地鐵全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究

摘 要：全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)為軌道交通領(lǐng)域注入新的活力，其列車運(yùn)行由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，降低了人為因素對運(yùn)營安全的影響。然而，隨著計(jì)算機(jī)、通信以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)需要承擔(dān)更多職責(zé)、實(shí)現(xiàn)更多功能需求，其運(yùn)營安全相應(yīng)面臨新的挑戰(zhàn)。本文針對我國城市軌道交通全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)營安全進(jìn)行研究，辨識(shí)運(yùn)營過程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，建立全自動(dòng)駕駛運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，采用AHP層次分析法得出指標(biāo)權(quán)重，為風(fēng)險(xiǎn)管控提供理論依據(jù)，提高城市軌道交通運(yùn)營安全水平。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；全自動(dòng)駕駛；層次分析法；運(yùn)營安全

中圖分類號(hào)：U 231" " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

我國城市軌道交通全自動(dòng)駕駛線路數(shù)量較少，且大多數(shù)仍以人工駕駛模式運(yùn)行，缺少對運(yùn)營階段的研究。作為軌道交通領(lǐng)域的新興發(fā)展技術(shù)，全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的運(yùn)營安全具有不確定性。因此，需要對全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析，辨識(shí)運(yùn)營過程中的危險(xiǎn)源，對全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、分析和評價(jià)，旨在提高城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營安全和應(yīng)急處置水平。

1 全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

全自動(dòng)駕駛（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）系統(tǒng)的核心是采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)代替列車司機(jī)操作，從而實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制。國際電工委員會(huì)（IEC）和國際公共交通協(xié)會(huì)（ UITP）根據(jù)列控系統(tǒng)的GoA（Grade of Automatic，集成度和自動(dòng)化）水平將系統(tǒng)分為GoA0-GoA4共5個(gè)等級，見表1。其中，GoA3（DTO）和GoA4（UTO）統(tǒng)稱為 FAO系統(tǒng)。

2 運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)

2.1 故障統(tǒng)計(jì)分析

目前，大多數(shù)地鐵自開通運(yùn)營都留存了完善的運(yùn)營日志和事故記錄資料，便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)營階段經(jīng)常采用檢查表法識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)。查閱某市地鐵線路2017—2022年地鐵運(yùn)營報(bào)告，匯總運(yùn)營事故統(tǒng)計(jì)出柱狀圖，如圖1所示。為保證風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的全面性，其中的事故統(tǒng)計(jì)除了包括已發(fā)生且造成影響的事故外，還包括發(fā)現(xiàn)隱患但及時(shí)解決未造成影響的事故。

2.2 地鐵全自動(dòng)駕駛運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別

該研究結(jié)合系統(tǒng)安全論方法和德爾菲法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別，總結(jié)了地鐵全自動(dòng)駕駛運(yùn)營階段的風(fēng)險(xiǎn)因素，包括人員、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境和管理因素。

2.2.1 人員因素

2.2.1.1 從業(yè)人員

技術(shù)因素（專業(yè)知識(shí)缺乏、操作水平差、命令傳達(dá)有誤和違反規(guī)定等）；生理因素（疲勞工作、帶病上崗和誤用指令等）；心理因素（安全意識(shí)差、責(zé)任感弱和紀(jì)律性差等）。經(jīng)地鐵運(yùn)營單位實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，影響全自動(dòng)駕駛運(yùn)營安全的職員崗位主要為調(diào)度和站務(wù)。

2.2.1.2 乘客

客流擁擠（突發(fā)大客流、擁擠踩踏）；旅客行為（違規(guī)操作、盜竊財(cái)物、肢體沖突、摔倒跌落和爬闖站臺(tái)等）。 地鐵全自動(dòng)無人駕駛線路的運(yùn)營，對職員的業(yè)務(wù)能力和乘客的個(gè)人素質(zhì)都提出了更高的要求。

2.2.2 設(shè)備和設(shè)施因素

設(shè)備和設(shè)施因素包括車輛、供電、信號(hào)、通信、綜合監(jiān)控、FAS、站臺(tái)門和屏蔽門、 站廳和站臺(tái)、線路與軌道等。根據(jù)數(shù)據(jù)分析和專家訪談，目前在城市軌道交通運(yùn)營事故中，設(shè)備設(shè)施故障占70%以上。全自動(dòng)駕駛?cè)∠藗鹘y(tǒng)司機(jī)操作，一定程度上減少了人為因素的影響。

2.2.3 環(huán)境因素

2.2.3.1 內(nèi)在環(huán)境

溫度、濕度、噪聲以及有毒氣體等作業(yè)環(huán)境。不適宜的作業(yè)環(huán)境指標(biāo)不僅可能損壞電氣設(shè)備，也會(huì)對工作人員和乘客造成不可避免的傷害。

2.2.3.2 外在環(huán)境

自然環(huán)境（臺(tái)風(fēng)、地震、火災(zāi)和水災(zāi)等）；社會(huì)環(huán)境（經(jīng)濟(jì)、政治和人文等）。自然環(huán)境存在不確定性，而社會(huì)環(huán)境需要社會(huì)、民眾、政府和軌道交通公司形成共同體，合力營造安全、健康和高效的城市軌道交通運(yùn)營環(huán)境。

2.2.4 管理因素

災(zāi)害應(yīng)急管理：區(qū)間行車、火災(zāi)、停電以及恐怖襲擊等。運(yùn)營管理：公司機(jī)構(gòu)職責(zé)、管理規(guī)章制度和安全運(yùn)營投入等。城市軌道交通全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)營安全與否，不僅取決于安全可靠的設(shè)備設(shè)施，也與高效有力的管理息息相關(guān)。落實(shí)地鐵公司機(jī)構(gòu)職責(zé)，健全運(yùn)營安全管理制度，增加設(shè)備設(shè)施、安全培訓(xùn)和事故應(yīng)急預(yù)防等安全投資，都能有效減少運(yùn)營事故發(fā)生。

3 地鐵全自動(dòng)駕駛運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系

針對城市軌道交通全自動(dòng)駕駛運(yùn)營安全，通過事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和檢查表法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別，從人員、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境和管理4個(gè)方面分析風(fēng)險(xiǎn)因素，并咨詢相關(guān)專家意見，通過德爾菲法舍棄權(quán)重可忽略不計(jì)的因素，最終確定以下風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系（見表2）。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP），是一種定性與定量分析相結(jié)合的評價(jià)方法。本文采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，通過向業(yè)內(nèi)專家進(jìn)行問卷調(diào)查給層次分析法判斷矩陣打分，構(gòu)造不同層次的風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣，分別進(jìn)行判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)：1）準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)指標(biāo)體系中對地鐵全自動(dòng)駕駛運(yùn)營安全的一級指標(biāo)影響因素人員因素（U1），設(shè)備設(shè)施（U2），環(huán)境因素（U3），管理因素（U4）四大因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，見表3。

Ui層進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重通過一致性檢驗(yàn)，其結(jié)果如下：Ui層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重為w1=0.175，w2=0.578，w3=0.156，w4=0.092。Ui層風(fēng)險(xiǎn)因素最大特征值λmax=4.049；一致性比率C.R.==0.018lt;0.1，通過一致性檢驗(yàn)。2）指標(biāo)層權(quán)重。構(gòu)造Ui-U1i判斷矩陣，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)權(quán)重，見表4。

U1i層人員指標(biāo)權(quán)重通過一致性檢驗(yàn)，其結(jié)果如下：U1i層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重為w11=0.297，w12=0.163，w13=0.540。U1i層風(fēng)險(xiǎn)因素最大特征值λmax=3.009；一致性比率C.R.==0.018lt;0.1，通過一致性檢驗(yàn)。

構(gòu)造U2-U2i判斷矩陣，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)權(quán)重，見表5。

U2i層設(shè)備設(shè)施指標(biāo)權(quán)重通過一致性檢驗(yàn)，其結(jié)果如下：U2i層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重為w21=0.187，w22=0.107，w23=0.070，w24=0.095，w25=0.086，w26=0.033，w27=0.048，w28=0.209，w29=0.086，w210=0.078。U2i層風(fēng)險(xiǎn)因素最大特征根λmax=10.222；一致性比率C.R.==0.0165lt;0.1，通過一致性檢驗(yàn)。

構(gòu)造U3-U3i判斷矩陣，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)權(quán)重，見表6。

U3i層環(huán)境指標(biāo)權(quán)重通過一致性檢驗(yàn)，其結(jié)果如下：U3i層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重為w31=0.540，w32=0.163，w33=0.297。U3i層風(fēng)險(xiǎn)因素最大特征值λmax=3.009；一致性比率C.R.==0.009lt;0.1，通過一致性檢驗(yàn)。

同理，構(gòu)造U4-U4i判斷矩陣，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)權(quán)重。

U4i層管理指標(biāo)權(quán)重通過一致性檢驗(yàn)，其結(jié)果如下：U4i層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重為U41=0.500，U42=0.250，U43=0.250。U4i層風(fēng)險(xiǎn)因素最大特征值λmax=3.000；一致性比率C.R.==0.000lt;0.1，通過一致性檢驗(yàn)。

準(zhǔn)則層和指標(biāo)層所有風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的一致性檢驗(yàn)都lt;0.1，所有判斷矩陣的一致性均在可接受范圍內(nèi)。綜合所有單層指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建帶有指標(biāo)權(quán)重的地鐵全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，如圖2所示。

根據(jù)某市全自動(dòng)駕駛運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的排序，準(zhǔn)則層按照相對重要性排序依次為設(shè)備設(shè)施因素、人員因素、管理因素以及環(huán)境因素。二級指標(biāo)相對于一級指標(biāo)權(quán)重排序如下：在設(shè)備設(shè)施因素指標(biāo)中，站臺(tái)門和屏蔽門系統(tǒng)占比最高，其次是車輛系統(tǒng)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)占比最小；在人員因素指標(biāo)中，調(diào)度崗位占比最大，乘客次之，站務(wù)人員占比最??；在管理因素指標(biāo)中，機(jī)構(gòu)職責(zé)占比最大，規(guī)章制度次之，安全投入占比最?。辉诃h(huán)境因素指標(biāo)中，作業(yè)環(huán)境占比最大，其次是自然環(huán)境，社會(huì)環(huán)境占比最小。

4 結(jié)語

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)為軌道交通行業(yè)注入了新的活力，然而新興技術(shù)的引入也同時(shí)引發(fā)一些潛在問題。通過城市軌道交通全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)營安全評價(jià)研究，辨識(shí)運(yùn)營過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，有助于保障城市軌道交通安全運(yùn)營，促進(jìn)城市軌道交通高質(zhì)量發(fā)展，為地鐵全自動(dòng)駕駛線路的實(shí)際運(yùn)營提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]閆宏偉，燕飛.城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)及安全需求[J].都市快軌交通，2017，30（3）：50-55.

[2]宋麗梅，周琪.城市軌道交通全自動(dòng)無人自動(dòng)駕駛安全性分析[J].信息通信，2020（3）：148-149.

[3]肖衍，蘇立勇.軌道交通全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)集成技術(shù)研究[J].中國鐵路， 2015（5）：109-113.

[4]豆海波.城市軌道交通全自動(dòng)無人自動(dòng)駕駛安全性探究[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版），工程技術(shù)，2021（3）：291-292.

[5]劉鵬翱.城市軌道交通全自動(dòng)駕駛運(yùn)營安全分析與列車運(yùn)行模擬仿真[D].北京：北京交通大學(xué)，2017.

[6]郭雨薈.我國城市軌道交通全自動(dòng)駕駛運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2020.