全自動(dòng)駕駛列車安全防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

孫瑤 毛如香 李梁 張艷萍 鄧虹輝

（中車株洲電力機(jī)車有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心 湖南株洲 412001）

全自動(dòng)駕駛列車是城市軌道交通現(xiàn)代化建設(shè)的趨勢(shì)，近些年在國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域深受青睞，例如，北京、深圳、廣州、上海、寧波、南寧等城市在新建線路時(shí)，大多選擇采用全自動(dòng)駕駛設(shè)計(jì)。在一些軌道交通發(fā)展成熟的城市，也正在計(jì)劃或已經(jīng)將既有有人駕駛的線路改造成全自動(dòng)駕駛線路。截至2021年底，國內(nèi)已規(guī)劃及在建運(yùn)營的全自動(dòng)線路共計(jì)85 條，線網(wǎng)規(guī)模達(dá)2500km以上，其中，已開通運(yùn)營的線路有30條，運(yùn)營里程為728.46km。

全自動(dòng)駕駛列車能夠全面提高軌道交通系統(tǒng)的安全與效率，實(shí)現(xiàn)線路節(jié)能高效運(yùn)行，是目前我國城市軌道交通建設(shè)的主流選擇制式。全自動(dòng)駕駛列車在運(yùn)行控制、線路監(jiān)控、乘客監(jiān)控、安全監(jiān)控及應(yīng)急管理等方面均全權(quán)交由系統(tǒng)來自動(dòng)執(zhí)行［1］，沒有司機(jī)和值守人員在車上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛運(yùn)營狀態(tài)、處理車輛故障，因此，需要實(shí)時(shí)掌握車輛關(guān)鍵系統(tǒng)狀態(tài)及列車運(yùn)行狀況，以便在遇到緊急或異常情況時(shí)能夠及時(shí)將信息上傳至地面控制中心（OCC）作出反應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)IEC 62267-2009［2］《鐵路應(yīng)用設(shè)施—都市自動(dòng)化有軌運(yùn)輸—安全性要求》中明確指出，在DTO以及UTO模式下，由于列車沒有操作人員，應(yīng)采取相關(guān)措施以降低列車與導(dǎo)軌上障礙物、通道上人員碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)的最新版IEC/TR 62267-2011［3］同樣也對(duì)列車上沒有乘務(wù)人員時(shí)可能引起的安全問題制定了處理措施。因此，全自動(dòng)駕駛列車上需配置列車安全防護(hù)系統(tǒng)，能夠及時(shí)避免運(yùn)行事故，為列車安全運(yùn)行提供有效手段和技術(shù)保障。

1 列車安全防護(hù)系統(tǒng)

列車安全防護(hù)系統(tǒng)種類繁多、功能復(fù)雜，例如，安裝障礙物探測(cè)和脫軌檢測(cè)系統(tǒng)來應(yīng)對(duì)軌道風(fēng)險(xiǎn)；安裝防撞系統(tǒng)，通過檢測(cè)車對(duì)車或者車對(duì)地的距離，防止發(fā)生碰撞事故；安裝弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)受電弓形態(tài)異常、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)異常、弓網(wǎng)接觸異常等進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保列車運(yùn)營安全。

1.1 弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

常規(guī)有人駕駛的城市軌道交通列車極少加裝弓網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備。而對(duì)于全自動(dòng)運(yùn)行列車，由于車上無司機(jī)和值守人員，故需要對(duì)列車運(yùn)行時(shí)的弓網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)視和檢測(cè)，一旦弓網(wǎng)出現(xiàn)異常情況，檢測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)報(bào)警，并及時(shí)將相關(guān)信息上傳到地面OCC（運(yùn)營控制中心）。同時(shí)，弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)還能對(duì)接觸線的橫向偏移量及導(dǎo)高變化量進(jìn)行檢測(cè)，從大數(shù)據(jù)層面分析線路趨勢(shì)，為線路整體施工水平和質(zhì)量提供評(píng)價(jià)依據(jù)，也為線網(wǎng)的周期性維護(hù)維修提供建議和數(shù)據(jù)支持。

弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)使用紫外光電傳感技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)、圖像智能識(shí)別技術(shù)、激光三角測(cè)量技術(shù)、車底補(bǔ)償技術(shù)及牽引電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)等前沿技術(shù)，采用非接觸式的檢測(cè)方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)［4］。表1 為弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，可根據(jù)具體線路需求和車輛編隊(duì)數(shù)量進(jìn)行功能選配。

表1 弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)功能配置

車載弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)包括車頂采集部分、車內(nèi)處理部分、車底補(bǔ)償定位等部分，同時(shí)，地面還配置有數(shù)據(jù)終端對(duì)車輛實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析存儲(chǔ)。如圖1所示為車載弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 車載弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

車頂采集單元（如圖2 所示）由高清弓網(wǎng)視頻成像、受電弓檢測(cè)模塊、弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)模塊、弓網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)模塊、弓網(wǎng)溫度檢測(cè)模塊、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)模塊等組成，可以將采集到的目標(biāo)信息進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理結(jié)果通過以太網(wǎng)傳輸至車內(nèi)處理單元。車內(nèi)處理單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心采集處理部分，主要用于對(duì)車頂采集單元收集到的信號(hào)進(jìn)行多重調(diào)制濾波、分析計(jì)算，并將各處理模塊與綜合定位模塊的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)融合，最后通過車地傳輸將信息發(fā)送至地面服務(wù)器。

圖2 車頂采集單元

車底補(bǔ)償單元由安裝在列車左右兩端的振動(dòng)補(bǔ)償裝置構(gòu)成。振動(dòng)補(bǔ)償裝置采用結(jié)構(gòu)光照射鋼軌，面陣相機(jī)拍攝鋼軌截面成像，分析車體相對(duì)于軌道的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而補(bǔ)償因車體振動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)量誤差。

地面數(shù)據(jù)管理軟件搭載運(yùn)行環(huán)境為地面端服務(wù)器，實(shí)時(shí)接收車輛傳輸?shù)膱?bào)警數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)展示和統(tǒng)計(jì)。

1.2 脫軌檢測(cè)系統(tǒng)

全自動(dòng)駕駛列車必須配置脫軌檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)與列車緊急制動(dòng)環(huán)路串聯(lián)，在系統(tǒng)檢測(cè)到列車脫軌時(shí)，將自動(dòng)斷開緊急回路觸發(fā)列車緊急制動(dòng)。

列車脫軌并不是瞬時(shí)發(fā)生的，而是一段時(shí)間內(nèi)一系列累積作用的動(dòng)態(tài)過程。列車脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軌相對(duì)位移等參數(shù)在一定程度上都可以反映脫軌的趨勢(shì)。當(dāng)輪對(duì)相對(duì)于鋼軌的位移到達(dá)一定程度時(shí)，將產(chǎn)生脫軌，列車脫軌時(shí)，輪對(duì)會(huì)撞擊到軌道扣件或軌枕，并產(chǎn)生一系列有規(guī)律的振動(dòng)及沖擊信號(hào)。脫軌檢測(cè)系統(tǒng)可通過分析輪軌相對(duì)位移的偏移量、車輛振動(dòng)沖擊信息的特征及計(jì)算脫軌系數(shù)來判斷列車輪對(duì)是否發(fā)生脫軌。

目前，行業(yè)內(nèi)常用的脫軌檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)其檢測(cè)原理，主要有接觸式脫軌檢測(cè)裝置、非接觸式脫軌檢測(cè)裝置、振動(dòng)式脫軌檢測(cè)裝置及激光開關(guān)式防脫軌裝置幾種。

接觸式脫軌檢測(cè)裝置主要由脫軌檢測(cè)梁（梁上安裝傳感器及附件）、前置處理器和脫軌檢測(cè)主機(jī)3部分組成。脫軌檢測(cè)梁安裝在車輛轉(zhuǎn)向架上，當(dāng)車輛發(fā)生脫軌時(shí)，檢測(cè)梁下降與鐵軌碰撞，梁內(nèi)的傳感器檢測(cè)到與軌道接近從而觸發(fā)脫軌報(bào)警。接觸式脫軌檢測(cè)傳感器的碰撞檢測(cè)梁重量較大，車輛運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)可能導(dǎo)致檢測(cè)梁斷裂或脫落，而檢測(cè)梁的位置由于限界原因不能設(shè)置與軌道過于接近，但若位置過高的話，又會(huì)對(duì)其檢測(cè)的準(zhǔn)確性有一定影響。

非接觸式脫軌檢測(cè)由脫軌檢測(cè)主機(jī)、前置單元和脫軌檢測(cè)探測(cè)器組成。為保證可以同時(shí)監(jiān)測(cè)到前后兩個(gè)輪對(duì)脫軌狀況，脫軌檢測(cè)探測(cè)器應(yīng)布置在轉(zhuǎn)向架的對(duì)角軸箱體位置，探測(cè)器內(nèi)部配備感應(yīng)式接近傳感器，對(duì)列車運(yùn)行下前方鐵軌進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，列車一旦出現(xiàn)脫軌，探測(cè)器便將脫軌信號(hào)送給車上脫軌檢測(cè)前置單元［5］。感應(yīng)式傳感器雖準(zhǔn)確度高，但探測(cè)高度有限，其安裝位置須在轉(zhuǎn)向架簧下，故需承受強(qiáng)烈的輪軌沖擊和振動(dòng)考驗(yàn)。

振動(dòng)式脫軌檢測(cè)裝置配置在列車的每根軸端，系統(tǒng)對(duì)同一條軸兩端傳感器信號(hào)同步連續(xù)采樣的流式數(shù)據(jù)，采用步進(jìn)式進(jìn)行一次脫軌診斷，當(dāng)左右輪對(duì)同時(shí)檢測(cè)到連續(xù)3個(gè)強(qiáng)沖擊的間隔與軌枕間距對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)相符，便判斷輪對(duì)脫軌。振動(dòng)式脫軌檢測(cè)系統(tǒng)一般與車輛走行部故障診斷系統(tǒng)集成在一起，可以共用走行部故障診斷系統(tǒng)的復(fù)合傳感器，并通過復(fù)合傳感器測(cè)量輪軸橫向和垂向加速度信號(hào)，以此計(jì)算列車的脫軌系數(shù)，并據(jù)此判斷車輛是否有脫軌趨勢(shì)。與前兩種脫軌檢測(cè)裝置相比，振動(dòng)式脫軌檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、維護(hù)性更好，且基本無需增加額外設(shè)備，性價(jià)比高。

激光開關(guān)式防脫軌檢測(cè)裝置是行業(yè)內(nèi)新興的一種脫軌檢測(cè)裝置，主要由控制及分析主機(jī)、采集盒、激光開關(guān)式傳感器等組成［6］。激光開關(guān)式傳感器由激光發(fā)射器和激光接收器兩部分組成，分別位于鋼軌兩外側(cè)。傳感器采用對(duì)射方式，發(fā)射器發(fā)射激光束，接收器負(fù)責(zé)接收。車輛正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)射器和接收器中間暢通無異物阻擋，二者間能夠正常對(duì)射接收激光束。當(dāng)輪對(duì)發(fā)生脫軌時(shí)，軌道成為阻隔打斷了激光束，發(fā)射器發(fā)射的激光無法被正常接收，系統(tǒng)檢測(cè)到輪對(duì)脫軌（如圖3所示）。

圖3 輪對(duì)脫軌示意圖

表2所列為幾種脫軌檢測(cè)裝置的特點(diǎn)對(duì)比。

表2 脫軌檢測(cè)裝置對(duì)比

1.3 走行部故障診斷系統(tǒng)

走行部是車輛的重要組成部分，其運(yùn)行安全也是城鐵車輛的重中之重，嚴(yán)重突發(fā)性的走行部故障可能引起脫軌等極端的惡性事故。因此，走行部的運(yùn)行狀態(tài)和安全直接關(guān)系到車輛的運(yùn)行狀態(tài)和安全［7］。走行部故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)囕啞⑤S承、齒輪等關(guān)鍵部件的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)走行部運(yùn)行狀態(tài)予以科學(xué)評(píng)估，對(duì)走行部故障進(jìn)行早期識(shí)別和預(yù)警。

系統(tǒng)通過在列車輪對(duì)軸箱系統(tǒng)設(shè)置復(fù)合傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪對(duì)軸箱系統(tǒng)的溫度、振動(dòng)、沖擊信息等多個(gè)物理量的檢測(cè)、處理，并通過基于廣義共振與共振解調(diào)的故障診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)列車走行部的狀態(tài)檢測(cè)、安全保障和主動(dòng)運(yùn)維決策等功能。走行部故障診斷系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

圖4 走行部故障診斷系統(tǒng)原理圖

走行部故障診斷系統(tǒng)由走行部監(jiān)測(cè)主機(jī)/從機(jī)、復(fù)合傳感器、前置處理器等組成，復(fù)合傳感器接入前置處理器，再接入主機(jī)/從機(jī)。

復(fù)合傳感器安裝在前后轉(zhuǎn)向架的軸箱處及齒輪箱小齒輪傳動(dòng)端和電機(jī)非傳動(dòng)端，獲取輪對(duì)軸箱系統(tǒng)的振動(dòng)、沖擊、溫度3種物理量。前置處理器實(shí)現(xiàn)所轄測(cè)點(diǎn)的復(fù)合傳感器網(wǎng)絡(luò)管理、完成信號(hào)的預(yù)處理或數(shù)據(jù)采集，并與車輛主機(jī)/從機(jī)進(jìn)行交互通信。

走行部監(jiān)測(cè)主機(jī)/從機(jī)是實(shí)現(xiàn)本車輛前置處理器管理、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、診斷分析并與實(shí)現(xiàn)車輛間交互通信的裝置。走行部監(jiān)測(cè)主機(jī)設(shè)置在列車的首尾兩節(jié)車上，中間車配置從機(jī)，從機(jī)通過列車網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給頭車走行部監(jiān)測(cè)主機(jī)后，由主機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)全列車信息進(jìn)行綜合診斷，輸出列車級(jí)診斷結(jié)果。

1.4 障礙物檢測(cè)

障礙物探測(cè)系統(tǒng)的主要功能是列車運(yùn)行過程中與軌道上的異物發(fā)生碰撞或即將碰撞時(shí)自動(dòng)觸發(fā)列車的緊急制動(dòng)功能，分為接觸式障礙物探測(cè)和非接觸式障礙物探測(cè)。

（1）接觸式障礙物檢測(cè)裝置用于實(shí)時(shí)監(jiān)視車輛運(yùn)行狀態(tài)、檢測(cè)車輛碰撞障礙物能量，當(dāng)列車運(yùn)行過程碰撞障礙物能量超過閾值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，此時(shí)，列車自動(dòng)斷開制動(dòng)安全回路，產(chǎn)生緊急制動(dòng)，同時(shí)，該信號(hào)經(jīng)由列車控制系統(tǒng)上傳至OCC。

系統(tǒng)由障礙物檢測(cè)主機(jī)、障礙物檢測(cè)電器盒、障礙物檢測(cè)梁及配套電纜組成。障礙物檢測(cè)梁（如圖5 所示）為系統(tǒng)的傳感檢測(cè)執(zhí)行器件，安裝在車輛轉(zhuǎn)向架上，當(dāng)車輛碰撞到障礙物時(shí)，檢測(cè)橫梁帶動(dòng)彈簧板向后移動(dòng)，傳感器檢測(cè)彈簧板位移量，將位移信號(hào)發(fā)生給障礙物檢測(cè)電器盒。障礙物檢測(cè)電器盒安裝在車體下方，主要對(duì)障礙物檢測(cè)梁傳感器檢測(cè)到的位移信號(hào)進(jìn)行收集，并分析識(shí)別障礙物能量是否超過報(bào)警閾值，一旦檢測(cè)到風(fēng)險(xiǎn)即刻將報(bào)警信息傳給主機(jī)。障礙物檢測(cè)主機(jī)安裝于車內(nèi)，與列車緊急制動(dòng)環(huán)路串聯(lián)。主機(jī)內(nèi)部設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信模塊，實(shí)現(xiàn)與車輛網(wǎng)絡(luò)通信，傳遞狀態(tài)和故障信息給車輛進(jìn)行聲光報(bào)警提示。

圖5 障礙物檢測(cè)梁

（2）非接觸式障礙物檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合雷達(dá)和視覺傳感器手段，通過智能算法處理和深度學(xué)習(xí)智能檢測(cè)列車前方障礙物，實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物進(jìn)行高可靠感知實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將信息實(shí)時(shí)反饋給列車和OCC，通過判斷前方障礙物狀態(tài)采取措施，為列車安全駕駛提供預(yù)警及報(bào)警。

非接觸式障礙物檢測(cè)系統(tǒng)包含控制主機(jī)、雷達(dá)傳感器、視覺傳感器等設(shè)備。

目前，成熟運(yùn)用的雷達(dá)傳感器主要有兩種，即毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。毫米波在測(cè)速、測(cè)距方面具有天然優(yōu)勢(shì)，具備檢測(cè)精度高、回波強(qiáng)度準(zhǔn)確等技術(shù)特點(diǎn)，且不受環(huán)境背景光和雨雪霧霾天氣的干擾，但在橫向目標(biāo)、消除多徑反射干擾方面還有待加強(qiáng)。激光雷達(dá)相對(duì)來說對(duì)近距離的障礙物分辨率更高，并且具有抗有源干擾能力強(qiáng)、體積重量小更加輕便等優(yōu)點(diǎn)，但探測(cè)距離有限，對(duì)于顏色、圖案識(shí)別能力很弱，且價(jià)格昂貴。表3所示為兩者特點(diǎn)的對(duì)比。

表3 毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)特點(diǎn)

視覺傳感器主要用于軌道區(qū)域識(shí)別和列車識(shí)別。系統(tǒng)通過視覺傳感器采集列車軌行區(qū)的畫面影像發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)通過深度學(xué)習(xí)的人工智能算法，自動(dòng)分析、自動(dòng)甄別障礙物入侵限界的異常事件。軌道上的障礙物是列車行進(jìn)過程中隨機(jī)出現(xiàn)的，其形狀特征無法預(yù)測(cè)，在檢測(cè)窗口內(nèi)，高于軌道平面的物體定義為列車行進(jìn)前方的障礙物，若障礙物尺寸超限或侵入列車限界，則自動(dòng)觸發(fā)聲光警示并將檢測(cè)結(jié)果上報(bào)OCC。視覺傳感器彌補(bǔ)了雷達(dá)傳感器無法識(shí)別交通標(biāo)志的缺點(diǎn)，而且對(duì)物體識(shí)別率更高。非接觸式障礙物探測(cè)如圖6所示。

圖6 非接觸式障礙物探測(cè)

1.5 列車防撞系統(tǒng)

列車防撞系統(tǒng)主要采用二次雷達(dá)技術(shù)對(duì)前方列車、端墻（或盡頭）進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)與測(cè)距。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到前方有車—車或車—地碰撞等重大安全危險(xiǎn)隱患時(shí)，將提前預(yù)警，為列車運(yùn)營提供輔助安全保障。

系統(tǒng)采用雷達(dá)通信應(yīng)答技術(shù)與前車或端墻雷達(dá)設(shè)備實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)前車或端墻距離的檢測(cè)。

車—車之間的防撞（見圖7）主要通過前后列車之間的查詢—應(yīng)答式測(cè)距機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。后車向前車發(fā)送查詢射頻信號(hào)，前車接收后經(jīng)信號(hào)處理與識(shí)別，若符合預(yù)設(shè)通信協(xié)議，則向后車發(fā)送應(yīng)答信號(hào)；后車在接收應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)查詢—應(yīng)答時(shí)間差計(jì)算追蹤距離，可以在終端瀏覽顯示。若追蹤距離小于預(yù)警閾值，則發(fā)出聲光報(bào)警。

圖7 車-車防撞檢測(cè)

車—地防撞系統(tǒng)主要應(yīng)用于車輛在段內(nèi)或庫內(nèi)作業(yè)時(shí)的安全防護(hù)。在列車上安裝端墻防撞報(bào)警器，地面則固定應(yīng)答設(shè)備，在存車線、洗車線、試車線等地面軌道終點(diǎn)的前方軌枕上安裝地面防護(hù)信標(biāo)。通過無線通信測(cè)距，實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛端墻和股道終點(diǎn)的距離，在低于下限時(shí)發(fā)出告警，有效防止端墻撞擊。車輛端墻防撞系統(tǒng)適用于車輛段車庫、試車線、洗車線和牽出線等，也可適用于車站存車線（見圖8）。

圖8 端墻防撞

2 列車安全防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

全自動(dòng)駕駛列車安全防護(hù)系統(tǒng)功能全面、應(yīng)用范圍廣，各項(xiàng)前沿技術(shù)的應(yīng)用使其具有檢測(cè)準(zhǔn)確性高、時(shí)效性好、獨(dú)立性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，有力地保障了車輛運(yùn)行安全。

2.1 多技術(shù)融合，檢測(cè)準(zhǔn)確性高

列車安全防護(hù)系統(tǒng)通過多項(xiàng)前沿技術(shù)融合的手段保證檢測(cè)的準(zhǔn)確可靠。例如，非接觸式障礙物檢測(cè)系統(tǒng)通過AI視覺技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)的融合，使用多種不同的探測(cè)體制，避免單一技術(shù)體制失效可能帶來的漏報(bào)警風(fēng)險(xiǎn)，充分提高了系統(tǒng)的安全性；弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)利用檢測(cè)定位技術(shù)和振動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，可以對(duì)異常位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

2.2 智能分級(jí)診斷，檢測(cè)效率高

列車安全防護(hù)系統(tǒng)可通過各檢測(cè)系統(tǒng)自身軟件，及時(shí)對(duì)相關(guān)檢測(cè)異常點(diǎn)進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)定、故障診斷以及指導(dǎo)維護(hù)。檢測(cè)系統(tǒng)的智能缺陷識(shí)別功能能夠根據(jù)當(dāng)前檢測(cè)的故障進(jìn)行報(bào)警分級(jí)。例如，輕微故障系統(tǒng)將不作出反應(yīng)，只是進(jìn)行存儲(chǔ)和記錄；而可能影響到車輛安全運(yùn)營的嚴(yán)重故障將通過以太網(wǎng)傳遞給TCMS系統(tǒng)，再由TCMS 系統(tǒng)將故障信息實(shí)時(shí)上傳至OCC 作出反應(yīng)，檢測(cè)效率更高。

2.3 系統(tǒng)獨(dú)立性強(qiáng)

現(xiàn)有的全自動(dòng)駕駛列車主要依賴信號(hào)系統(tǒng)通過車—地—車的交互保證安全［8］，而列車安全防護(hù)系統(tǒng)采用自主獨(dú)立的設(shè)計(jì)理念，不依賴信號(hào)控制系統(tǒng)信息，具備在信號(hào)控制系統(tǒng)故障的情況下保持獨(dú)立探測(cè)、預(yù)警及防護(hù)的能力。這對(duì)于全程由信號(hào)系統(tǒng)控車的全自動(dòng)駕駛列車來說，可以大幅降低其在信號(hào)系統(tǒng)突發(fā)故障下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 配置靈活性強(qiáng)

列車安全防護(hù)系統(tǒng)的類別較多，各檢測(cè)系統(tǒng)的功能也豐富多樣，目前，多數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)模塊化設(shè)計(jì)，客戶可以根據(jù)工程預(yù)算及線路條件等進(jìn)行個(gè)性化配置。無論是代表當(dāng)前軌交發(fā)展方向的前沿技術(shù)產(chǎn)品，或是已經(jīng)有較多應(yīng)用業(yè)績(jī)的成熟產(chǎn)品，均可以靈活選擇。

3 列車安全防護(hù)系統(tǒng)發(fā)展方向

列車安全防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)、車輛關(guān)鍵系統(tǒng)及部件進(jìn)行了實(shí)時(shí)高效的檢測(cè)，但同時(shí)也帶來了相關(guān)的問題。除增加整車購置成本以外，列車安全防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于車輛總體技術(shù)指標(biāo)及可靠性都提出了更多挑戰(zhàn)。

作為車輛的子系統(tǒng)，各類防護(hù)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)與車輛整體可靠性密切相關(guān)。鑒于各類安全防護(hù)系統(tǒng)主要的設(shè)備組成，不外乎有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及地面分析等幾大部分組成，因此，在進(jìn)行整車安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，可充分利用各系統(tǒng)的共性技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集成研究，這也是合理降低車輛成本，減小車輛重量、優(yōu)化設(shè)備布置空間以及提升車輛可靠性的關(guān)鍵。

以非接觸式障礙物探測(cè)和端墻防撞系統(tǒng)為例，二者均有利用到二次雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)，因此，可以將二者的車內(nèi)主機(jī)高度集成，集成后的車載控制主機(jī)由電源模塊、雷達(dá)模塊、分析模塊、通訊模塊、交換機(jī)模塊、RFID模塊及控制模塊等構(gòu)成。采用全插拔模塊化無線纜設(shè)計(jì)，可根據(jù)需要便捷增減模塊，大量的輸入輸出接口設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的靈活性，便于系統(tǒng)的安裝與維護(hù)。除主機(jī)集成外，二者還可以共用視覺傳感器、車載雷達(dá)天線和顯示器等。集成后的系統(tǒng)優(yōu)化了關(guān)鍵設(shè)備的重復(fù)配置，降低了設(shè)備故障率，減少了維護(hù)成本，提升了車輛可靠性，無論是在設(shè)備安裝空間方面，還是在整車重量控制方面，抑或是車輛購置成本方面，都更加有優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語

國內(nèi)城市軌道交通正處在快速發(fā)展時(shí)期，隨著各大城市運(yùn)營線路的不斷增長(zhǎng)，軌道交通車輛的運(yùn)營效率和安全要求也在不斷提升。列車安全防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用，是全自動(dòng)駕駛列車發(fā)展的必然要求，也是城市軌道交通提升安全性和可靠性的必然趨勢(shì)。列車安全防護(hù)系統(tǒng)將向著高度自動(dòng)化、智能化、集成化、模塊化的方向發(fā)展，為未來真正實(shí)現(xiàn)城市軌道交通無人駕駛、無人監(jiān)管的智能列車自動(dòng)化運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)提供支撐。