列車更智慧 運作更高效

交通運輸部、科學技術部聯合製定的《“十四五”交通領域科技創新規劃》提出，大力發展智慧交通，推動雲計算、大數據、物聯網、移動網際網路、區塊鏈、人工智慧等新一代資訊技術與交通運輸融合。

2021年12月26日，湖北武漢軌道交通5號線開通運營，這是武漢首條全自動駕駛的軌道交通列車。“列車從喚醒、啟動、停止、車門的開閉、載客運營、列車回庫以及休眠，都可以自動進行。”負責設計該線路的中鐵第四勘察設計院集團有限公司通信信號設計研究院副總工程師鄭生全説。

從零起步，探索沒有駕駛室的軌道交通

淩晨4點，天色漆黑，武漢市青山區地鐵5號線工人村車輛段控制室內，車輛三部運轉二車間車場組班組長王康在信號系統電腦前輸入指令，運用庫內編號為E35的列車隨即被“喚醒”。

車燈被點亮、車內廣播響起、車門自動開關……一系列靜態測試完成後，動態測試開始：制動、啟動……13分鐘內，十幾項檢測項目都是列車自行完成。

4點50分左右，東方既白，第一班列車從工人村車輛段出庫進入正線。緊接著，庫內12列列車在喚醒自檢完畢後，也依次按計劃進入正線。

6點整，抵達站點的列車車門、遮罩門自動開啟，迎接當天的第一批乘客。在列車車頭處，被取消了的駕駛室已經成了“觀景臺”，乘客站在此處，可清楚地看見列車運作前方的各種景象，仿佛穿梭於時空隧道。

“我們採用的是隱藏式駕駛臺與乘客室一體化方案，把軌道交通5號線真正建成了無人駕駛線路。”鄭生全説。

此前，鄭生全參與過多條自動駕駛軌道交通的設計，國內外也有自動駕駛的軌道交通在運作。“但是，這些軌道交通列車都設有駕駛室，車輛、信號和綜合監控系統並沒有完全自動化。”鄭生全和團隊討論後，提出了一個更先進的設計目標：徹底拿掉列車駕駛室，讓軌道交通真正實現全自動化運作。

要實現這個目標，設計團隊並沒有任何成熟的工程應用經驗。“我們一定能為列車設計出一個‘最強大腦’。”鄭生全回憶説，2016年12月，鐵四院軌道交通全自動運作規範編制組成立，開始了軌道交通自動駕駛的探索。

　完善場景，優化列車控制系統

軌道交通自動駕駛的重點是系統，而系統設計的關鍵是場景。從南三環站到武漢火車站，武漢軌道交通5號線全長33.57公里，設站25座，穿行于武漢洪山、武昌和青山3個市中心區，既有高架站，也有地下站。設計團隊必須把這個過程中列車可能遇到的運作場景都考慮到。

在地鐵車輛段，團隊成員認真調研地鐵運營過程中的每一個細小的流程，通過觀察、記錄一個又一個場景。為確保設計的可行性，鄭生全和團隊去了北京、上海考察軌道交通全自動運作方案，他自己還兩次去新加坡觀察車輛駕駛室的每個細節。

然而，軌道交通全自動駕駛的一些場景是全新的。“站臺門自動開關，平時是站臺門控制系統控制，在無人駕駛情況下，萬一發生故障，需要人工現場或者遠端干預解決，這時，列車控制系統就必須要和站臺門連結。”設計團隊成員、鐵四院通號院副總工程師鄒海平説，站臺門控制系統和列車控制系統是兩個不同的領域，如何讓它們實現融合控制、減少故障，團隊思考了幾個月。

在一次調研現場，鄒海平發現，火車採用道岔變軌時，道岔與信號的方向，都由列車控制系統控制。設計團隊借鑒這一資訊與機械的整合原理，將站臺門控制設備的安全性按最高等級設計，並將軌道交通站臺門的控制設備成功整合到列車控制系統中，列車自動駕駛的一項關鍵整合技術被突破了。

形成規範，為線路運作提質增效

經過3年時間，鄭生全和團隊通過不斷地論證，完成了城市軌道交通全自動運作《運營需求規範》、《功能需求規範》和《介面需求規範》3本企業規範。這些規範對軌道交通全自動運作可能出現的場景進行了詳細描述，將人的思維轉化為一個個標準化、規範化的系統功能，讓機器擁有了人類的智慧。

“規範裏的一些場景，最長一次花了3個月才解決。”鄭生全介紹，最終他們完成了108個場景，1086條需求，合計數十萬字，200余頁。2018年，規範通過專家評審，對國內其他全自動運作項目的建設具有積極的示範作用。

相較于普通的軌道交通線路，擁有全自動駕駛技術後，武漢地鐵5號線故障率由百萬列公里1.8次下降為0.7次，準點率從99.89%提升至99.99%，開行速度從35公里/小時提升至37.55公里/小時。“武漢地鐵5號線各方面的運作效率提高後，在滿足同等運力條件下，可以減少兩列上線列車。”鄭生全説。

隨著智慧交通技術的不斷發展，鐵四院的設計團隊又有了新的想法。“未來，我們可以結合雲計算、大數據、人工智慧等技術，讓軌道交通能夠自主學習、自行解決問題，進一步實現軌道交通的智慧化和綠色運作。”鄭生全説。(記者 吳 君)