提高智能列车运行安全性与可靠性

袁元豪 编译



提高智能列车运行安全性与可靠性

列车运行的安全是依靠人机系统来协同实现的。在行车控制方式上，人机系统将人工优先与机械优先各自的优点相结合，提高行车安全性。随着技术进步和设备使用状况的变化，必须考虑增加系统新的功能。日本铁道综合研究所的开发目标是：

（1）在普通速度线路的行车智能化建设上，考虑平交道口、站台门不完备、司机处置紧急情况时压力大、不利于冷静判断等情况；

（2）在司机丧失意识时，人机系统能够将列车转为机械控制，实现安全停车；

（3）增强车载设备故障检测和报警等安全行车的辅助功能。

1　智能列车的构成

日本铁道综合研究所开发的智能列车由几个子系统构成，见图 1，系统可以保持日常监视。

图1　智能列车构成

智能列车的“子智能”可感知影响运行安全的异常情况，判断列车运行中应做出的紧急制动、减速等，通过通信系统将异常信息发送到“主智能”。但利用“子智能”控制列车也有局限性，例如检测到火灾时，“子智能”不能准确控制列车在隧道内的避难处停车，而且，火灾中，当各种配线烧毁的情况下发出多种警报时，超过司机紧急辨别这些信息的能力，多种信息的干扰会导致漏判最重要的火灾信息。在这种状况下“主智能”可利用其他“子智能”信息，对运行状态和线路状态做出综合判断。

另外，万一司机失去控制列车的能力，在紧急情况下只有实施列车制动，并在安全位置停车。“子智能”还具有轴承烧损检测、监视、报警功能，便于安全运行和及时维护。

2　列车运行位置检测和数据库

为了实现当前列车的精确位置检测，需要开发线路空间信息数据库，以及高精度复合型列车位置检测装置。

利用车载陀螺仪、加速度计，通过速度发电机的脉冲次数计算列车的里程位置，并用车轮空转滑行率来修正，最大积累误差为 15m。

线路空间信息数据库除有曲率、超高、坡度等参数外，还有桥梁、隧道等结构物信息，以及道岔、道口的位置等与线路有关的一切信息，以及智能列车运行所必要的数据，利用无线通信系统可将必要的行车数据下载到车载终端。这些数据的生成使用既存数据库，但是数据输入时，从图像到道口和道岔的确认，采用不同的数据编制方法。从驾驶台采集运行前方图像数据，变换为俯视图像，可以确定精确的位置，另一方面，验证输入数据的正确性很重要，显示了数据库数据的可视化。安全运行方法的判断，如图 2 所示。

为了判断安全停止位置，要计算列车继续运行的风险和地点风险，用停车逻辑最小值（综合风险）的和来确定。地点风险是利用线路空间信息数据库的数据来计算；继续运行的风险是对应不同异常情况来计算。

图2　安全停车位置的确定

3　人机系统的协调

在紧急状态下，司机需要冷静才能做出正确的判断，通过对有经验的司机的调查，确定了以下 3 条设计原则：

（1）不显示重要度较低的信息；

（2）显示具体的安全运行模式；

（3）提示确定运行模式的根据。

驾驶台显示画面如图 3 所示。

另外，还有司机辅助系统的图像，前方障碍物检测装置（图 4）和睡眠程度检测装置。

图3　简洁的信息提示

图4　前方障碍物检测

4　转向架状态的检测

转向架集成了与列车运行安全性有关的功能，设有各种传感器，进行日常状态监测，可提高运行安全性的效果。但是列车运行中转向架存在激烈的振动和温度变化，所以，在转向架内和车体上检查传感器的很细电缆很不方便，所以，开发了自律分散型转向架安全性监测系统（图 5）。

该监视系统是由传感器、超小型计算机、无线通信设备、振动发电元件等组成。安装在转向架内必要的位置，用无线系统传输数据到车上。小型计算机对收集的数据进行信息处理，压缩的数据发送到车上共用的单元体，从共用的单元体数据检出异常（故障）的特征，发送到“主智能”相应的方案内。开发了列车蛇形运动和车轴轴承异常检测监视模块，选择合适的传感器，监视各种对象。最后对系统进行了综合运用试验，确认系统功能。

图5　自律分散型转向架安全性监测系统

5　成果的利用

研发目标是强化列车的智能化功能，确立司机的辅助人机系统，提高行车安全性。日本铁道综合研究所对其宗旨和行车规则进行了研究，有待解决的问题是各家铁路公司之间必须对行车规则加以整合。另一方面，作为“子智能”技术要素的无线数据必须实用，便于更新，并且可以与 ATS 数据兼容。再者，在自律分散型转向架安全性监测系统中，应该研究其耐久性评价，提高电子元件性能，完善测试数据处理系统的实用性。

6　结束语

以上针对智能列车技术及其安全性和可靠性问题做了概要介绍。智能系统性能的提高和实用化等相关技术问题还处于继续研究之中。

参考文献

[1] 佐タ木 君章. 知能列による安全性·信賴性向上[J]. RRR，2015，72（7）：8-11.

袁元豪 编译

责任编辑 冒一平

收稿日期2016-04-11