城市轨道交通智能全自动运行系统 白皮书

道交通运行控制系统国家工程研究中心和城市轨道交通列车通信与运行控制国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-车-能匹配的综合智能动态调度和能源管控技术.37 37 37 38 39 41 423近年来我国城市轨道交通（简称“城轨交通”）持续高速发展,线网规模和车全过程安全可靠稳定运行，为建设智慧和变革性技术的研究情况，系统性分析了定义和发展智能全自动运行系统（i451术语与缩略语车运行相关的子系统构成，通过子系统之间的有机（2）智能全自动运行系统intelligentFullyA蔽门等)的协同智能控制，实现城市轨道交通全地域少人/无（3）列车运行自动化等级GradeofAutomation（GoA）根据运营工作人员和系统所承担的列车运行基本功能的责任划分确定的列（5）行车调度指挥自动化等级GradeofautomaticDispatch（调度指挥是典型的信息处理过程，按照信息信息获取、信息分析、决策与行动选择、行动实施四不同的自动化水平，根据四个阶段的自动化等级，对（6）机械灵活编组运营方式OperationModewithMechanicallyFlexible采用机械联挂技术实现列车编组在线改变的一种灵6（7）虚拟灵活编组运营方式Opera采用虚拟联挂技术实现列车编组在线改变的一种灵AMDAutomaticMonitorDispatchiASDFullyAutomatedOperGradeofAutomationGradeofautomationfortrainflexibleGradeofautomaticDispatch级GradeoftrainoperatingenvironmentintelligentFullyAutomatedOpeIntegratedSupervisorIntelligentSupervisionDispatching-IntelligentSupervisionDispatching-Unattended7NTONon-automatedTrainPassengerInformationSystUTO82概述全自动运行系统（FullyAutomaticOperation93智能全自动运行系统（iFAO）的必要性车辆等资源的高效利用和客流-车流的精准匹配，是城轨交通行车调整的重要行车辆控制与管理列车状态诊断与监测FAO的控制及防护对象车外状况检测客室状态检测与监控车上乘客监督行车状态调度员乘客服务运行计划调整确保列车行车条件操控列车作业车辆控制与管理列车状态诊断与监测FAO的控制及防护对象车外状况检测客室状态检测与监控车上乘客监督行车状态调度员乘客服务运行计划调整确保列车行车条件操控列车作业和系统配置列车单元接近/远离过程车载司乘人员车站值班员），机电设备状态检测机电设备状态检测车间及区间环境检测车间及区间环境检测行车条件与行车环境图1城轨交通运行任务架构示意图调度指挥功能提升列车运行功能提升人工驾驶无人值守列车自动运行半自动列车运行列车自主运行有人值守列车自动运行机械化电气化自动化调度指挥功能提升列车运行功能提升人工驾驶无人值守列车自动运行半自动列车运行列车自主运行有人值守列车自动运行机械化电气化自动化智能化->自主化人工调度智能动态调度使能技术继电器微电子、计算机、无线通信使能技术继电器微电子、计算机、无线通信云计算、智能感知、人工智能图2城轨交通运行技术发展历程示意图继续扩大自动化技术在城轨交通运行系统中的应用范围和程度、提升系统的智智能技术的应用带动城轨行业发展，减少对调度指挥和运行控制等各类人员的基于机器视觉和激光雷达等多传感器融合和列车重联/摘解过程中的速度、地点等限制更少且而为运力投放乃至列车运行组织方式的灵活调动态调度系统能够全方位综合性实时监督列快速智能地做出最佳化的指挥控制决策和应急在提高乘客服务质量的同时降低全生命周期成本上进一步深化研究智能全自动运行系统（iFAO），促进运力-运量匹配和轨道、4智能全自动运行系统定义及内涵智能全自动运行系统（iFAO）是以乘客为中心，以进一步提升城市轨道交蔽门等)的协同智能控制，实现城市轨道交通全地域少人/无人、全时域智能灵能技术的升级版，其通过应用人工智能、大数据、下一代通信备设施状态自诊断和智能运维等技术的发展，从而可更好的支持无车载司乘人员值守的列车运行和中心少人干预的综合智能调度指挥，车辆、能源、人员等各类资源利用效率的同时提升乘客服务质量。列车在正线和场段内等全线运行的全过程中提升了自动化系统控制的深度和广度，有效提高系统的智能化程度。位提高轨道、车辆、能源、人员等各类资源的，兼具FAO全自动无人运行系统的特征并增强（1）基于运行环境智能感知的列车全自动运行（2）列车编组在线动态全自动灵活调整列车在线动态灵活重联/摘解，并实现了列车组列车，其重联/摘解过程进一步降低了对速度（3）综合智能动态调度决策和快速最佳化应急调整（4）支持客流-车流-能量协同的能源管控不同列车灵活编组控制的自动化等级（Gradeofautoma表1列车形成的自动化等级（灵活编组控制的自动化等级）组护[2]：需要进一步提高自动化系统控制精度以及对实现乘客贯通穿行相关机械装置的控制，使乘客可在功能下的人和设备职责划分的角度，定义了城轨交通运行的不同自动化等级1GoA0：在该等级下，系统实现目视下列车运GoA1：在该等级下，系统实现非自动列车运GoA2：在该等级下，系统实现半自动化列车运GoA3：在该等级下，系统实现有人值守下列车自动运GoA4：在该等级下，系统实现无人值守下的列车自动运行表2各自动化等级（GoA）下的列车运行基本功能实现方式NTO现）√√√√√√√√防止与轨道上的人员发√√√√√√√防止车厢之间或列车与√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√NTOODD）不同，以及智能感知对列车自动运行控制系统的不同支持作用，定义列车GoP0：无自动感知（Non-automaticPerceptiGoP1：辅助感知（AssistantPerceptiGoP2：可信感知（DependablePerceptiGoP3：超视距可信感知（Over-the-horizondep表3各感知等级的主要特征无无无表4各调度自动化等级（GoD）下的主要功能挥取成5智能全自动运行系统功能架构及主要功能列车计算速度防护曲线并在必要时通过及时触发紧急制动的综合智能动态调度系统对轨道、列车、电力、环境、客流策划可减少的人员需要的人员策划可减少的人员需要的人员图3iFAO系统功能架构框图5.2.1智能感知和数据处理等基础功能5.2.2列车在线重联/摘解相关功能（1）支持列车低速物理对接联挂的安全防护（2）基于自动电子车钩的列车间数据联通和自适应配置该功能实现相关列车单元在运行过程中按照计划自动形成一列虚拟编组列该功能将一列虚拟编组列车在运行过程中按照计划自动分解为多个列车单5.2.3灵活编组列车运行控制相关功能制动系统的网络和牵引/制动系统也各自独立，因此，各列车单元的信号系统均运行控制。主控车输出的列车控制命令由网络和牵引/制动等系统在列车单元间（1）机械灵活编组列车测速定位和完整性检查5.2.4智能动态调度相关功能管理在线运行的灵活编组列车（含机械灵活编组列车和5.2.5智能能源管控相关功能6智能全自动运行系统关键技术6.1.1机械灵活编组控制相关技术碰撞限速点障碍点4端运行方向3端2端安全防护点1端图4低速可碰撞条件的防护控制原理图（2）重联列车参数的自动识别和重新配置6.1.2列车虚拟灵活编组控制相关技术于时空间隔的列车安全防护方法不仅要求制动停车后的两车位置关系符合安全车-车信息交互可能制动率）车-车信息交互可能制动率）基于时空间隔的 位置后车安全防护策略（最不利制动率）图5基于时空间隔的列车安全防护方法原理车单元站台作业和停车/发车的同步控制。自动驾驶不受人为操作的不确定性等径通信传输延迟的补偿，实现开/关门、同步出站发车等相关站台作业的同步控车折返过程中需要分别完成各列车单元内部控制权限的切换以及领头车与跟随），为领头车，且虚拟灵活编组列车整体在保留3）虚拟灵活编组列车整体运行并出清迁出进路，列车停在反向站台过程，可实现列车动态虚拟重联过程对乘客几乎无感6.2.1基于智能主动感知的实时高精度列车测速定位过程以及虚拟灵活编组列车接近和运行过程中需要实现较小的运行间距追踪存6.2.2轨行区净空检测技术3特别地，如果两车初始间距比较近等原因，使得两车在站间运行过程中能够满足动态接6.3.1基于人工智能的综合自主决策技术证优先等）进行辅助/自主选择并确定调整策略，同时采用清晰、明确、醒目的6.3.2面向灵活编组的调度指挥控制6.3.3面向线路集群的智能线间动态协同调整技术6.3.4面向人-车-能匹配的综合智能动态调度和能源管控技术思想的适应性控制-理性）的行车调度指挥系统任务模型、线网客流-车流-能量6.4.1地面基础平台