34座、运营线路165条、运营里程5033公里，而规划新建的城市轨道交通的规模也超过了既有运营规模。
“智慧地铁”的概念存在着从技术手段、人的参与、体验效果等不同方面的解读，但核心是透过采用物联网、互联网、云技术、大数据、地理信息等技术手段，使信息、智能技术与城市轨道交通业务实现的深度融合，实现城市轨道交通更安全、高效和便捷。

城市轨道交通信息化、智能化近几年有了快速发展，在线路层面综合监控系统已普遍采用，在线网层面北京、上海、广州、深圳、天津等主要城市构建了包含线网数据中心、清分中心在内的指挥中心，实现了城市地铁线网数据采集、统计分析、信息展示、清分清算和运营监管。许多城市也在积极推行列车全自动运行、信号互通互联以及乘客智能服务等新的技术。
目前，在轨道交通信息化方面的建设更是风起云涌，城市轨道交通协会正在制定《智慧城轨信息技术架构及网络安全》、《城市轨道交通全自动运行》等系列标准、规范，明确了城市轨道交通系统的信息化系统构建的总体需求、技术架构和网络安全要求，同时也确定了全自动运行的技术构架及实施准则。

全自动运行

轨道交通工程是一个系统工程，“智慧地铁”的理念是贯穿于规划、勘察设计、建设、运营、管理、维护各个阶段中的，各个城市对城市轨道交通各阶段的信息化、智能化建设也在积极探索。建立了例如施工智能安全管控系统、资产智能管理、能源智能管理、智能维修等系统；在运营方面，列车全自动运行已在国内10余座城市开始采用，大有普及之势。

之所以采用全自动运行方式，是因为该方式在城市轨道交通运营方面管理需要采用智能化系统，具有更好的安全性、可靠性和更高的运营效率、更低的运营人员劳动强度，与“智慧地铁”的总体目标相一致，因此，全自动运行可以推进“智慧地铁”的建设。

传统地铁运营自动化系统基本上是按照时间表、控制指令进行运行的，环境感知、系统间的交互、自主运行能力较差。智能化系统与传统自动化系统的一个重要区别在于，智能化系统具有更强的现场环境感知的能力，通过感知、学习、推理、判断并做出相应的决策，具有较强的自适应性、组织性。通过感知、及与其系统的信息交互实现自主运行是智能化系统的重要特征，而全自动运行需要采用更加智能化的系统来保证。

全自动运行的建设需要对现状的轨道交通设施进行升级，在系统设备方面它主要涉及车辆、信号、通信、设备监控、站台门等，在设施方面涉及车辆基地、控制中心、车站，同时也需要对运营调度管理进行调整。

1.在设备系统方面需要完善设备系统的感知能力、诊断能力以及设备系统间的信息交互能力，增强设备系统的可靠性和事件处置、自主运行能力。
例如车辆，通过增加列车唤醒及休眠、列车状态的实时监测及远程故障诊断、远程故障隔离及远程复位等功能，可实现自动和远程操作实现列车激活、自检、发车及收车、列车休眠，列车实时故障诊断功能，控制中心可远程对列车进行故障处理等主动处理能力；通过增加障碍物检测、视频监控、客室车门与站台门对位隔离等功能，可实线障碍物检测和脱轨检测功能，车门或站台门发生故障时自动实现对位隔离等感知、交互处理能力；通过增强关键设备、控制回路、通讯等的冗余设置，增强了车辆的可靠性。例如信号系统，通过构建主副双中心，完善自身的故障自诊断、自愈能力，加强系统的可靠性，实现中简化车站和轨旁设备，并通过多业务的融合平台与其他系统信息交互，加强了系统的对环境的感知能力和处置能力。

2.目前，各城市在建设全自动运行线路时，基本上是根据预先编制的正常场景、异常场景以指导设备系统建设，并根据运营后的经验不断补充完善。场景实际上是在全自动运行条件下，对自动化系统各种过程程式上的规定，使系统有了自主运行的初步能力。其实传统地铁也是有各种场景的，之所以建设时为不以场景为目标，是因为中间需要人的决策干扰，自动化系统本身不能形成智能化的主动决策。

3. 全自动运行核心是采用智能化系统，减少人的干预，实现自主运行。在运营管理方面将采用采取中心、车站两级管理，中心一级调度控制，中心新增客调、车调，客调负责乘客、列车技术状态的保证。车站设置乘务，故障时添乘，平时兼顾站务工作；场段分自动区与非自动区统一调度管理，实现自动化场段管理。在区间和车辆增设感知设备，实现控制中心远程控制保证列车的连挂、推送、解列作业，实现无人条件下的列车救援。

目前，全自动运行的实施参考的主要规范是IEC 62290《城市轨道交通管理与控制系统》、及IEC 62267《城市自动化轨道交通运输(AUGT) 安全需求》，两规范均是从管理控制系统和人在列车运行中所起的作用来划分列车运行自动化等级的。最高自动化等级GOA4是将列车运营安全、驾驶、管理及轨行区监测、乘客上下车、紧急情况处置交给了系统来完成，目的是减少人的干预，实现设备、系统智能化自主运行。

全自动运行的未来发展方向

全自动运行的概念也有多种不同的解读，一种解读认为全自动运行一种是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术，实现列车运行全过程自动化的新一代城市轨道交通系统。这种解读是基于现代技术对列车运行过程自动化应用的认识，是以列车运行为核心的全自动运行概念，更为确切地说可以定义为全自动驾驶。

还有一种解读认为全自动运行应是城市轨道交通运营的全过程基本不需要运营人员进行干预，能够或完全实现自主运行的轨道交通系统。这种解读是基于人在城市轨道交通运营全过程作用的认识，是包含了列车在内的所有运营系统能够实现智能化自主运营的概念。

因此，全自动运行后一种解读应该是在前一种解读基础上的进一步扩展，是未来的发展的方向。全自动运行发展将是通过智能系统来实现运行智能化、设施的智能化、服务的智能化，以更好地实现“智慧地铁”的更好地保障地铁运行安全、进一步提高运行效率、更便捷地方便乘客出行的目标。
1.运行智能化是面向列车的。目前已开通的全自动运行的线路实现了列车运行自动化，并且通过增加传感、探测器使列车具备了一定的环境感知能力，加强列车自我诊断能力来保证安全运行。但从运营组织上仍是具备一定感知能力的控制中心控制的计算运行系统，需基于信号系统接收控制中心及轨旁设备发送等各种指令，完成全部运行。目前，已经有城市开始尝试采用列车自主运行系统，列车除了具备自动驾驶功能之外，还额外给它配备了诸如传感器、控制器、定位装置、环境雷达等感知设备，采用车辆和信号车载设备进行了深度融合、基于车车通信的列车追踪，使每列车具有在获取运行环境信息能力下，按预先设定的条件下自主运行能力。
2.设施智能化可分为智能化系统、智能化车站、智能化区间及智能化车辆基地。设施智能化一方面是要设备系统自身构建成为智能系统，例如供电系统实现智能故障诊断、预警、自愈重构等功能。车站环控系统依据运营、行车计划，通过采集实时的天气、车站温度参数、环境数据，人流数据，自主做出判断，主动进行系统优化精确控制。另一方面是要建立设施感知环境，提供车站、列车智能运行的环境信息，并构建设施智能化运行管理平台。
3. 服务智能化是面向乘客，主要是信息、导向、查询等功能，这部分是近几年发展最快的，也是与信息化融合也是比较好的。随着互联网迅猛发展，目前互联网+与城市轨道交通AFC系统已深度融合，直接刷手机、城市通卡过闸和互联网购票多种支付手段的出现大大方便了乘客。未来通过构建地铁信息系统智能移动平台APP，让地铁PIS信息终端化、个性化，可使乘客实时、动态地掌握轨道交通信息，方便出行。

显然通过全自动运行，无论是现在还是未来都会促进更加智能化地建设城市轨道交通。最后提出几点建议：
一、推进地铁设施和信息技术的深度融合。目前在建设全自动运行线路过程中，环境感知信息的缺乏十分明显，已经影响了一些场景的构建，城市轨道交通物联网标准的制定和物联网的建设变得越来越紧迫。
二、要注重系统工程规划，科学构建智能化系统。智能化不等同于信息化，需更注重各系统信息采集、推理、判断、自主运行及各系统间交互设施的构建。对采用集中式还是分布式智能化系统构架需进一步探讨，应结合智能化系统在不同的层面的功能需求，进行资源优化配置，简单的信息大整合不是智能化发展方向。
三、共享和整合城市基础资源，支撑智能地铁的建设。要最大限度的利用城市各类信息资源，推进城市轨道交通设施和社会信息资源的整合共享，提升轨道交通对城市智慧环境的应用。
全自动运行的采用将会推进智能城市轨道交通的发展，也会促进“智慧地铁”的建设。未来也会一定程度上改变现有地铁自动化系统的构建模式。

中国城市轨道交通协会设计咨询专业委员会

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