大河財立方
2023-11-22 
鄭州地鐵全自動運行背后
“仿真實驗表明，某些場景下只要每14輛車中有一輛自動駕駛車就可以使車流速度翻倍。”2018年11月，《科學》雜志一篇文章這樣提及。
5年后的11月份，一份券商研報稱，高級別自動駕駛“有望迎來加速落地期”。
相比汽車高級別自動駕駛驗證測試的不確定性，城市軌道交通早已步入全自動駕駛時代。比如，今年9月底，鄭州地鐵10號線一期開通運營，進入全自動駕駛時代，而且是最高自動化等級——GoA4級。
全自動運行如何實現，表現如何，怎樣確保安全？
日前，大河財立方記者采訪了10號線全自動運行信號系統供應商及全自動運行技術牽頭方卡斯柯公司，并前往線路紅石坡車輛段等地，探尋鄭州地鐵全自動運行背后的科技密碼。
聰明又獨立的地鐵
10號線比鄭州多數地鐵都要快，最高運行速度達到100km/h。速度更快，但更穩，這是不少乘客的感受。
“由全自動運行系統作為‘智慧大腦’，大幅提升了列車運行的可靠性和安全性。由于系統能夠精準控制行車速度，車輛在載客運行中會避免急加速、急減速，行車（速度）曲線更加平順。”卡斯柯研究設計院常務副院長周庭梁這樣解釋。
資料顯示，10號線一期工程連接鄭州市主城區和滎陽市，是河南首條全自動運行地鐵線路，達到了最高自動化等級GoA4級。
根據國際標準，軌道交通自動化程度分為5個等級，從低到高分別為GoA0級至GoA4級。目前，我國大多數已開通的地鐵處于GoA2級，GoA4級代表目前城市軌道交通行業的最高技術水平。
日前，大河財立方記者去往10號線紅石坡車輛段探訪。
車輛段被形象地稱為地鐵運營公司的“4S”店，列車的出發和歸航都在此處。當記者探訪時，檢修庫內的1009號列車正準備出發。
隨著一道遠程指令的觸發，原本“沉睡”的1009號列車開始自動“蘇醒”：
頂部受電弓緩緩升起，列車通電。緊接著，車內燈光、監控、PIS屏自動開啟，駕駛室操作面板依次點亮。
車內的PIS屏，展示了“喚醒”過程，包括“列車低壓上電—列車上電自檢—列車聯合自檢—列車待命”。期間，列車完成燈光、空調、緊急制動測試、開關車門等自我“檢查”操作。整個過程，只需要7分鐘。
而在非全自動駕駛線路上，列車司機出發前，需要繞車檢查車輛，填寫日志，并向行車調度主管報告車輛狀況。得到指令后，司機再啟動車輛并開始測試車門、車載電視等設備。
進入待命狀態不多時，另一道遠程指令的觸發下，1009號列車緩緩起步，駛出檢修庫、車輛段，向鄭州西站進發。
就大河財立方記者的上車體驗感受來說，非運營區域列車提速快、行動果斷。在正線運行時，考慮到車上有乘客，要更為穩重。
需要特別指出的是，雖然10號線是全自動運行，但并不代表無人監管。在當前的運營階段，列車駕駛室仍有工作人員值守，以便緊急情況下迅速采取應對措施。
不只是自動駕駛
10號線列車的全自動駕駛能力，只是其諸多藝能之一——
深夜，結束一天奔波，列車“下班”。但在“睡覺”之前，它們還會按照提前設定的時間，自己去洗車庫“洗白白”，再返回停車列檢庫。
據介紹，除了自動喚醒、自檢、自動發車，10號線所具備的自主能力還包括精準停車、自動回庫、自動洗車及休眠等。
10號線得以實現全自動運行，還有賴于另外兩大功能。
卡斯柯方面介紹，公司不僅為10號線提供了全自動運行信號系統，還基于“面向未來”的智慧地鐵理念，為10號線開通了自主研發的智能場段、智能運維兩大功能。
有了這兩大功能的加持，可以讓鄭州地鐵在處理調車、設備維護、故障搶修等任務時變得更“聰明”。
在紅石坡車輛段的控制中心，大河財立方記者看到了智能場段系統和智能運維系統如何在幕后發揮智能管理功能，從而讓10號線的運營管理工作變得更加安全、高效、智能。
據介紹，智能場段主要包含調車計劃管理和收發車計劃管理。傳統模式下，通常由專職人員手動辦理列車進路（包含調車路徑、進路序列等），工作量較大。而智能場段系統可自動生成調車計劃和收發車計劃，列車自動根據計劃指令，提前站好位、排好隊、選好股道，實現高效有序運轉。
有了這個科技法寶，列車在車輛段內的調度時間大大縮減，整個行車過程更加高效，極大提升了地鐵運營管理的效率。
而智能運維系統則相當于為地鐵信號設備配備了專屬的“家庭醫生”。
相比傳統的“計劃修”模式——即按照既定維修計劃對設備進行檢修作業，智能運維能夠借助大數據、物聯網、人工智能等技術，做到實時監測、分析和評估信號設備的“健康”狀況，及時發現“病癥”并快速定位故障位置，從而幫助運維人員提升搶修效率及維保質量。
“運營一個多月的數據顯示，相比其他線路，鄭州地鐵10號線大幅減少了維護工作量，節省了人力物力，線路運營成本顯著降低。”鄭州地鐵集團運營分公司通號中心通號四室主任呂興瑞介紹。
編制試驗50項場景、策略
實現全自動運行，需要的是對一條線路進行全方位提升。
鄭州地鐵集團方面介紹，實現全自動運行，需要讓10號線的通信、信號、站臺門、車輛等核心系統，通過計算機、通信、系統集成等技術，具備協同控制及應急聯動功能。
根據全自動運行系統特點，鄭州地鐵編制試驗了50項全自動運行系統聯動場景及應對策略，包含進站停車等22項正常運行場景，車輛設備故障等11項故障場景、站臺緊急關閉等17項應急場景。
大河財立方記者也從卡斯柯方面了解到，卡斯柯全自動運行信號系統已獲得國際最高安全等級SIL4級認證，具有可信賴的安全性與可靠性。
據介紹，一方面，通過多重設備和接口冗余技術設計，確保了單個設備故障不對運營造成影響；另一方面，面對一些故障場景、應急場景，系統可實現自動或遠程快速恢復，為運營管理和應急處置提供保障，全方位守護乘客的安全出行。
周庭梁介紹，作為一條全自動運行的地鐵線路，只有在頂層設計層面就考慮到各種可能出現的運營場景并進行有效應對，才能讓全自動運行系統更安全、更高效、更節能、更經濟、更高服務水平的突出優點凸顯出來，最終提升地鐵運行的安全與效率。
此外，值得一提的是，截至2023年10月，全國共招標56條無人駕駛線路。卡斯柯憑借在城軌全自動運行領域成熟的技術和豐富的經驗，參建GoA4級線路21條，其中已交付10條，市場占有率行業第一。
2014年，上海地鐵10號線實現無人駕駛運營，成為國內第一條無人駕駛地鐵，也由卡斯柯參建。在鄭州地鐵10號線一期工程中，除提供全自動運行信號系統，卡斯柯還作為技術牽頭方統籌全自動一致性協調工作。
有了這些鋪墊，才讓鄭州地鐵10號線成為河南首條一次性開通GoA4級的全自動運行地鐵線路。
鄭州地鐵創新有“中心”
實際上，以上功能的實現離不開卡斯柯、鄭州地鐵集團和河南大學聯合建設的河南省高可信智慧城軌工程研究中心的技術支持。
如果說，紅石坡車輛段展示的智能化場景代表了鄭州地鐵當前的科技水平，那么河南省高可信智慧城軌工程研究中心則進一步呈現了鄭州地鐵更加數字化、智慧化的未來景象。
這里既是10號線信號系統科技研發的大本營，也是系統上線應用前的重要關卡，通過國產FIVP系統測試平臺，利用真實軌旁和車載設備模擬現場進行充分測試，以確保系統的安全性與可靠性。
高可信智慧城軌工程研究中心成立于2020年12月，次年即獲批為省級研究中心，是河南省規模最大、專業領域最廣的城軌信號系統研發基地，也堪稱鄭州地鐵科技創新的大本營。
日前，在坐落于高新區的高可信智慧城軌工程研究中心內，大河財立方記者看到，約1500平方米的場地內，配置有全景線路沙盤、模擬駕駛座艙、VR裝備以及軌道交通系統測試平臺，一眼望去，科技范兒十足。
這里重點進行基于智慧城軌的前沿科技研究和驗證測試，包括全自動運行系統、智慧城軌的四智聯動（即智能調度、智能車站、智能場段、智能運維）以及國密信號相關的系統測試。
“10號線的信號系統就是在這里完成了功能驗證、廠內測試等工作。”周庭梁介紹，中心集聚“產學研用”資源優勢，完成了多項協同創新研究，其中多個先行先試成果已實現成功應用。
比如，業內首個基于國產密碼算法的信號系統解決方案成功應用于鄭州地鐵14號線，業內首個5G+CBTC信號系統成功應用于鄭州地鐵5號線，線網級智能調度系統的部分功能在5號線實現落地，智能運維系統的相關功能在鄭州地鐵2、4、5、10等多條線路上進行試點應用……
周庭梁介紹，基于鄭州地鐵10號線、鄭許市域鐵路等河南首批全自動運行線路的實踐，中心還編制了河南省地方標準《城市軌道交通全自動運行聯動功能規范》，近日已通過行業評審，不久將對外發布。這對未來全自動運行軌道交通線路建設的規范化、標準化具有重要意義。
加上10號線在內，卡斯柯在鄭州已成功交付了6條軌交線路。此外，還有在建項目7號線一期、8號線一期、鄭州機場至許昌市域鐵路。卡斯柯方面表示，這展現了公司深耕中原市場、為鄭州打造智能化軌交線網的決心。
目前，鄭州地鐵線網運營里程已突破261公里，線網智能化升級需求正變得愈發迫切。
在以10號線為代表的科技線路的示范效應下，以及河南省高可信智慧城軌工程研究中心的科創力量助力下，相信鄭州市城市軌道交通線網的科技含量將不斷刷新。
（文章來源：大河財立方）
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