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自動焊錫機拍攝空無人的駕駛室
 

  北京西南閻村北車輛段車庫內,一列列車的車頭亮起燈光,就好像睜開了眼睛。駕駛室里并沒有人,列車自動啟動了車門、廣播、牽引、剎車等數十項自檢,檢查完成后,車廂內的燈光依次亮起,列車緩緩開出車庫。

  5時5分,這趟“無人駕駛”列車搭載著首批乘客,駛出閻村東站,開始了在燕房線上新一天的運營。

  燕房線,是我國條擁有自主知識產權的全自動運行軌道交通線路,搭載我國自主研發的城市軌道交通全自動駕駛系統,今年6月成功實現列車內無人值守的全自動運行。運營兩個月有余,燕房線整體平穩,各項指標在北京地鐵路網所有線路中表現優異。

  北京軌道交通“全自動運行”時代就此開啟。今年年底將開通的11號線號線,以及未來幾年要開通的3號線號線,都將具全自動運行能力。

  盡管車廂里有許多空座位,但不少乘客沒有坐下,而是魚貫而入地來到列車車頭,好奇地掏出手機,透過一整面玻璃墻,拍攝空無一人的駕駛室。

  燕房線列車實現了等級全自動“無人值守”,駕駛室里沒有司機,也看不到復雜的儀表盤,列車到站開門、關門,加速、減速,無需人工操作,全自動運行。

  燕房線始發閻村東站,連接燕山地區和房山城關,止于燕山站,大致呈東西走向。這是國內首條擁有自主知識產權、全自動運行系統的軌道交通線日開通初期運營。

  國際公共交通協會將列車運行的自動化水平,劃分為GoA0到GoA4五個等級,GoA0級為既有目視行車方式,GoA4為等級——無人值守下全自動運行。

  目前,北京地鐵1號線號線等大多數地鐵線等級自動駕駛,列車可以實現運行中自動加速和減速,以及到站自動停車等操作。不過列車仍需在司機的監控下運行,列車到站開關門,需要司機操作;運行中出現突發情況,需要司機處理;列車回庫、折返等操作,也需要司機介入。

  燕房線采用基于現代計算機、通信、控制和系統集成等技術實現列車運行全過程自動化的新一代城市軌道交通系統,提前編寫好的程序替代了人工確認和操作,列車站間行駛、到站停車、自動開關車門、自動發車離站、自動回庫、自動洗車、自動休眠,全過程均無需人工介入,完全實現全自動運行管理。

  “所有列車運行中所需要的操作,只要進行設定,程序會自動運行。相比人工操作,出錯幾率大大降低?!北本┸壍肋\營運營支持部經理說,這使得軌道交通的可靠性和運營效率都得到提高。

  近,電動汽車“自動駕駛”引發交通事故的事件引發關注,那“無人值守”全自動運行列車,安全嗎?

  “可以說,地鐵全自動運行技術在國際上已經很成熟了,甚至可以說全自動運行比有人駕駛更安全?!闭f。

  早高峰乘坐地鐵,由于客流大,車門關閉時常夾到乘客的衣服、書包等物品。在全自動運行的燕房線,列車車門夾到異物后會自動打開,發生三次后,車門將不再關閉,列車也不會發車。站臺值守人員將及時趕到,處理突發情況。

  燕房線列車的下部還配有一個“黑匣子”,可以同時對列車進行障礙物檢測和脫軌檢測。在時速80公里的運行速度下,如果發現前方出現可能影響列車運行的障礙物,“黑匣子”將自動啟動緊急制動。突發情況也會實時傳送到指揮中心,交由專門的技術人員解決。

  類似的突發情況,列車早在投入運行之前,就已開始“學習”。據研發團隊介紹,以場景和運營規則為主線個全自動運行場景,涉及安全的就包括“緊急呼叫”“車輛火災”“雨雪模式”“障礙物脫軌檢測”等多個異常場景,每個場景都有對應的自動解決方案。

  燕房線是地上“高架線”,這個夏天是“無人值守”全自動列車經歷的個夏天。7月中旬以來,北京迎來多場強降雨天氣,燕房線列車如何應對?

  遇有雨雪天氣,燕房線列車可自動啟動“雨雪模式”,列車可保持時速35公里運行。目前,為了保障線路能夠正點運行,每當氣象臺發布暴雨藍色預警時,燕房線會立刻轉為人工駕駛模式,在各站和車輛段值守的地鐵司機登上列車手動駕駛,確保運行安全。

  例如,列車進入一座客流量大的換乘車站,從進站停穩到開出站臺,約40秒。既有線路列車,司機要負責操作門控打開車門,確認乘客上車。乘客上車之后,司機還要確認關門、進行安全確認、按動發車按鈕,一套操作要占用15秒,乘客上下車的線秒左右。全自動駕駛模式下,列車停站無需人工操作,所有開關門安全確認時間可壓縮到5秒至8秒,乘客上下車可以更從容?!耙郧傲熊囮P門之后還要等一段時間才能發車?,F在,等待時間被大大縮短?!闭f。

  介紹,在編制列車運行圖時,為了給人工操作留出時間,要留出30秒左右的“提前量”,全自動運行模式下,這個“提前量”只需要3秒。燕房線,全自動駕駛模式下,列車46分鐘可以跑完全程;人工駕駛模式下,同樣的路程列車需要48分鐘至49分鐘才能跑完??蓜e小看這兩三分鐘,列車提速,一條線路可以用更少的車完成更多的任務。

  全自動駕駛模式還為再度縮小“小列車間隔”創造了可能。既有線路目前小列車間隔為兩分鐘,幾乎到了極限?!翱s短小間隔受到信號能力、道岔折返能力以及人工操作等多方面影響?!闭f,在全自動駕駛模式下,人工操作不再成為縮短間隔的制約因素,理論上線分半鐘。

  燕房線列車每節車廂都有兩個攝像頭,能夠無死角拍攝,線米會有一個攝像頭,一列車大約有一萬個點位的信息實時上傳。雖然燕房線列車上沒有司機,但列車的運行狀態可以隨時傳遞到數十公里外控制中心調度員面前的屏幕上。

  既有線路“有人駕駛”模式中,行車調度員負責行車組織的統一指揮和監控,列車司機負責駕駛列車運行,車站輔助行車調度員辦理行車作業。如發生列車故障等突發事件,列車司機先期發現和處置,做好乘客溝通,并協助行車調度員進行處置。

  全自動運行模式實現了從以人為主的操作到人機互聯的轉變。傳統由人完成的工作,特別是司機的職能,一部分由列車自動控制系統完成,行車組織、列車控制和車輛監控等全部由控制中心調度員負責,形成以系統和遠程控制為主的行車組織管理方式。

  雖然列車上沒有司機,但其實司乘人員一直守在乘客的身邊。運營控制中心的調度崗位,增加了“乘客調度”和“車輛調度”職能。調度員不僅要關注行車、電力和信息等,更要時刻注意列車運行狀態,及時為站臺及列車上的乘客提供遠程服務。

  行車途中,如有乘客出現身體不適,就可以走到車門處,按下列車緊急通話按鈕,直接與運營控制中心的調度員通話。調度員將列車上發生的情況、列車車號、車門位置提前通知下一個車站。列車到站之后,車站的工作人員可及時為乘客提供幫助。

  燕房線開通初期實行“有人值守的全自動運行模式(DTO)”,每趟列車依舊在駕駛室設置了應急人員。不過駕駛室內的司機操作臺,已經被鎖在控制柜里。正常運營情況下,應急人員無需任何操作,在列車故障和突發事件情況下,按照行車調度員命令進行應急處置。

  今年6月,燕房線開始“無人值守的全自動運行模式(UTO)”,應急人員從“跟車值守”變為“固定值守”,平時在指定地點(車站或車輛段)進行值守,配合站務員維護站臺秩序,只有在列車故障或其他突發情況下,才會按照行車調度員的命令和車輛段控制中心的安排登車進行應急處置。

  運營兩月有余,燕房線整體平穩,各項指標在北京地鐵路網所有線路中表現優異。每一天,這條“無人值守”的地鐵線路都在刷新著北京地鐵“全自動運行”的新紀錄。

  全自動運行,早被寄予厚望的并非燕房線,而是首都機場線年開始建設的首都機場線是國內首條按照全自動運行等級籌劃建設的線路。不過,這條線路至今也沒有達到預設目標。

  從首都機場線到燕房線年,完成了我國城市軌道交通全自動駕駛系統從無到有的跨越。

  首都機場線在建設時,別說“全自動無人駕駛”技術,就連基本的CBTC(基于通信的列車運行控制系統)自主信號技術都沒有。

  本以為首都機場線可以開啟北京地鐵“全自動無人駕駛”的時代,但因為技術方案由國外提供,技術受制于人,不僅付出了高昂的成本,調試開通過程也十分艱難,首都機場線至今沒有達到設想目標。

  國外設在運營過程中暴露的問題越來越多,技術封鎖也越來越嚴重。負責信號研發的交控科技董事長郜春海曾回憶:“國外商交給中國人的技術說明書越來越簡單,就是怕我們學會了?!?/p>

  2012年前后,北京進入軌道交通建設高峰期,多條軌道交通線路從規劃圖紙走向建設階段?!皺C遇千載難逢,北京要把握軌道交通行業科技發展的前沿科技,趁著這一建設高峰期,推動北京軌道交通自動化運營等級進入全自動運行領域?!北本┸壍肋\營黨委書記、總經理賈敬東說。

  2013年,經過多方權衡,燕房線決定改用軌道交通尖端技術——全自動運行。圍繞這條線路,一系列科技攻關就此展開。

  研發自主CBTC,是破局的招。地鐵建設單位牽頭組織,匯集行業各方力量進行技術研發。2010年亦莊線順利開通,使中國成為繼德國、法國、加拿大之后,第四個掌握CBTC核心技術并一次順利開通的國家。

  有了自主CBTC,全自動系統也邁入研發期。中車負責車輛,交控等企業負責信號……北京軌道、北京交通大學、北京軌道運營、京投、交控科技、中車長客、中車青島等各方一起發力,逐漸培育起全自動運行城市軌道交通產業。

  2017年底,中國條擁有自主知識產權的全自動運行線月,燕房線列車實現等級“無人值守”全自動運行。

  不僅僅是燕房線,還有大興機場線以及今年年底即將開通的11號線號線,北京軌道交通全自動運行的大家庭在不斷壯大。其中,19號線有望成為北京條實現全自動運行的市區大站快線號線南起新宮站,北至牡丹園站,全長22.4公里的線座。這條貫穿南北的線路,計劃在開通時就具全自動運行的能力。

  19號線編組,運行設計時速可達120公里,是目前北京地鐵市區線路中運力且速度快的線路。開通后,從牡丹園到新宮單程運行時間只有20分多鐘。

  相比于燕房線號線實現全自動運行,面臨著調試時間短、城區線路運營壓力大、運行速度快三大挑戰。

  目前,北京軌道運營已調整工作模式,7×24小時,“歇人不歇馬”,全力調試,確保開通。

  “無人值守”全自動運行,如何應對大客流?目前,服務于19號線的站務員正在既有大客流換乘站進行培訓,增加面對大客流的實戰經驗。

  “全自動運行系統在大客流線路上運行,要應對客流在門區擁擠的場景?!闭f,全自動運行時的開關門時間是預先設置的,大客流線路乘客上下車所需時間長,可能發生滿載導致客室門無法關閉的情況。19號線的全自動運行系統為了防止站臺門和列車門之間的縫隙夾人夾物,每站都安裝了門間隙探測裝置,門間隙探測和車門關閉同時進行,探測時間從5秒壓縮到了1秒內。此外,站臺及控制中心均可以遠程監控列車客室門的狀態,并可通過系統遠程控制列車開關門。

  據透露,未來19號線也將按照循序漸進的原則,逐步實現無人值守的全自動運行。

  “政產學研用”協同創新結出的果實,不僅有燕房線,還使北京形成了一套自己的城市軌道交通全自動駕駛系統標準體系?!翱梢哉f燕房線是一個開端,為后續線路的全自動運行鋪好了路,推動了整個行業技術水平提升?!辟Z敬東說。有了燕房線全自動運行管理經驗,目前,北京軌道交通企業已與濟南、鄭州、廈門、西安和合肥地鐵開展合作,為當地全自動運行地鐵線路的建設與運營提供咨詢服務。
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