张 琛

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,430063,武汉∥高级工程师)

目前，全自动无人驾驶线路已经成为我国城市轨道交通建设的新主流方向。 2020年至2021年初，上海轨道交通15号线、18号线，以及成都地铁9号线等多条无人值守的列车运行GoA(Grade of Automation，自动化等级)4级线路相继开通,而苏州、深圳及郑州等城市的GoA 4级全自动无人驾驶线路也在建设中。全自动无人驾驶技术凭借高度自动化、智能化、高效率、高可靠性等优点正逐步取代传统驾驶。

但是，由于全自动无人驾驶线路的列车不再配置司机，一旦出现了车载信号故障或车辆设备故障，如何通过一定的手段快速消除故障恢复正常运营，便成了亟待解决的问题。通过控制中心远程复位故障设备，或远程辅助因故障而降级运行的列车恢复无人驾驶模式,是最快解决以上问题的方式。当然这还需要一定的技术手段以保证安全性。

本文将从典型故障[2]入手，深入研究全自动无人驾驶线路的远程控制方案。

1 全自动无人驾驶系统的典型故障

1.1 车辆设备故障

车辆设备发生的故障较多，有些故障将直接影响列车的安全运行。此类故障包括车门故障、辅助系统故障、列车网络故障、牵引系统故障、供电故障、受电弓故障、客室照明故障、空调故障、制动故障、广播故障及逃生门故障等。

1.2 信号设备故障

某些信号设备发生故障，尤其是信号系统冗余设备也完全发生故障，将导致列车无法运行。对于冗余设备而言，其单套设备发生故障时，信号系统会有明显的告警，这时如果能通过远程复位的方式成功重启故障设备，则会有效地解决问题。

信号设备的典型故障包括车载信号设备故障、轨旁联锁故障、轨旁区域控制器故障、轨旁线路控制器故障及网络设备故障等。其中，车载信号设备故障的情况较特殊。车载信号设备直接控制列车运行，其发生故障后，如果列车无法提供位置信息，就无法获得有效的移动授权，此时，即使车载信号设备已排除故障恢复正常，列车也依然无法运行。

2 全自动运行系统的远程控制方式

为了尽快恢复故障设备功能，需要开发相应的远程控制方式，才能在全自动无人驾驶线路中有效、快速地解决问题。基于典型故障的需求分析，全自动运行系统应具备的远程控制方式包括车辆设备远程复位、信号设备远程复位及车辆远程辅助驾驶[1]。

2.1 车辆设备远程复位

车辆设备的远程复位应由控制中心下达复位命令，且复位命令需满足安全等级要求。故车辆设备远程复位命令的传输路径如图1所示：对于安全相关的命令须在安全协议的防护下，先由控制中心ATS (列车自动监控系统)将复位命令下达到车载控制器，再由车载控制器通过TCMS(列车控制和管理系统)转发到车辆；对于非安全相关的命令可由控制中心车辆调度工作站直接下发至车辆。

图1 车辆远程控制命令传输路径

建议的车辆远程控制命令如表1所示。

表1 车辆远程控制命令列表

2.2 信号设备远程复位

2.2.1 信号设备远程复位设计

信号设备远程复位所采用的远程控制系统主要包括远程控制操作终端、远程控制服务器和远程控制硬件，如图2所示。

图2 远程控制系统结构

2.2.2 双套软硬件设计

基于地铁项目中的高可靠性需求，远程控制系统采用双套软硬件设计，并保证冗余设备的独立性。在外部输入命令控制设备的情况下，冗余设备的输出控制逻辑必须一致，以保证远程控制系统的准确性、可靠性。否则，控制命令视为无效操作。

在双套软硬件设计的基础上，远程控制系统构建各自独立的2路通信链路，以保证信息传输的独立性。

远程控制服务器采用双机热备方式，即使1台服务器失效，另外1台服务器也能够维持远程控制系统正常工作。

2.2.3 操作机制

为保证信号设备在复位过程中仍能够正常工作，作出如下规定：

1) 如同一部信号设备采用A、B机主备配置，则无论何种情况下，主备机不能同时复位，只能控制复位其中1台；

2) 在满足条件1)的情况下，可以控制断开多部不同信号设备的电源；

3) 在多部设备的复位命令同时下发时，不能一次命令下发包括多个设备的控制命令，必须按照设备分别逐条下发复位命令，图3为远程控制系统的操作机制。

图3 操作机制原理图

具体操作流程为：

1) 控制中心操作人员在远程控制终端A机上执行复位控制命令。

2) 该命令通过远程控制操作终端发送至远程控制服务器。

3) 远程控制服务器通过规定的通信协议发送控制命令至远程控制硬件A。

4) 远程控制硬件A收到该控制命令后，生成随机命令校验码。远程控制硬件A将命令校验码分别发送至远程控制硬件B和沿原通道发送至远程控制操作终端A机上。当校验码传输到远程控制服务器时，服务器会完成校验码和源控制命令的校验，以确保校验码和控制命令相符。如果校验不通过，则服务器丢弃该控制命令校验码并给出提示信息。

5) 控制中心操作人员可直观地获取该命令校验码。

6) 控制中心操作人员在远程控制终端B机上执行复位控制命令，同时还需要手动输入从A机获得的命令校验码。

7) 该复位控制命令通过远程控制服务器转发至远程控制硬件B。远程控制服务器收到校验码和控制命令后，需要同终端A发出控制命令后所获取的命令校验码进行对比。对比通过才能继续执行；如不通过，则服务器丢弃操作终端B发送的控制命令。

8) 远程控制硬件B将远程控制终端B机和远程控制硬件A生成的命令校验码进行对比。如对比结果一致，那么远程控制硬件A、B同时执行命令；如不一致，则命令控制器A、B丢弃控制命令。

9) 远程控制硬件A和远程控制硬件B收到命令后允许有一定的延时处理。如果二者收到命令的时间间隔超过设定值，则丢弃控制命令。

2.3 车辆远程辅助驾驶

要实现车辆远程辅助驾驶，需要车载设备远程重启和远程辅助驾驶相结合。车载设备远程重启的实现过程见图4[3]。

图4 车载设备远程重启的实现过程示意图

由控制中心先分别向列车两端的车载控制器下发重启命令；任何1个可用的车载控制器收到有效的重启命令后，完成自身和另外一端车载设备的重启操作；待车载设备重启成功后，由于没有有效定位，列车处于待命状态，控制中心可以设置列车进入远程辅助驾驶模式；通过远程辅助驾驶，使列车获得有效的定位，进而升级为无人驾驶模式。

当远程辅助驾驶模式激活时，由于列车无具体定位，故其防护区域需要覆盖整个计轴区段(见图5)。当信号系统判断其运行前方进路建立后，区域控制器根据列车运行前方线路条件计算列车的移动授权。

图5 无定位列车防护原则

以上条件满足后，列车可以用远程辅助驾驶模式自动低速行车；在列车读取轨旁信标后，便可获得具体位置，此时列车可自动升级为全自动运行模式运行。

3 结语

全自动无人驾驶系统虽具有高度的自动化、智能化、效率高等诸多优点，但在故障情况下实现快速恢复正常，面临较大挑战。而远程控制技术的应用，可以有效解决这一难题。本文基于全自动运行系统的故障，从车辆设备远程复位、信号设备远程复位及列车远程辅助驾驶三方面，对全自动无人驾驶的远程控制方案进行研究。