全自动无人驾驶地铁车辆检修基地设计研究

刘国辉

摘要：全自动驾驶系统指的是完全没有司机参与，车辆在控制中心的统一控制下实现全自动运营，自动实现列车休眠、唤醒、准备、自检、自动运行、停车和开关车门，以及在故障情况下实现自动恢复等功能，包括洗车也在无人操作的情况下完成。目前全世界现有约20条城市轨道交通线采用全自动无人驾驶。还有很多城市正在考虑将既有的轨道交通线路改造成全自动无人驾驶线路。

关键词：全自动无人驾驶；地铁车辆检修基地设计；研究

一、自动驾驶技术研究背景及目的

（一）研究背景

随着轨道交通网络化进程的不断推进，在遵循科学发展观，总结以往工程建设经验的同时，迫切需要采用新的技术，以提高轨道交通网络建设的先进性，轨道交通线路开展全自动驾驶工作可以积累工程设计、建设以及管理等多方面经验，同时依托工程建设，带动相关国有轨道交通企业有关无人驾驶等核心技术和产品制造能力的提升。

（二）正线及停车场全部按照全自动无人驾驶模式来设计

全自动无人驾驶停车场，是将正线对列车的运营控制权由车站延伸至停车场的全自动运行区域。不仅需要满足停车场常规所具备的列车停车、整备、清洁、检查、定期检修、调试等功能，还具备自动“唤醒”待班列车，启动列车并运行至正线等功能[1]。

（三）研究目的

轨道交通技术发展已经证明，全自动驾驶是未来重要的技术发展方向和目标。迫切需要这项新技术提高轨道交通路网建设的先进性，实现科学管理。轨道交通现代化科学管理的落实，采用全自动驾驶系统，无论是在人员还是在管理运营模式上都得到合理、有效的精简，是一次管理创新，将有效提高管理效率。可以提高轨道交通现代化服务水平，降低运营成本。全自动驾驶系统能够根据客流变化灵活、动态调整运营计划，提高车辆、设备、设施的使用效率，减少人员数量，有效提高运营效率，降低运营成本。

二、研究的主要技术方案、技术原理

（一）总论

设计范围由停车列检库、洗车库、镟轮库、工务料棚、物资库、易燃品库、工程车库、牵引降压混合变电所、综合办公楼、联合检修库等组成。根据全自动驾驶功能需求，停车场设计时进行有人区与无人区的划分，在有人区与无人区出入口处设置门禁系统。停车列检库与洗车库纳入到无人区的管理范围，联合检修库及试车线、镟轮库、工程车库等纳入到有人区范围内。有人区与无人区之间设置转换轨。

（二）无人驾驶停车场工艺设计

停车列检库设置在无人区，在停车列检库内划分为几个保护分区，为了人员进出及作业安全，各个防护分区用铁栅栏形成物理隔离。入库端设有人行地下通道，通道在每个防护分区均有一个出入口，并在出入口设置门禁。在运转值班室内设置SPKS开关[2]。

（1）人员进入防护分区的方式

列检人员、保洁人员进入到停车列检库的某一分区需要先到运转值班室进行申请。人员通过申请后在运转值班室领取人行地下通道的门禁卡，从人行地下通道进入相应的分区，刷门禁卡进入。

（2）全自动驾驶区域车库门设置方案

1、库门与信号系统的接口

库门完全开启后，信号系统需要采集库门的状态，当库门进行开关操作完成时，信号系统进行采集，确认开关状态到位后，方可进行列车的出入库。

2、车库门的设置

对应每个股道设置一个车库门，每个车库门有各自的打开且锁闭状态信息。联锁系统通过安全继电器电路来采集所有车库门的打开状态信息，联系电路按双断设计。

（4）停车场自动化配套的检修作业办法

全自动驾驶区域：包括停车列检库、洗车库

1、停车列检库作业

a.全自动驾驶模式时，白天退出高峰期运行的车辆返回停车列检库若需要列检的，集中在一个防护分区中进行停放。

b.当晚高峰退出运营的车辆返回车场时，各车辆也是依次先集中在一个防护分区进行停放，由行调人员进行安排列检及保洁人员是否可以进入到此分区进行相关作业[3]。

2、洗车库作业

a.人工为洗车机上电，洗车机检查正常（上电检查需30分钟）后，开始向联锁系统汇报准备就绪。b.洗车机准备就绪状态下，列车运行至洗车机前停车（利用牵出线排列向洗车线的进路）；c.车载VOBC接收到请求确认信息后向车辆TCMS发送网络洗车工况；信号发牵引命令；d.车辆控制列车恒速运行（车速3～5km/h），车载VOBC通过联锁系统向洗车机发送洗车信息；e.退出洗车工况后，完成折返换端，列车继续以FAM模式运行，根据信号驶离洗车库，信号开放应检查洗车机归位至限界处。

3、非全自动驾驶区域：包括联合检修库、镟轮库、工程车库、物资库、工务料棚及其他辅助生产设施。车辆在非全自动驾驶区域与全自动驾驶区域在转换轨处进行模式转换。全自动驾驶模式的车辆在转换轨进行模式转换，车辆在全自动驾驶模式区域里驶入到转换轨处，转换轨处设有司机上车平台，司机驾驶车辆到非全自动驾驶区域。主要内容包括月检、临修、架修、静调。

（三）行车综合自动化系统设计方案

全自动驾驶停车场，备用控制中心和停车场行车综合自动化系统分开独立设置。备用控制中心设备与功能同控制中心；停车场行车综合自动化系统为满足全自动驾驶需求，在综合楼增加停车场控制室，设置停车场行调、车辆调和电力/环境调工作站，并与信号控制室整合在一起。信号系统设计方案采用全自动运行方式，对列车出入停车场的能力要求更高，因此将停车场自动运行区域纳入正线ATC系统集中控制，自动运行区域采用全自动驾驶模式，包括列车的唤醒、出入场、洗车、休眠均自动完成。停车场自动运行区域及试车线采用与正线一致，配置完整的ATC系统。车库门与信号联锁，信号采集库门的开门状态。只有当车库门处于打开且锁闭状态时，联锁系统才可以办理进库/出库进路和开放进库/出库信号机[4]。门禁系统的设置方案情况：门禁系统在停车列检库防护分区的人行地下通道出入门处设置门禁，该门处的门禁系统的就地控制器与该门处的SPKS联锁，SPKS的启用信号做为打开门禁的条件。门禁系统对停车场无人区门禁系统的设置方案为：在设有SPKS的无人区，门禁系统与SPKS连锁，SPKS启用作为门禁打开门的条件。在没有设置SPKS的无人区，门禁系统与传统门禁一致，设置单向读卡器。

三、关键技术和创新点

（一）采用全自动运行方式

列车唤醒、休眠、出入库、正线运行、自动折返等作业均由信号系统自动控制完成。为保证列车运营的高安全性和高效性，正线信号系统及停车场无人区采用了完整的ATC系统。

（二）信号系统与停车列检库电动门电机相连接控制

当车辆被唤醒或入库前信号系统发出指令控制库门开启与关闭，实现车辆自动出、入库。

四、先进技术、进步的意义、推广应用范围和前景

（一）全自动驾驶系统可提高安全性、可靠性

全自動驾驶系统利用高效ATC系统和综合监控系统、智能运转的功能保障，减少不必要的误操作。具备灾害情况下的快速反应能力，大大提高了安全性。全自动驾驶系统的车辆、信号、以及车辆与控制中心的通信系统均采用冗余互备技术，减少运行故障，完善的故障自诊断和自愈功能提高了整个系统的可用性和可靠性。

（二）控制投资，降低运营成本

全自动驾驶系统能实现对列车的精确定位及实时跟踪，可以有效缩短行车间隔，提高旅行速度。提高列车使用率，减少配置列车数量。取消驾驶员，减少定员。传统轨道交通线路每条线至少有数百名司机，采用全自动驾驶系统由中心集中控制，可以大幅度减少人员配置数量，有效降低运营成本。

（三）根据客流量变化，动态调整列车运行计划，有效控制空车走行，节约牵引能耗，运营组织更加灵活[5]。

总结：

综上所说，本研究为无人驾驶停车场提供了工艺，通信等其它专业的设计，为以后的无人驾驶技术提供足够的技术支持，能够满足地铁行业的运营需求，适用范围广泛，应用前景广阔。