城市轨道交通无人驾驶技术的若干应用问题_朱翔pdf

DOI:10.16037/j.1007-869x.2006.12.009城市轨道交通究2006年研城市轨道交通无人驾驶技术的若干应用问题朱翔王大庆(上海申通轨道交通研究咨询有限公司,201103,上海∥第一作者,副总工程师,高级工程师)摘要介绍了城市轨道交通无人驾驶技术的发展,并对无人驾驶技术的特殊性、项目管理方法、接口控制、RAMS(即可靠性、可用性、可维护性和安全性)管理以及全寿命周期成本的经济分析进行了阐述。采用无人驾驶技术,可有效地增加运能、提高效率、降低系统建设成本,还可减少运营定员、降低运营成本。关键词城市轨道交通,无人驾驶,管理方法,接口控制,成本分析中图分类号U239.5;U268.42)20世纪70—80年代,可基本实现列车之间的距离安全控制或实现基于车载信号的人工控制;3)20世纪80年代以后,无人驾驶系统得到进一步完善;4)1998年:法国巴黎14号线(MeteorLine)成功运营,首次实现了重型地铁正线的无人驾驶运行(车辆段仍采用人工驾驶方式);5)2003年:新加坡东北线正线和车辆段均实现了无人驾驶运行。AbouttheApplicationofADUSZhuXiang,WangDaqingAbstractWithanintroductionofthedevelopmentofFullyAutomaticModeDriverlessSystem(FAMD),itsparticularity,projectmanagementmethod,interfacecontrol,managementofRAMS(Reliability,Applicability,MaintainabilityandSecurity)andeconomicanalyzeofalllifeperiodcost,arguesthissystemwilleffectivelyincreasetransportcapacityanddecreasethecostsinconstructionandoperation.Keywordsurbanmasstransit,unmanneddriving,managementmethod,interfacecontrol,costanalysisAuthor'saddressShanghaiShengtongRailTransitResearch&ConsultancyCo.,Ltd.,201103,Shanghia,China1无人驾驶技术的发展历程目前,无人驾驶系统在世界很多城市轨道交通中得到了广泛的应用,如哥本哈根、巴黎、新加坡等。除此以外,还有很多城市在考虑或正在将既有地铁改建成无人驾驶的轨道交通,如法国巴黎、马赛、里昂,德国的纽伦堡、柏林、汉堡、法兰克福等。无人驾驶系统技术正逐步成为引领世界轨道交通先进技术的潮流。城市轨道交通无人驾驶技术的发展经过了以下历程:1)20世纪60—70年代,有驾驶员驾驶的自动运行地铁系统在欧洲出现;·36·2无人驾驶的特殊性对无人驾驶技术的研究,首先应思考的问题是无人驾驶的特殊性。1)无人驾驶系统与常规有人驾驶系统相比,是将列车司机、控制中心调度员和车站值班员共同参与控制的运行控制模式,转变为以控制中心调度员单独控制的运行控制模式,实现了运营控制与管理的高度集中。2)为适应无人驾驶系统的高可用性,必须建立高度集中统一的维修体系。3)建立多职能队伍,及时处理现场的各种运行、维修和服务事务。4)常规有人驾驶系统的司机职能均由无人驾驶系统的设备和相应的控制系统来实施(详见表1)。表1无人驾驶列车运营职能的实施途径常规列车司机的职能无人驾驶列车运营职能的实施途径驾驶列车信号系统控制出车前的启动和检查信号系统控制司机对前方轨道的了望车辆安装障碍物探测器关车门及启动列车信号系统控制车辆故障检测和排除车载设备或运营控制中心/综合监控系统控制与乘客的通信运营控制中心/综合监控系统控制列车救援操作运营控制中心/综合监控系统遥控引导乘客疏散运营控制中心/综合监控系统指导第12期3项目管理的方法为确保无人驾驶系统的顺利实施,必须采用科学的项目管理方法。3.1技术管理方法V形周期是一个项目管理进程。这个进程首先从功能和技术上以协调的方式定义系统需求,然后随着设计阶段和建设阶段的进程逐步进行细化。该V形周期可由图1来表示。图中括弧内是设计和控制阶段有关RAMS(可靠性、可用性、可维护性和安全性)的内容。从V形周期流程可以看出,运营方案或称需求是整个流程的始端。图1V形建设示意图3.2配置管理配置管理是对与系统有关的物质产品和软件进行持续管理,它包括建设和运营各阶段。配置以树状逻辑图形式构成,从功能和技术角度来描述它们的职能及其相互关系,在识别阶段将识别各配置项以及它们之间的联系。树状逻辑图包括技术树状图和地理树状图。其中技术树状图描述了系统各组成部分的树状结构;地理树状图显示技术树状图如何适用于具体的地理环境。配置包括理论配置和实际配置。其中理论配置与技术树状图相对应;实际配置与所安装系统的地理树状图相一致。3.3配置监控研究报告配置监控是通过检查源配置和严格的配置变更管理来实现。3.4配置记录须以可靠的方式对理论配置和实际配置进行记录。3.5配置审查配置管理应由业主进行审查。4接口控制无人驾驶系统由相关系统集成而成。集成系统的接口控制是无人驾驶顺利实施的重要环节。接口控制由以下部分组成:4.1接口的定义接口被定义为系统与子系统之间功能的、物理的、组织的和管理的要求或责任。4.2接口管理组织的责任接口管理组织的建立是为了确定、编写和管理无人驾驶系统工程的接口。4.3接口管理程序接口管理程序将遵循“V形周期”的项目开发要求进行。接口管理的主要任务是:①接口的确定;②接口的安排;③接口的分类;④接口的定义/描述;⑤接口的解决;⑥接口的更改/取消;⑦接口进度表的编制;⑧接口的监控;⑨接口的审核。4.4接口的解决接口在确定、定义、分配给相关单位并指派接口负责人后,应配有相应的接口解决程序。4.5接口更改业主应建立一个接口更改程序。接口更改程序的目的是鉴别所有更改要求导致的结果。更改分析应考虑到技术、成本、期限和合同等方面。4.6接口进度表接口管理进程应纳入项目进度表中,以便协调接口解决时间表和项目重要日期间的关系。4.7接口的控制和监督业主应通过接口管理审核会议进行接口的控制和监督;机电系统总承包商应通过接口技术会议进行接口的控制和监督。4.8审核业主应对接口工作进行独立的外部审核,来确保接口的技术解决能够正确地进行和结束,并符合项目进度表、成本、合同、接口要求的可追溯性等。·37·城市轨道交通研究5RAMS管理无人驾驶系统由于其高安全性、高可靠性、高可用性和高可维护性的要求,必须进行工程项目的RAMS管理。RAMS管理分为安全保障和RAM两部分,这里主要叙述安全保障部分。5.1安全保障的组织和责任业主应建立安全保障的管理组织。系统总承包商、承包商和分包商的RAMS负责人应在其各自的RAMS管理计划中,对安全保障的组织进行规定;同时应对业主和承包商的RAMS经理的责任进行相应的规定。5.2安全保障要求安全保障要求涉及风险初步分析、风险目标、安全完善度(SIL)、安全风险标准、保障风险标准等几方面。5.3系统安全任务1)初步危险分析:业主应负责初步危险分析。初步危险分析鉴别了所有的危险情况。2)初步安全评估:业主应负责进行初步安全评估。初步安全评估包括整体安全要求的定义、子系统安全要求的定义和危险鉴别等活动。3)危险分析:系统总承包商应在所参与的项目阶段,进行设计、接口、测试与联调、试运行、运营和维修等方面的危险分析;系统总承包商应协调、管理、审核危险分析活动,控制和审核分包商的危险分析文件。4)初步安全案例:业主应协调、管理、监督初步安全案例活动。初步安全案例应提供管理系统设计安全的初步方法。5)具体安全设计:系统总承包商应协调、管理、审核、监督子系统和系统的具体安全设计。具体安全设计的目的,是从理论上证明组成系统的每个子系统能达到合同中的标准,鉴别各子系统给系统带来的整体风险。此设计应考虑分包合同功能性和外形设计的安全性。具体安全设计应考虑到下列不同运营模式:①正常运营模式;②降级运营模式;③紧急情况(包括乘客和其他公共场所人员的安全)。6)具体保障评估:系统总承包商应协调、管理、审核、监督系统的具体保障评估。7)系统设计安全案例:系统总承包商应协调、管理、审核、监督系统的设计安全案例。系统设计安·38·2006年全案例用以检查和审核是否所有与设计、生产阶段相关的安全保障问题都已经过确认和提交。分包商应为系统设计安全案例的圆满完成提供输入信息。6全寿命周期成本的经济分析采用无人驾驶技术,应考虑成本因素,应进行全寿命周期成本的经济分析。6.1提高效率、降低系统建设成本采用无人驾驶技术能有效地增加运能,与扩大列车编组等其他解决办法相比,具有较低的投资代价和更好的效果。在适当的列车编组条件下,通过缩短行车间隔,可大幅度地提升系统输送能力,满足线路将来的客流需要。它能预留足够的运能储备空间,是一种较为理想的选择。采用全自动无人驾驶技术,可以缩短列车停站和折返时间,提高了列车的旅行速度,加快了乘客的送达频率;也加速了车辆的周转,减少了备用车,从而降低了配车数量。经分析,采用无人驾驶技术可节省车辆5%～6%左右。采用全自动无人驾驶技术,虽然在机电系统方面的投资略有增加,但就整个地铁系统而言,建设成本是降低的。6.2减少定员、降低运营成本采用全自动无人驾驶技术,由于正线无需配备列车司机人员,大大地减少了运营定员,同时也大大简化了相应的培训和管理。根据全自动无人驾驶的新型管理运营模式,操作层面上也得到合理、有效的精简,管理效率也将得到有效的提高,为极大地提高运营管理水平提供了契机。通过采用无人驾驶技术,依靠综合监控手段,可以按照客流的变化适时地调整列车运行计划,增加或减少在线运营列车数量,使各时段运能分布合理,并适应于客流分布曲线,以有效地减少空车走行。这对于运营成本节约、减少车辆检修工作量等都是十分有利的。参考文献[1]王曰凡.全自动无人驾驶系统———全新理念的城市轨道交通模式[J].城市轨道交通研究,2006(8):1.[2]朱翔.实现基于通信列车控制互联互通的若干思考[J].城市轨道交通研究,2006(9):6.(收稿日期:2006-09-14)