全自动无人驾驶系统远程控制对策初探

全自动无人驾驶系统远程控制对策初探

吴亦岚

苏州市轨道交通集团有限公司运营二分公司  江苏苏州  215000

摘要：自动驾驶技术日益成熟，全自动无人驾驶系统已不再是遥不可及的梦想。近年来，多个城市相继推出了无人值守的列车运行GoA4级线路，如上海轨道交通15号线、18号线及苏州地铁5号线等，其他城市的类似项目也正在紧锣密鼓的进行中。这一技术因其高度的自动化和智能化、出色的效率以及可靠性等特点，正逐步替代传统的有人驾驶模式。

关键词：全自动；无人驾驶系统；远程控制

全自动无人驾驶技术正逐步替代传统的有人驾驶模式，但存在的故障问题也引起相关技术领域的探讨。如今，最有效的解决方案之一便是利用控制中心进行远程干预来实现对故障设备的复位操作，或者帮助降级运营的列车重回无人驾驶状态。

一、全自动无人驾驶系统的典型故障

（一）车辆设备故障

车辆装备的运维过程中，各类故障频发，它们可能对列车的安全部署造成严重威胁。诸如车门失灵、辅助系统异常、列控网络出错、乘客区照明问题、刹车问题以及紧急出口功能损坏等问题都需引起足够的重视[1]。当这些问题出现时，它们不仅对乘客的舒适性造成影响，更可能引发安全事故，威胁到乘客的生命财产安全。车门故障可能会使乘客无法安全地进出列车，而辅助系统的稳定性直接关系到列车其他主要系统的正常运行。列车网络的健康状况直接影响到司机与调度中心的通信，牵引系统的故障则会导致列车无法启动或停止。供电系统的可靠性是确保列车持续运行的基础，受电弓故障会中断供电，影响列车正常运行。乘客区域的舒适度受到照明和空调系统工作状态的影响，这直接关乎乘客的乘坐体验。制动系统的安全性对防止列车相撞至关重要，而广播系统的畅通则用于紧急情况下对乘客的疏散指导。逃生门的可用性是应对突发事件时乘客生命安全的最后防线。

（二）信号设备故障

在备件出现异常时，信号系统一般会产生明确的预警信号。这种情况下，如果可以实现远程复位并成功重启出现问题的设备，通常能够有效地应对故障[2]。信号设备可能出现的故障类型繁多，包含但不限于车载信号设备的异常、轨旁联锁系统故障、区域控制器失效、线路控制装置出错以及网络设备运作不良等。在这些问题中，车载信号设备的故障尤为关键。该设备直接负责调度列车的行驶，一旦发生问题，将影响列车提供准确的位置信息。即便车载设备在排除障碍后重新恢复正常，但由于列车无法获取有效的移动许可，它仍旧处于无法启动的状态。

二、全自动运行系统的远程控制方式

（一）车辆设备远程复位

全自动无人驾驶系统的众多关键技术中，车辆设备远程复位机制的安全性至关重要。为维护运行安全，不同类型的复位指令需遵守相应级别的安全准则[3]。具体而言，涉及运行安全的复位指令应在严格的安全协议保护下，从控制中心通过列车自动监控系统（ATS）发出，经由车载控制器接收，并通过列车控制与管理系统（TCMS）最终传达至车辆系统进行复位操作。而非关键安全级别的复位指令，则可以直接由控制中心的车辆调度系统发送到车辆。为保障这一流程的严密性，车辆设备的遥控复位不仅需要符合高安全标准，在传输命令时也必须确保数据加密、验证及完整性的验证。在控制中心，ATS负责将重要指令加密后发送给车载控制器，车载控制器解密确认指令无误，并通过内置的TCMS将指令安全、可靠地送达车辆各个关键节点，确保车辆按照预定程序安全复位。

（二）信号设备远程复位

1.信号设备远程复位设计

远程控制技术的核心部分由操作界面、服务器系统以及控制硬件三大构成。操作界面负责接收指令，转化为可以被电子设备理解的信号；服务器系统则承担着信息处理与传输功能，它是实现指令迅速响应、确保信息不丢失的关键；控制硬件是执行端，它直接与信号设备相连，完成具体的物理操作。操作界面需设计为人机交互友好型，使得用户能够轻松设置和发送复位指令。这些指令通过网络传输至服务器系统，服务器需要快速处理这些数据，验证其安全性，并无延迟地将指令送达控制硬件。控制硬件接收到命令后，即刻启动内置程序，对信号设备进行精确复位。

2.双套软硬件设计

系统通常会通过运用备份机制，即双重软硬件配置来增强其运行的稳健性。具体而言，冗余的设计可以在软件或硬件遭遇故障时，依然保持系统的不间断运转。在接到外部指令进行设备调度时，备份系统必须与主系统的输出逻辑严格一致，从而确保了控制命令的精确执行。如果不能达成一致性，那么相关的控制指令将被判定为无效，以免带来潜在的风险。另一方面，为保障信息传输的连贯性和无误差性，该远程监控技术构建了两个通信链路。每个通信链路都拥有各自的保护措施，即便其中一个链路出现问题，另一个也能确保信息的顺畅流动，从而不影响整个监控系统的运作。服务器的配置则采取双机热备模式，这种模式下任何一台服务器发生故障，另一台能够立即接替工作，减少系统的停机时间，并保持监控服务的连续性。这种机制显著提高了系统的灵活性和适应性，即使在面临突发状况时，也能快速恢复。

3.操作机制

（1）操作规定

信号设备在A、B双机热备模式下运行时，设计必须确保两台设备不会出现同步复位的情况。具体而言，系统只应允许对单一设备进行复位操作，进而确保主备切换的高效与安全性。即便在以上的安全原则下，信号设备仍可在必要时切断电源，以此对多个不同的信号设备进行中断处理。然而，该操作需要在确保不违反第一原则的前提下，谨慎地执行。切断电源的操作可以作为一种应对措施，在非常状态时快速隔离问题，防止潜在的风险扩散到整个信号系统中。面对需要同时对多部信号设备进行复位的情境，严格的流程应被制定。即复位命令的下发应分别针对每个设备，逐一进行，而非以群发单一命令的方式实施。

（2）操作流程

操作中心的监控人员利用终端A发起了一个复位控制的操作。这个命令首先由操作终端传输至控制中心的服务器。之后，服务器通过既定协议将该命令转发至特定的远程控制硬件A。远程控制硬件A在接收到指令后，会立即生成一组验证性的校验码，并将其分发到另一块远程控制硬件B以及反馈回操作终端A。在此过程中，当校验码回传至服务器时，服务器需要对其进行比对验证，确保所发出的校验码与原始控制指令相匹配。如果发生不匹配现象，服务器将废弃该校验码并向操作员发出错误提示。在整个操作流程中，操作员能够清晰地看到命令校验码。当在终端B上再次执行复位控制命令时，操作员必须手动输入事先从终端A获取的校验码。此时，服务器在接收到校验码和指令后，需要立即与终端A发出的校验码进行比对。只有在比对成功的情况下，才能继续执行命令；否则，服务器将废弃终端B发出的指令。然后，远程控硬件B需将自身接收到的来自操作终端B的校验码与远程控硬件A生成的校验码进行比对。如果这两组码相同，则硬件A和B将同步执行命令；如有不符，则两个命令控制器会同时废弃这条控制指令。最后，远程控硬件A和B在收到命令时允许存在一定的处理延迟。但若两者接收命令的时差超过限定阈值，也将导致控制指令被弃置。

（三）车辆远程辅助驾驶

控制中心对列车两端装配的控制器发出重新启动的信号。只需其中一个控制器响应，即可引发整个系统的重启，包括另一端的车辆设备。这一步骤完成后，列车将处于待机状态，因为它缺少准确的定位信息。在此基础上，控制中心进一步操作，使列车进入远程辅助驾驶模式。这种模式允许列车在没有具体位置数据的情况下获得初步定位信息，并为之后转入全自动无人驾驶模式做准备。一旦远程辅助驾驶模式被启动，由于确切位置未知，系统必须为车辆设置一个大范围的安全区域。同时，信号设备会持续监测列车前方路线的状态，并在确认无障碍物建立安全进路后，区域控制器便开始根据线路情况计算并提供移动授权给列车。当列车在此模式下稳定运行，且可以低速移动时，随着轨道上的信标被列车识别，车辆设备便有能力获取精确定位信息。

结语

在推广全自动无人驾驶技术的过程中，也面临着一些挑战。特别是在列车运行过程中，如遇车载信号系统或者车辆设备方面的故障，迅速并安全地排除问题以恢复列车正常运行成为重要课题。传统的解决方案需要司机介入，但无人驾驶列车的特点要求我们寻找新的方式。

参考文献：

[1]韩冰倩,张楠乔. 全自动无人驾驶系统远程控制方案研究 [J/OL]. 铁道通信信号, 1-9[2024-02-29].

[2]张樱爔. 城轨车辆全自动驾驶远程控制与远程诊断设计[D]. 大连交通大学, 2022.

[3]李芃芃. 基于运营场景需求的全自动驾驶列车远程控制功能研究 [J]. 技术与市场, 2021, 28 (06): 29-30+33.