列車更智慧 運(yùn)行更高效
交通運(yùn)輸部、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合制定的《“十四五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出，大力發(fā)展智慧交通，推動(dòng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能等新一代信息技術(shù)與交通運(yùn)輸融合。
2021年12月26日，湖北武漢軌道交通5號(hào)線開通運(yùn)營(yíng)，這是武漢首條全自動(dòng)駕駛的軌道交通列車?！傲熊噺膯拘?、啟動(dòng)、停止、車門的開閉、載客運(yùn)營(yíng)、列車回庫以及休眠，都可以自動(dòng)進(jìn)行?！必?fù)責(zé)設(shè)計(jì)該線路的中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通信信號(hào)設(shè)計(jì)研究院副總工程師鄭生全說。
從零起步，探索沒有駕駛室的軌道交通
凌晨4點(diǎn)，天色漆黑，武漢市青山區(qū)地鐵5號(hào)線工人村車輛段控制室內(nèi)，車輛三部運(yùn)轉(zhuǎn)二車間車場(chǎng)組班組長(zhǎng)王康在信號(hào)系統(tǒng)電腦前輸入指令，運(yùn)用庫內(nèi)編號(hào)為E35的列車隨即被“喚醒”。
車燈被點(diǎn)亮、車內(nèi)廣播響起、車門自動(dòng)開關(guān)……一系列靜態(tài)測(cè)試完成后，動(dòng)態(tài)測(cè)試開始：制動(dòng)、啟動(dòng)……13分鐘內(nèi)，十幾項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目都是列車自行完成。
4點(diǎn)50分左右，東方既白，第一班列車從工人村車輛段出庫進(jìn)入正線。緊接著，庫內(nèi)12列列車在喚醒自檢完畢后，也依次按計(jì)劃進(jìn)入正線。
6點(diǎn)整，抵達(dá)站點(diǎn)的列車車門、屏蔽門自動(dòng)開啟，迎接當(dāng)天的第一批乘客。在列車車頭處，被取消了的駕駛室已經(jīng)成了“觀景臺(tái)”，乘客站在此處，可清楚地看見列車運(yùn)行前方的各種景象，仿佛穿梭于時(shí)空隧道。
“我們采用的是隱藏式駕駛臺(tái)與乘客室一體化方案，把軌道交通5號(hào)線真正建成了無人駕駛線路。”鄭生全說。
此前，鄭生全參與過多條自動(dòng)駕駛軌道交通的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外也有自動(dòng)駕駛的軌道交通在運(yùn)行?！暗?，這些軌道交通列車都設(shè)有駕駛室，車輛、信號(hào)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)并沒有完全自動(dòng)化?！编嵣蛨F(tuán)隊(duì)討論后，提出了一個(gè)更先進(jìn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：徹底拿掉列車駕駛室，讓軌道交通真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行。
要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)并沒有任何成熟的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?！拔覀円欢転榱熊囋O(shè)計(jì)出一個(gè)‘最強(qiáng)大腦’?！编嵣貞浾f，2016年12月，鐵四院軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行規(guī)范編制組成立，開始了軌道交通自動(dòng)駕駛的探索。
完善場(chǎng)景，優(yōu)化列車控制系統(tǒng)
軌道交通自動(dòng)駕駛的重點(diǎn)是系統(tǒng)，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是場(chǎng)景。從南三環(huán)站到武漢火車站，武漢軌道交通5號(hào)線全長(zhǎng)33.57公里，設(shè)站25座，穿行于武漢洪山、武昌和青山3個(gè)市中心區(qū)，既有高架站，也有地下站。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須把這個(gè)過程中列車可能遇到的運(yùn)行場(chǎng)景都考慮到。
在地鐵車輛段，團(tuán)隊(duì)成員認(rèn)真調(diào)研地鐵運(yùn)營(yíng)過程中的每一個(gè)細(xì)小的流程，通過觀察、記錄一個(gè)又一個(gè)場(chǎng)景。為確保設(shè)計(jì)的可行性，鄭生全和團(tuán)隊(duì)去了北京、上?？疾燔壍澜煌ㄈ詣?dòng)運(yùn)行方案，他自己還兩次去新加坡觀察車輛駕駛室的每個(gè)細(xì)節(jié)。
然而，軌道交通全自動(dòng)駕駛的一些場(chǎng)景是全新的?！罢九_(tái)門自動(dòng)開關(guān)，平時(shí)是站臺(tái)門控制系統(tǒng)控制，在無人駕駛情況下，萬一發(fā)生故障，需要人工現(xiàn)場(chǎng)或者遠(yuǎn)程干預(yù)解決，這時(shí)，列車控制系統(tǒng)就必須要和站臺(tái)門鏈接。”設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員、鐵四院通號(hào)院副總工程師鄒海平說，站臺(tái)門控制系統(tǒng)和列車控制系統(tǒng)是兩個(gè)不同的領(lǐng)域，如何讓它們實(shí)現(xiàn)融合控制、減少故障，團(tuán)隊(duì)思考了幾個(gè)月。
在一次調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)，鄒海平發(fā)現(xiàn)，火車采用道岔變軌時(shí)，道岔與信號(hào)的方向，都由列車控制系統(tǒng)控制。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)借鑒這一信息與機(jī)械的集成原理，將站臺(tái)門控制設(shè)備的安全性按最高等級(jí)設(shè)計(jì)，并將軌道交通站臺(tái)門的控制設(shè)備成功集成到列車控制系統(tǒng)中，列車自動(dòng)駕駛的一項(xiàng)關(guān)鍵集成技術(shù)被突破了。
形成規(guī)范，為線路運(yùn)行提質(zhì)增效
經(jīng)過3年時(shí)間，鄭生全和團(tuán)隊(duì)通過不斷地論證，完成了城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行《運(yùn)營(yíng)需求規(guī)范》、《功能需求規(guī)范》和《接口需求規(guī)范》3本企業(yè)規(guī)范。這些規(guī)范對(duì)軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行可能出現(xiàn)的場(chǎng)景進(jìn)行了詳細(xì)描述，將人的思維轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的系統(tǒng)功能，讓機(jī)器擁有了人類的智慧。
“規(guī)范里的一些場(chǎng)景，最長(zhǎng)一次花了3個(gè)月才解決?！编嵣榻B，最終他們完成了108個(gè)場(chǎng)景，1086條需求，合計(jì)數(shù)十萬字，200余頁。2018年，規(guī)范通過專家評(píng)審，對(duì)國(guó)內(nèi)其它全自動(dòng)運(yùn)行項(xiàng)目的建設(shè)具有積極的示范作用。
相較于普通的軌道交通線路，擁有全自動(dòng)駕駛技術(shù)后，武漢地鐵5號(hào)線故障率由百萬列公里1.8次下降為0.7次，準(zhǔn)點(diǎn)率從99.89%提升至99.99%，開行速度從35公里/小時(shí)提升至37.55公里/小時(shí)?！拔錆h地鐵5號(hào)線各方面的運(yùn)行效率提高后，在滿足同等運(yùn)力條件下，可以減少兩列上線列車?！编嵣f。
隨著智慧交通技術(shù)的不斷發(fā)展，鐵四院的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)又有了新的想法?！拔磥恚覀兛梢越Y(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，讓軌道交通能夠自主學(xué)習(xí)、自行解決問題，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)軌道交通的智慧化和綠色運(yùn)行?！编嵣f。
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