轨道交通无人驾驶顶层设计要素分析

刘红波

大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁省大连市

摘要：抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来，创新是引领发展的第一动力，发展动力决定发展速度、效能、可持续性。城市是社会经济与文明的中心，交通运输网络是城市形态的基础框架，现代城市化进程中交通矛盾已成为影响众多城市可持续发展的主要矛盾。

关键词：轨道交通；无人驾驶；顶层设计；要素分析

引言

随着“新四化”趋势不断深入，智能网联化逐渐成为各大车企众星捧月的主角，智能网联汽车的发展将给行业带来前所未有的变革与机遇。伴随着人口红利的消失，无人驾驶面临前所未有的发展契机。无人驾驶车辆是指完全省略人类驾驶机构的自动驾驶车辆，用于替代人类执行多种特定任务，运输任务。虽然研究环境更为复杂，但是在法律法规、技术成熟度等方面已经初步具备了商业化条件，其拥有的安全性高等特点，在解决城市轨道交通等问题上大有可为，是未来智能交通与智慧城市的重要组成部分。

1全自动无人驾驶特点

列车全自动无人驾驶系统是将列车司机执行的工作完全由自动化的、高度集中控制的列车运行系统完成。全区域全自动无人驾驶系统具备列车自动唤醒启动和休眠、自动检车、自动出入车场、自动清洗、自动驾驶、自动开关车门、自动折返、故障自动恢复等功能；并具有常规运行、降级运行和灾害工况等多重运行模式，具备更高的安全性、可靠性、可用和可维护性。回顾城市轨道发展历程，在创新应用方面取得了一系列令人瞩目的成绩。例如：某市磁浮快线是我国首条具有完全自主知识产权的中低速磁浮商业运营示范线；国内首列装载永磁同步牵引系统的地铁列车已投入载客运营，如：在驾驶模式、建设制式以及智慧地铁创新发展领域进一步探索。

2列车全自动无人驾驶可能存在的风险

1）对于完全无人值守的全自动无人驾驶系统而言，当列车全自动无人驾驶系统的安全性、可靠性、可用性和可维护性不能满足运营需求的情况下，就有可能发生故障降级和灾害工况处理的后果和频率超出运营所能接受的风险。2）对于全自动无人驾驶系统而言，当运能与运量不匹配时，会降低系统运行的可靠性，增加运营的风险。3）对于完全无人值守的全自动无人驾驶系统而言，当系统故障范围和时间超出多职能队伍的承受能力时，存在运营中断的风险。4）缺乏有效统筹和顶层设计。良好的统筹和顶层设计是信息化管理推广应用的必要条件。近年来，城市轨道交通工程的各级政府主管部门、建设单位、施工单位、设计单位等都认识到信息化和数字化对于工程建设、企业发展改革的重要性，并纷纷开展各自内部的信息化项目建设。

3轨道交通工程特点及内容

城市轨道交通地下工程通常会受到作业空间的限制，且施工作业有着较强的循环性、隐蔽性。在施工时由于力学状态不是一成不变的，围岩相应的力学物理性质也会出现不同程度的变化。地下轨道施工受到周围作业环境的影响，导致地下水条件变化、噪音、地表下沉、振动等情况。加上城市地下轨道交通工程地下管线较多、存在各种建筑物、施工环境复杂，这就对施工中的变形监测控制提出了更高的要求。除了外部影响之外，工程的水文、工程地质也是重要影响因素之一，由于地质的复杂性，为施工增加了较多的不确定因素。地下轨道交通施工采用的结构形式较为多元化，且运用到的施工方法也不是单一的，很多时候需要交叉变换施工，这也大大增加了施工难度。而由于地下轨道交通施工各种各样的特点，无形中增加了施工的风险性。为了保质、保量、安全完成施工作业任务，必须针对施工安全风险采取有效的控制措施。城市轨道交通安全施工风险管理包含风险的识别、分析、评价、对策等方面。首先，对施工中有可能出现的风险进行识别，找到有可能诱发风险的因素，再分析风险因素会对施工造成的影响以及导致这些问题出现的原因，然后依照风险的影响程度判断最终施工项目最主要的风险情况，最终在此基础上制定具有针对性的风险管控措施。

4轨道交通无人驾驶顶层设计要素分析

4.1安全至上

从实际轨道交通安全出发，确定了第1类的主要危险源:中高压电源、烟雾、火灾、毒药、故障或故障车轮路径、列车超频、车门异常关闭、机车故障、信号系统故障等。第2类危险源主要是:乘客进入正常行驶的可能性以及接触或损坏安全相关系统的乘客的行为；第3类危险源的主要原因是安全管理方面的漏洞、紧急处理中的干扰或失误、雨水、雪、油、轨道障碍等。对于上述危险来源，可以根据措施的可行性、可靠性、经济性和安全性，对危险来源进行有针对性的风险控制、保护、隔离和治理。安全是无人机飞行过程的第一要素。回避关于安全问题的讨论是毫无意义的。

4.2子系统冗馀

(1)设备冗馀+热备盘。列车上的牵引系统、制动系统、空调、门、照明在多种配置中是广播、pi等系统的主要设备，或者是用于单个主机的两个热备盘功能配电盘，用于列车配置的几个辅助变压器是设备冗馀。(2)通信冗馀。TCMS利用双流程网络并具有冗馀性。(3)控制冗馀。网络控制加上固定备份取决于控制。(4)安全领域的冗馀。设备机箱端口配置为配置锁定装置和额外的防封锁设计，以实现安全冗馀。(5)强度校核时的设计规范。车辆底座的机箱体设计坚固。(6)电源容量冗馀。当第二个电源容量满足车辆负载要求时，额外的容量部分高于电源冗馀。根据实际操作方案和可能的方案，一个系统可能具有多个冗馀。冗馀提高了列车的可用性、存在性和服务质量，并导致成本增加。

4.3车规级自动驾驶系统

自动驾驶系统是一个复杂的系统，可以分为感知层、决策层、执行层。感知层被定义为环境信息和车内信息的采集与处理，涉及道路边界检测、车辆检测、行人检测等多项技术，可认为是一种先进的传感器技术，所采用的传感器包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、速度和加速度传感器等。由于单一传感器存在感知的局限性，并不能满足各种工况下的精确感知，自动驾驶汽车要实现在各种环境下平稳运行，需要运用多传感器融合技术，该技术也是感知层的关键技术。决策层可以理解为依据感知信息来进行决策判断，确定适当工作模型，制定相应控制策略，替代人类驾驶员做出驾驶决策。这部分的功能类似于给自动驾驶汽车下达相应的任务。例如在车道保持、车道偏离预警、车距保持、障碍物警告等系统中，需要预测本车及相遇的其他车辆、车道、行人等在未来一段时间内的状态。先进的决策理论包括模糊推理、强化学习、神经网络和贝叶斯网络技术等。执行层是指系统在做出决策后，按照决策结果对车辆进行控制。车辆的各个操控系统都需要能够通过总线与决策系统相连接，并能够按照决策系统发出的总线指令精确地控制加速程度、制动程度、转向幅度、灯光控制等驾驶动作，以实现车辆的自主驾驶。

结束语

全自动无人驾驶对系统可靠性、稳定性要求非常高，故需要在试运行期间有针对性地做好演练工作，切实提高系统性能与人员、设备、环境间的磨合程度，保障初期运营期间的运营生产工作平稳有序，且安全可控。

参考文献

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