城市軌道交通智能全自動運行系統(tǒng) 白皮書

道交通運行控制系統(tǒng)國家工程研究中心和城市軌道交通列車通信與運行控制國1 1 3 5 5 6 8 9 14 14 15 17 18 24 24 26 26 26 27 29 29 30 30 30 31 35 35 352 36 36 36 366.3.4面向人-車-能匹配的綜合智能動態(tài)調(diào)度和能源管控技術(shù).37 37 37 38 39 41 423近年來我國城市軌道交通（簡稱“城軌交通”）持續(xù)高速發(fā)展,線網(wǎng)規(guī)模和車全過程安全可靠穩(wěn)定運行，為建設(shè)智慧和變革性技術(shù)的研究情況，系統(tǒng)性分析了定義和發(fā)展智能全自動運行系統(tǒng)（i451術(shù)語與縮略語車運行相關(guān)的子系統(tǒng)構(gòu)成，通過子系統(tǒng)之間的有機（2）智能全自動運行系統(tǒng)intelligentFullyA蔽門等)的協(xié)同智能控制，實現(xiàn)城市軌道交通全地域少人/無（3）列車運行自動化等級GradeofAutomation（GoA）根據(jù)運營工作人員和系統(tǒng)所承擔(dān)的列車運行基本功能的責(zé)任劃分確定的列（5）行車調(diào)度指揮自動化等級GradeofautomaticDispatch（調(diào)度指揮是典型的信息處理過程，按照信息信息獲取、信息分析、決策與行動選擇、行動實施四不同的自動化水平，根據(jù)四個階段的自動化等級，對（6）機械靈活編組運營方式OperationModewithMechanicallyFlexible采用機械聯(lián)掛技術(shù)實現(xiàn)列車編組在線改變的一種靈6（7）虛擬靈活編組運營方式Opera采用虛擬聯(lián)掛技術(shù)實現(xiàn)列車編組在線改變的一種靈AMDAutomaticMonitorDispatchiASDFullyAutomatedOperGradeofAutomationGradeofautomationfortrainflexibleGradeofautomaticDispatch級GradeoftrainoperatingenvironmentintelligentFullyAutomatedOpeIntegratedSupervisorIntelligentSupervisionDispatching-IntelligentSupervisionDispatching-Unattended7NTONon-automatedTrainPassengerInformationSystUTO82概述全自動運行系統(tǒng)（FullyAutomaticOperation93智能全自動運行系統(tǒng)（iFAO）的必要性車輛等資源的高效利用和客流-車流的精準匹配，是城軌交通行車調(diào)整的重要行車輛控制與管理列車狀態(tài)診斷與監(jiān)測FAO的控制及防護對象車外狀況檢測客室狀態(tài)檢測與監(jiān)控車上乘客監(jiān)督行車狀態(tài)調(diào)度員乘客服務(wù)運行計劃調(diào)整確保列車行車條件操控列車作業(yè)車輛控制與管理列車狀態(tài)診斷與監(jiān)測FAO的控制及防護對象車外狀況檢測客室狀態(tài)檢測與監(jiān)控車上乘客監(jiān)督行車狀態(tài)調(diào)度員乘客服務(wù)運行計劃調(diào)整確保列車行車條件操控列車作業(yè)和系統(tǒng)配置列車單元接近/遠離過程車載司乘人員車站值班員），機電設(shè)備狀態(tài)檢測機電設(shè)備狀態(tài)檢測車間及區(qū)間環(huán)境檢測車間及區(qū)間環(huán)境檢測行車條件與行車環(huán)境圖1城軌交通運行任務(wù)架構(gòu)示意圖調(diào)度指揮功能提升列車運行功能提升人工駕駛無人值守列車自動運行半自動列車運行列車自主運行有人值守列車自動運行機械化電氣化自動化調(diào)度指揮功能提升列車運行功能提升人工駕駛無人值守列車自動運行半自動列車運行列車自主運行有人值守列車自動運行機械化電氣化自動化智能化->自主化人工調(diào)度智能動態(tài)調(diào)度使能技術(shù)繼電器微電子、計算機、無線通信使能技術(shù)繼電器微電子、計算機、無線通信云計算、智能感知、人工智能圖2城軌交通運行技術(shù)發(fā)展歷程示意圖繼續(xù)擴大自動化技術(shù)在城軌交通運行系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍和程度、提升系統(tǒng)的智智能技術(shù)的應(yīng)用帶動城軌行業(yè)發(fā)展，減少對調(diào)度指揮和運行控制等各類人員的基于機器視覺和激光雷達等多傳感器融合和列車重聯(lián)/摘解過程中的速度、地點等限制更少且而為運力投放乃至列車運行組織方式的靈活調(diào)動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)能夠全方位綜合性實時監(jiān)督列快速智能地做出最佳化的指揮控制決策和應(yīng)急在提高乘客服務(wù)質(zhì)量的同時降低全生命周期成本上進一步深化研究智能全自動運行系統(tǒng)（iFAO），促進運力-運量匹配和軌道、4智能全自動運行系統(tǒng)定義及內(nèi)涵智能全自動運行系統(tǒng)（iFAO）是以乘客為中心，以進一步提升城市軌道交蔽門等)的協(xié)同智能控制，實現(xiàn)城市軌道交通全地域少人/無人、全時域智能靈能技術(shù)的升級版，其通過應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)、下一代通信備設(shè)施狀態(tài)自診斷和智能運維等技術(shù)的發(fā)展，從而可更好的支持無車載司乘人員值守的列車運行和中心少人干預(yù)的綜合智能調(diào)度指揮，車輛、能源、人員等各類資源利用效率的同時提升乘客服務(wù)質(zhì)量。列車在正線和場段內(nèi)等全線運行的全過程中提升了自動化系統(tǒng)控制的深度和廣度，有效提高系統(tǒng)的智能化程度。位提高軌道、車輛、能源、人員等各類資源的，兼具FAO全自動無人運行系統(tǒng)的特征并增強（1）基于運行環(huán)境智能感知的列車全自動運行（2）列車編組在線動態(tài)全自動靈活調(diào)整列車在線動態(tài)靈活重聯(lián)/摘解，并實現(xiàn)了列車組列車，其重聯(lián)/摘解過程進一步降低了對速度（3）綜合智能動態(tài)調(diào)度決策和快速最佳化應(yīng)急調(diào)整（4）支持客流-車流-能量協(xié)同的能源管控不同列車靈活編組控制的自動化等級（Gradeofautoma表1列車形成的自動化等級（靈活編組控制的自動化等級）組護[2]：需要進一步提高自動化系統(tǒng)控制精度以及對實現(xiàn)乘客貫通穿行相關(guān)機械裝置的控制，使乘客可在功能下的人和設(shè)備職責(zé)劃分的角度，定義了城軌交通運行的不同自動化等級1GoA0：在該等級下，系統(tǒng)實現(xiàn)目視下列車運GoA1：在該等級下，系統(tǒng)實現(xiàn)非自動列車運GoA2：在該等級下，系統(tǒng)實現(xiàn)半自動化列車運GoA3：在該等級下，系統(tǒng)實現(xiàn)有人值守下列車自動運GoA4：在該等級下，系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守下的列車自動運行表2各自動化等級（GoA）下的列車運行基本功能實現(xiàn)方式NTO現(xiàn)）√√√√√√√√防止與軌道上的人員發(fā)√√√√√√√防止車廂之間或列車與√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√NTOODD）不同，以及智能感知對列車自動運行控制系統(tǒng)的不同支持作用，定義列車GoP0：無自動感知（Non-automaticPerceptiGoP1：輔助感知（AssistantPerceptiGoP2：可信感知（DependablePerceptiGoP3：超視距可信感知（Over-the-horizondep表3各感知等級的主要特征無無無表4各調(diào)度自動化等級（GoD）下的主要功能揮取成5智能全自動運行系統(tǒng)功能架構(gòu)及主要功能列車計算速度防護曲線并在必要時通過及時觸發(fā)緊急制動的綜合智能動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)對軌道、列車、電力、環(huán)境、客流策劃可減少的人員需要的人員策劃可減少的人員需要的人員圖3iFAO系統(tǒng)功能架構(gòu)框圖5.2.1智能感知和數(shù)據(jù)處理等基礎(chǔ)功能5.2.2列車在線重聯(lián)/摘解相關(guān)功能（1）支持列車低速物理對接聯(lián)掛的安全防護（2）基于自動電子車鉤的列車間數(shù)據(jù)聯(lián)通和自適應(yīng)配置該功能實現(xiàn)相關(guān)列車單元在運行過程中按照計劃自動形成一列虛擬編組列該功能將一列虛擬編組列車在運行過程中按照計劃自動分解為多個列車單5.2.3靈活編組列車運行控制相關(guān)功能制動系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和牽引/制動系統(tǒng)也各自獨立，因此，各列車單元的信號系統(tǒng)均運行控制。主控車輸出的列車控制命令由網(wǎng)絡(luò)和牽引/制動等系統(tǒng)在列車單元間（1）機械靈活編組列車測速定位和完整性檢查5.2.4智能動態(tài)調(diào)度相關(guān)功能管理在線運行的靈活編組列車（含機械靈活編組列車和5.2.5智能能源管控相關(guān)功能6智能全自動運行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)6.1.1機械靈活編組控制相關(guān)技術(shù)碰撞限速點障礙點4端運行方向3端2端安全防護點1端圖4低速可碰撞條件的防護控制原理圖（2）重聯(lián)列車參數(shù)的自動識別和重新配置6.1.2列車虛擬靈活編組控制相關(guān)技術(shù)于時空間隔的列車安全防護方法不僅要求制動停車后的兩車位置關(guān)系符合安全車-車信息交互可能制動率）車-車信息交互可能制動率）基于時空間隔的 位置后車安全防護策略（最不利制動率）圖5基于時空間隔的列車安全防護方法原理車單元站臺作業(yè)和停車/發(fā)車的同步控制。自動駕駛不受人為操作的不確定性等徑通信傳輸延遲的補償，實現(xiàn)開/關(guān)門、同步出站發(fā)車等相關(guān)站臺作業(yè)的同步控車折返過程中需要分別完成各列車單元內(nèi)部控制權(quán)限的切換以及領(lǐng)頭車與跟隨），為領(lǐng)頭車，且虛擬靈活編組列車整體在保留3）虛擬靈活編組列車整體運行并出清遷出進路，列車停在反向站臺過程，可實現(xiàn)列車動態(tài)虛擬重聯(lián)過程對乘客幾乎無感6.2.1基于智能主動感知的實時高精度列車測速定位過程以及虛擬靈活編組列車接近和運行過程中需要實現(xiàn)較小的運行間距追蹤存6.2.2軌行區(qū)凈空檢測技術(shù)3特別地，如果兩車初始間距比較近等原因，使得兩車在站間運行過程中能夠滿足動態(tài)接6.3.1基于人工智能的綜合自主決策技術(shù)證優(yōu)先等）進行輔助/自主選擇并確定調(diào)整策略，同時采用清晰、明確、醒目的6.3.2面向靈活編組的調(diào)度指揮控制6.3.3面向線路集群的智能線間動態(tài)協(xié)同調(diào)整技術(shù)6.3.4面向人-車-能匹配的綜合智能動態(tài)調(diào)度和能源管控技術(shù)思想的適應(yīng)性控制-理性）的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)任務(wù)模型、線網(wǎng)客流-車流-能量6.4.1地面基礎(chǔ)平臺