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北京地铁开启“全自动运行”时代——“无人值守”刷新纪录

2021-08-19 09:10

北京日报副刊

4时许,天边刚刚泛起微光。

北京西南阎村北车辆段车库内,一列列车的车头亮起灯光,就好像睁开了眼睛。驾驶室里并没有人,列车自动启动了车门、广播、牵引、刹车等数十项自检,检查完成后,车厢内的灯光依次亮起,列车缓缓开出车库。

5时5分,这趟“无人驾驶”列车搭载着首批乘客,驶出阎村东站,开始了在燕房线上新一天的运营。

燕房线,是我国第一条拥有自主知识产权的全自动运行轨道交通线路,搭载我国自主研发的城市轨道交通全自动驾驶系统,今年6月成功实现列车内无人值守的全自动运行。运营两个月有余,燕房线整体平稳,各项指标在北京地铁路网所有线路中表现优异。

北京轨道交通“全自动运行”时代就此开启。今年年底将开通的11号线、17号线和19号线,以及未来几年要开通的3号线和12号线,都将具备全自动运行能力。

运行全程可“无人值守”

“快看!咱们的地铁也能自动驾驶”“驾驶室里真的没有人啊”……

尽管车厢里有许多空座位,但不少乘客没有坐下,而是鱼贯而入地来到列车车头,好奇地掏出手机,透过一整面玻璃墙,拍摄空无一人的驾驶室。

燕房线列车实现了最高等级全自动“无人值守”,驾驶室里没有司机,也看不到复杂的仪表盘,列车到站开门、关门,加速、减速,无需人工操作,全自动运行。


燕房线“无人值守”列车运营中

燕房线始发阎村东站,连接燕山地区和房山城关,止于燕山站,大致呈东西走向。这是国内首条拥有自主知识产权、全自动运行系统的轨道交通线路,于2017年12月30日开通初期运营。

今年6月,燕房线成功实现列车内无人值守的全自动运行模式(UTO)。

国际公共交通协会将列车运行的自动化水平,划分为GoA0到GoA4五个等级,GoA0级为既有目视行车方式,GoA4为最高等级——无人值守下全自动运行。

目前,北京地铁1号线、2号线等大多数地铁线路已经实现GoA2等级自动驾驶,列车可以实现运行中自动加速和减速,以及到站自动停车等操作。不过列车仍需在司机的监控下运行,列车到站开关门,需要司机操作;运行中出现突发情况,需要司机处理;列车回库、折返等操作,也需要司机介入。

燕房线采用基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术实现列车运行全过程自动化的新一代城市轨道交通系统,提前编写好的程序替代了人工确认和操作,列车站间行驶、到站停车、自动开关车门、自动发车离站、自动回库、自动洗车、自动休眠,全过程均无需人工介入,完全实现全自动运行管理。

“所有列车运行中所需要的操作,只要进行设定,程序会自动运行。相比人工操作,出错几率大大降低。”北京轨道运营公司运营支持部经理李鹏说,这使得轨道交通的可靠性和运营效率都得到提高。

“黑匣子”确保列车安全

最近,电动汽车“自动驾驶”引发交通事故的事件引发关注,那“无人值守”全自动运行列车,安全吗?

“可以说,地铁全自动运行技术在国际上已经很成熟了,甚至可以说全自动运行比有人驾驶更安全。”李鹏说。

早高峰乘坐地铁,由于客流大,车门关闭时常夹到乘客的衣服、书包等物品。在全自动运行的燕房线,列车车门夹到异物后会自动打开,发生三次后,车门将不再关闭,列车也不会发车。站台值守人员将及时赶到,处理突发情况。

燕房线列车的下部还配有一个“黑匣子”,可以同时对列车进行障碍物检测和脱轨检测。在时速80公里的最高运行速度下,如果发现前方出现可能影响列车运行的障碍物,“黑匣子”将自动启动紧急制动。突发情况也会实时传送到指挥中心,交由专门的技术人员解决。

类似的突发情况,列车早在投入运行之前,就已开始“学习”。据研发团队介绍,以场景和运营规则为主线,科研团队总共设计出41个全自动运行场景,涉及安全的就包括“紧急呼叫”“车辆火灾”“雨雪模式”“障碍物脱轨检测”等多个异常场景,每个场景都有对应的自动解决方案。

燕房线是地上“高架线”,这个夏天是“无人值守”全自动列车经历的第一个夏天。7月中旬以来,北京迎来多场强降雨天气,燕房线列车如何应对?

遇有雨雪天气,燕房线列车可自动启动“雨雪模式”,列车可保持时速35公里运行。目前,为了保障线路能够正点运行,每当气象台发布暴雨蓝色预警时,燕房线会立刻转为人工驾驶模式,在各站和车辆段值守的地铁司机登上列车手动驾驶,确保运行安全。

全自动运行可提速两至三分钟

不仅仅是节省人力,提高安全性,全自动运行的列车还能提高运行效率。

例如,列车进入一座客流量大的换乘车站,从进站停稳到开出站台,约40秒。既有线路列车,司机要负责操作门控打开车门,确认乘客上车。乘客上车之后,司机还要确认关门、进行安全确认、按动发车按钮,一套操作要占用15秒,乘客上下车的真正时间只有25秒左右。全自动驾驶模式下,列车停站无需人工操作,所有开关门安全确认时间可压缩到5秒至8秒,乘客上下车可以更从容。“以前列车关门之后还要等一段时间才能发车。现在,等待时间被大大缩短。”李鹏说。

没有了人工操作,列车的运行时间也在缩短。

李鹏介绍,在编制列车运行图时,为了给人工操作留出时间,要留出30秒左右的“提前量”,全自动运行模式下,这个“提前量”只需要3秒。燕房线,全自动驾驶模式下,列车46分钟可以跑完全程;人工驾驶模式下,同样的路程列车需要48分钟至49分钟才能跑完。可别小看这两三分钟,列车提速,一条线路可以用更少的车完成更多的任务。

全自动驾驶模式还为再度缩小“最小列车间隔”创造了可能。既有线路目前最小列车间隔为两分钟,几乎到了极限。“缩短最小间隔受到信号能力、道岔折返能力以及人工操作等多方面影响。”李鹏说,在全自动驾驶模式下,人工操作不再成为缩短间隔的制约因素,理论上线路最小间隔可以达到1分半钟。

新设“乘客调度”守护乘客

燕房线列车每节车厢都有两个摄像头,能够无死角拍摄,线路上每隔200米会有一个摄像头,一列车大约有一万个点位的信息实时上传。虽然燕房线列车上没有司机,但列车的运行状态可以随时传递到数十公里外控制中心调度员面前的屏幕上。


乘客体验全自动地铁

既有线路“有人驾驶”模式中,行车调度员负责行车组织的统一指挥和监控,列车司机负责驾驶列车运行,车站辅助行车调度员办理行车作业。如发生列车故障等突发事件,列车司机先期发现和处置,做好乘客沟通,并协助行车调度员进行处置。

全自动运行模式实现了从以人为主的操作到人机互联的转变。传统由人完成的工作,特别是司机的职能,一部分由列车自动控制系统完成,行车组织、列车控制和车辆监控等全部由控制中心调度员负责,形成以系统和远程控制为主的行车组织管理方式。

虽然列车上没有司机,但其实司乘人员一直守在乘客的身边。运营控制中心的调度岗位,增加了“乘客调度”和“车辆调度”职能。调度员不仅要关注行车、电力和信息等,更要时刻注意列车运行状态,及时为站台及列车上的乘客提供远程服务。

行车途中,如有乘客出现身体不适,就可以走到车门处,按下列车紧急通话按钮,直接与运营控制中心的调度员通话。调度员将列车上发生的情况、列车车号、车门位置提前通知下一个车站。列车到站之后,车站的工作人员可及时为乘客提供帮助。

应急人员,也时刻关注着列车和乘客的安全。

燕房线开通初期实行“有人值守的全自动运行模式(DTO)”,每趟列车依旧在驾驶室设置了应急人员。不过驾驶室内的司机操作台,已经被锁在控制柜里。正常运营情况下,应急人员无需任何操作,在列车故障和突发事件情况下,按照行车调度员命令进行应急处置。

今年6月,燕房线开始“无人值守的全自动运行模式(UTO)”,应急人员从“跟车值守”变为“固定值守”,平时在指定地点(车站或车辆段)进行值守,配合站务员维护站台秩序,只有在列车故障或其他突发情况下,才会按照行车调度员的命令和车辆段控制中心的安排登车进行应急处置。

运营两月有余,燕房线整体平稳,各项指标在北京地铁路网所有线路中表现优异。每一天,这条“无人值守”的地铁线路都在刷新着北京地铁“全自动运行”的新纪录。

15年,从无到有的跨越

全自动运行,最早被寄予厚望的并非燕房线,而是首都机场线。

2006年开始建设的首都机场线是国内首条按照全自动运行等级筹划建设的线路。不过,这条线路至今也没有达到预设目标。

从首都机场线到燕房线,北京地铁用了15年,完成了我国城市轨道交通全自动驾驶系统从无到有的跨越。

从受制于人到自主研发

首都机场线在建设时,别说“全自动无人驾驶”技术,就连最基本的CBTC(基于通信的列车运行控制系统)自主信号技术都没有。

本以为首都机场线可以开启北京地铁“全自动无人驾驶”的时代,但因为技术方案由国外公司提供,技术受制于人,不仅付出了高昂的成本,调试开通过程也十分艰难,首都机场线至今没有达到设想目标。

国外设备在运营过程中暴露的问题越来越多,技术封锁也越来越严重。负责信号研发的交控科技董事长郜春海曾回忆:“国外厂商交给中国人的技术说明书越来越简单,就是怕我们学会了。”

2012年前后,北京进入轨道交通建设高峰期,多条轨道交通线路从规划图纸走向建设阶段。“机遇千载难逢,北京要把握轨道交通行业科技发展的前沿科技,趁着这一建设高峰期,推动北京轨道交通自动化运营等级进入全自动运行领域。”北京轨道运营公司党委书记、总经理贾敬东说。

2013年,经过多方权衡,燕房线决定改用轨道交通最尖端技术——全自动运行。围绕这条线路,一系列科技攻关就此展开。

从无到有,困难可想而知。

研发自主CBTC,是破局的第一招。地铁建设单位牵头组织,汇集行业各方力量进行技术研发。2010年亦庄线顺利开通,使中国成为继德国、法国、加拿大之后,第四个掌握CBTC核心技术并一次顺利开通的国家。

有了自主CBTC,全自动系统也迈入研发期。中车负责车辆,交控等企业负责信号……北京轨道公司、北京交通大学、北京轨道运营公司、京投公司、交控科技、中车长客、中车青岛等各方一起发力,逐渐培育起全自动运行城市轨道交通产业。

2017年底,中国第一条拥有自主知识产权的全自动运行线路燕房线通车。2021年6月,燕房线列车实现最高等级“无人值守”全自动运行。

市区大站快线也将全自动运行

不仅仅是燕房线,还有大兴机场线以及今年年底即将开通的11号线、17号线和19号线,北京轨道交通全自动运行的大家庭在不断壮大。其中,19号线有望成为北京第一条实现全自动运行的市区大站快线。

19号线南起新宫站,北至牡丹园站,全长22.4公里的线路全部位于地下,10座车站中,换乘站就有8座。这条贯穿南北的线路,计划在开通时就具备全自动运行的能力。

19号线车辆采用A型车8编组,运行设计时速可达120公里,是目前北京地铁市区线路中运力最高且速度最快的线路。开通后,从牡丹园到新宫单程运行时间只有20分多钟。

相比于燕房线和大兴机场线,19号线实现全自动运行,面临着调试时间短、城区线路运营压力大、最高运行速度快三大挑战。

目前,北京轨道运营公司已调整工作模式,7×24小时,“歇人不歇马”,全力调试,确保开通。

“无人值守”全自动运行,如何应对大客流?目前,服务于19号线的站务员正在既有大客流换乘站进行培训,增加面对大客流的实战经验。

“全自动运行系统在大客流线路上运行,要应对客流在门区拥挤的场景。”李鹏说,全自动运行时的开关门时间是预先设置的,大客流线路乘客上下车所需时间长,可能发生满载导致客室门无法关闭的情况。19号线的全自动运行系统为了防止站台门和列车门之间的缝隙夹人夹物,每站都安装了门间隙探测装置,门间隙探测和车门关闭同时进行,探测时间从5秒压缩到了1秒内。此外,站台及控制中心均可以远程监控列车客室门的状态,并可通过系统远程控制列车开关门。

据透露,未来19号线也将按照循序渐进的原则,逐步实现无人值守的全自动运行。

“北京地铁”走向全国

“政产学研用”协同创新结出的果实,不仅有燕房线,还使北京形成了一套自己的城市轨道交通全自动驾驶系统标准体系。

“可以说燕房线是一个开端,为后续线路的全自动运行铺好了路,推动了整个行业技术水平提升。”贾敬东说。有了燕房线全自动运行管理经验,目前,北京轨道交通企业已与济南、郑州、厦门、西安和合肥地铁开展合作,为当地全自动运行地铁线路的建设与运营提供咨询服务。

北京地铁,正走向全国,并且做好了出海竞争的准备。

来源:北京日报 记者:李博

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