馬能藝

（上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，上海 201103）

1 全自動(dòng)運(yùn)行概述

目前全自動(dòng)運(yùn)行已成為全國(guó)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)建設(shè)的首選制式。根據(jù)2020年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國(guó)超過(guò)75%的新線采用全自動(dòng)運(yùn)行模式。在啟用全自動(dòng)運(yùn)行模式的新線中大多數(shù)采用最高自動(dòng)化等級(jí)（GOA4級(jí)）的無(wú)人值守全自動(dòng)運(yùn)行（UTO）。軌道交通自動(dòng)化等級(jí)示意如圖1所示。

無(wú)人值守全自動(dòng)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)在于高效、經(jīng)濟(jì)并富有科技感，而它的不足之處是在無(wú)人值守狀態(tài)下，一旦由設(shè)備故障或突發(fā)事件造成無(wú)法續(xù)用全自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可能導(dǎo)致列車迫停區(qū)間，會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生重大影響。為此，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)在具備大量常規(guī)功能之余也增設(shè)相應(yīng)的應(yīng)急功能，旨在使列車在非正常狀態(tài)下盡可能維持全自動(dòng)運(yùn)行，至少可帶病自動(dòng)運(yùn)行至下一車站，再由工作人員登車處置，以符合GB/T 32590.1-2016《軌道交通 城市軌道交通運(yùn)輸管理和指令/控制系統(tǒng) 第1部分：系統(tǒng)原理和基本概念》中對(duì)GOA4級(jí)系統(tǒng)的特定要求（表1）。

綜上所述，只有當(dāng)列車迫停區(qū)間的概率變得極低后，才能在管理模式上實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，真正體現(xiàn)出GOA4級(jí)全自動(dòng)運(yùn)行“減員增效”的價(jià)值。

在無(wú)人值守狀態(tài)下，原司機(jī)的駕駛和應(yīng)急處置職責(zé)由系統(tǒng)自動(dòng)或調(diào)度員遠(yuǎn)程處置來(lái)代替，極端情況下需要由多職能隊(duì)員登車處置。由于全自動(dòng)運(yùn)行線路控制中心設(shè)備的自動(dòng)化水平與人工駕駛線路大體相當(dāng)，對(duì)調(diào)度員而言，工作壓力未減反增，未能共享自動(dòng)化帶來(lái)的便利。

2 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的整體自動(dòng)化需求

自動(dòng)化等級(jí)（GOA）分為5級(jí)（從0級(jí)到4級(jí)），GOA4為最高。目前自動(dòng)化等級(jí)的劃分多聚焦在列車上是否實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，相較而言，對(duì)控制中心的自動(dòng)化要求和減員要求遠(yuǎn)低于列車。由此可見(jiàn)，全自動(dòng)的“全”是有所欠缺的。

以GOA 4級(jí)全自動(dòng)運(yùn)行線路—上海市軌道交通15號(hào)線為例，控制中心調(diào)度員的工作除既有的行車調(diào)度和乘客調(diào)度外，還新增車輛監(jiān)控，包括監(jiān)視復(fù)示在中央顯示屏上的列車駕駛臺(tái)信息和在車載設(shè)備故障時(shí)對(duì)列車進(jìn)行遠(yuǎn)程操作等。為此運(yùn)營(yíng)控制中心（簡(jiǎn)稱“控制中心”）共設(shè)置7個(gè)調(diào)度席位：4個(gè)運(yùn)營(yíng)調(diào)度席位（負(fù)責(zé)行車調(diào)度、乘客調(diào)度和車輛監(jiān)控工作）、2個(gè)設(shè)備調(diào)度席位（負(fù)責(zé)電力調(diào)度、環(huán)控調(diào)度和維修調(diào)度）以及1 個(gè)調(diào)度長(zhǎng)席位。

對(duì)于設(shè)有備用控制中心的線路，還需在備用控制中心配備運(yùn)營(yíng)調(diào)度員和設(shè)備調(diào)度員各1名。考慮到災(zāi)備，控制中心與備用控制中心一般異處設(shè)置，調(diào)度員無(wú)法兼顧兩處，從而造成在極端情況下全自動(dòng)運(yùn)行線路的調(diào)度員需配備10人以上，而人工駕駛線路一般只需配備運(yùn)營(yíng)調(diào)度和設(shè)備調(diào)度共4人即可。由此可見(jiàn)，全自動(dòng)運(yùn)行的中央調(diào)度員數(shù)量要遠(yuǎn)多于人工駕駛線路中的調(diào)度員數(shù)量，在調(diào)度員配備上不僅未能減員，反而造成增員。

正常狀態(tài)下，控制中心可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下發(fā)靜態(tài)運(yùn)行圖以控制全自動(dòng)列車跑圖，而在需要排查故障或運(yùn)營(yíng)調(diào)整時(shí)，需調(diào)度員介入進(jìn)行調(diào)度指揮。雖然在目前的普遍觀念中對(duì)調(diào)度員處理復(fù)雜狀況的信任度超過(guò)對(duì)系統(tǒng)，可事實(shí)上由于調(diào)度員的失誤而擴(kuò)大運(yùn)營(yíng)影響甚至造成運(yùn)營(yíng)事故的情況時(shí)有發(fā)生。

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)的快速發(fā)展，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（UTO）的下一步發(fā)展有望將重心從列車轉(zhuǎn)向控制中心，提升調(diào)度指揮的自動(dòng)化程度。

3 基于中央自動(dòng)化水平的全自動(dòng)運(yùn)行等級(jí)新分類的設(shè)想

UTO在車內(nèi)無(wú)人值守的基礎(chǔ)上，中央的自動(dòng)化水平也有高下之分，可據(jù)此分為幾個(gè)等級(jí)，所設(shè)想的分級(jí)如表2所示。

由于定量存在難度，表2作為一種分級(jí)的設(shè)想，以低、中、高來(lái)表示自動(dòng)化程度。

表2 UTO再分級(jí)

其中，UTO-1級(jí)具備列車運(yùn)行的高度自動(dòng)化，而應(yīng)急處置具有一定的自動(dòng)化水平，但多數(shù)需要人工確認(rèn)甚至遠(yuǎn)程處置，在行車管理尤其是運(yùn)營(yíng)調(diào)整上多由調(diào)度員進(jìn)行謀劃和實(shí)施，自動(dòng)化水平較低。

UTO-2級(jí)是在列車全自動(dòng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)較高自動(dòng)化水平的應(yīng)急處置，普通情況均由系統(tǒng)自動(dòng)處置，僅在復(fù)雜情況下由人工干預(yù)處置。在行車管理中，當(dāng)出現(xiàn)一般問(wèn)題時(shí)由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)調(diào)整，出現(xiàn)較復(fù)雜情況時(shí)系統(tǒng)為調(diào)度員提供輔助決策以提升處置效率和正確率。

UTO-3級(jí)則在列車運(yùn)行、應(yīng)急處置和行車管理上均達(dá)到高度自動(dòng)化，甚至全自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)“中央無(wú)人”。

UTO-3級(jí)是軌道交通自動(dòng)化發(fā)展的終極目標(biāo)，而目前已開(kāi)通及在建的全自動(dòng)運(yùn)行線路都僅處于UTO-1級(jí)。為使軌道交通的自動(dòng)化水平從UTO-1級(jí)向UTO-3級(jí)進(jìn)化實(shí)現(xiàn)中央自動(dòng)化，應(yīng)對(duì)應(yīng)急處置自動(dòng)化和行車組織自動(dòng)化提出更高的要求，讓系統(tǒng)代替調(diào)度員對(duì)各種情況進(jìn)行處理。

4 應(yīng)急處置自動(dòng)化要求

為提升中央自動(dòng)化水平，在應(yīng)急處置等方面需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)、檢測(cè)設(shè)備的性能要求及智能維護(hù)水平。

4.1 對(duì)系統(tǒng)的高可用性要求

在實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處置自動(dòng)化之前，需先考慮如何減少需要應(yīng)急處置的情況。

首先，應(yīng)精簡(jiǎn)設(shè)備架構(gòu)。因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備都有發(fā)生故障的可能性，較少的設(shè)備數(shù)量意味著在客觀上可減少潛在故障點(diǎn)。目前的軌旁設(shè)備全電子化以及車車通信等均朝著設(shè)備精簡(jiǎn)的方向發(fā)展。

其次，在部件可靠性暫時(shí)難以實(shí)現(xiàn)質(zhì)變的情況下，應(yīng)確保關(guān)鍵設(shè)備的有效冗余，實(shí)現(xiàn)故障時(shí)主備間的無(wú)縫切換。設(shè)備的冗余與架構(gòu)精簡(jiǎn)并不矛盾，因?yàn)榫?jiǎn)的是架構(gòu)體系，冗余的是局部設(shè)備，整體上的設(shè)備數(shù)量是減少的。

再次，冗余設(shè)備應(yīng)具備單系脫機(jī)維護(hù)能力，一旦單系故障可脫機(jī)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)邊運(yùn)營(yíng)邊維護(hù)，便可達(dá)到在維護(hù)期間使乘客無(wú)感的效果。

最后，通過(guò)狀態(tài)修在設(shè)備發(fā)后故障之前進(jìn)行修理或更換，防患于未然，減少故障發(fā)生的可能性。

4.2 對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的高可信度要求

應(yīng)急處置自動(dòng)化的基礎(chǔ)就是需要“高可信”的設(shè)備。目前軌道交通中所使用的各類監(jiān)測(cè)設(shè)備，如車門(mén)和站臺(tái)門(mén)防夾探測(cè)、煙火探測(cè)、障礙物探測(cè)、防淹門(mén)探測(cè)、庫(kù)門(mén)探測(cè)等由于可靠性不足的原因有可能產(chǎn)生誤報(bào)警，而由此產(chǎn)生的誤報(bào)警信息一旦與信號(hào)構(gòu)成聯(lián)鎖關(guān)系就會(huì)造成運(yùn)營(yíng)中斷。此情況即為采集的信息可信度不高所帶來(lái)的隱患。

確保監(jiān)測(cè)信息的高可信度是實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。為此，需要更智能的傳感器、更強(qiáng)大的圖像識(shí)別能力，通過(guò)獲得更多樣的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息增加判斷的準(zhǔn)確率，讓監(jiān)測(cè)設(shè)備可以像人一樣分辨出真正的危險(xiǎn)，甚至表現(xiàn)優(yōu)于人類。

4.3 對(duì)智能維護(hù)的要求

全自動(dòng)運(yùn)行需要高水平、系統(tǒng)化的智能維護(hù)作為支撐，而實(shí)現(xiàn)高可信監(jiān)測(cè)僅是實(shí)現(xiàn)智能維護(hù)的必要條件之一。智能維護(hù)需基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，面向感知、診斷、預(yù)警、決策和協(xié)同全流程進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)、智能分析和智能維護(hù)管理。

智能監(jiān)測(cè)結(jié)合智能分析可根據(jù)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)性能劣化趨勢(shì)時(shí)及時(shí)上報(bào)告警，以啟動(dòng)實(shí)施狀態(tài)修。同時(shí)通過(guò)“全設(shè)備監(jiān)控”實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)故障或緊急情況實(shí)時(shí)響應(yīng)，啟動(dòng)自動(dòng)處置功能或輔助工作人員進(jìn)行處置。

智能維護(hù)管理旨在實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康度管理和維保資源管理，系統(tǒng)化地實(shí)時(shí)掌握全設(shè)備狀態(tài)以及備品備件、維護(hù)人員和維護(hù)工具等情況，實(shí)現(xiàn)組織架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、檢修制度、資源管理的創(chuàng)新與提升，推進(jìn)維護(hù)工作向智能、融合、高效轉(zhuǎn)變。

5 行車組織自動(dòng)化要求

目前行車組織的自動(dòng)化主要體現(xiàn)在全線列車可根據(jù)運(yùn)行圖自動(dòng)跑圖，由于運(yùn)行圖內(nèi)容較為固定，對(duì)于客流突變的情況適應(yīng)度不足。因此需要通過(guò)智能調(diào)度、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段對(duì)客流進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)手段掌握實(shí)時(shí)客流，借此形成動(dòng)態(tài)運(yùn)行圖。根據(jù)實(shí)時(shí)客流自動(dòng)投放或回收相應(yīng)數(shù)量的列車，使客流與運(yùn)能精準(zhǔn)匹配。還可通過(guò)在線靈活編組功能，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)聯(lián)掛和解編，在不降低行車密度的情況下使車輛資源達(dá)到最優(yōu)配置。如此既保障運(yùn)輸效率又實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化，達(dá)到降本增效的效果。

對(duì)于非正常行車組織，可通過(guò)完備的專家系統(tǒng)為調(diào)度員提供全方位的調(diào)度決策，甚至實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)調(diào)整自動(dòng)化，避免人為錯(cuò)誤或延誤的引入，實(shí)現(xiàn)中央減員直至無(wú)人。

6 結(jié)論與建議

為實(shí)現(xiàn)從列車到中央的高度自動(dòng)化，智慧運(yùn)維的發(fā)展至關(guān)重要。本文所表述的應(yīng)急處置自動(dòng)化要求和行車組織自動(dòng)化要求受目前技術(shù)水平所限，未能達(dá)到真正意義上的全自動(dòng)化，望今后通過(guò)技術(shù)發(fā)展不斷提升全自動(dòng)運(yùn)行的自動(dòng)化水平，逐步實(shí)現(xiàn)從列車到中央的全范圍減員，充分發(fā)揮全自動(dòng)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)。