地鐵車輛全自動無人駕駛外場測試技術方案探討

地鐵車輛全自動無人駕駛外場測試技術方案探討1.概述1.1外場測試定義地鐵車輛全自動無人駕駛系統(tǒng)面臨著對系統(tǒng)安全性要求更高，系統(tǒng)接口更復雜繁瑣，降級模式場景更多，對運營人員工作能力要求更高等挑戰(zhàn)，為解決此類問題除通過設計、管理等手段外，還需通過外場測試對系統(tǒng)進行提前測試驗證，以保證系統(tǒng)的可用性、安全性。外場測試即為使全自動無人駕駛核心系統(tǒng)設備達到規(guī)定的安全性和可用性要求，應在核心系統(tǒng)批量生產之前，進行現場級的樣件初步聯(lián)合調試。外場測試安排在機電設備制造階段與系統(tǒng)聯(lián)調階段之間進行，如圖1所示。圖1開展外場測試的階段1.2外場測試必要性（1）在核心系統(tǒng)批量生產之前，驗證其是否符合設計文件、運營場景和性能要求，避免造成設備的批量返工及浪費。（2）盡早發(fā)現核心系統(tǒng)之間的匹配和技術問題，在現場測試聯(lián)調開始前解決關鍵問題與技術難點，有效減少現場測試時的故障與風險。（3）外場測試的驗證結果將作為現場聯(lián)調聯(lián)試的依據。1.外場測試場地搭建地鐵車輛全自動無人駕駛外場測試場地需具備如下條件：（1）約3公里試驗線路；（2）控制中心設備；（3）車站控制設備；（4）一個物理站臺及屏蔽門；（5）兩個虛擬車站。全自動無人駕駛外場測試包括的核心機電系統(tǒng)如下：（1）車輛（兩列車）；（2）信號系統(tǒng)；（3）屏蔽門系統(tǒng)；（4）通信系統(tǒng)（車載通信與乘客信息系統(tǒng)）；（5）綜合監(jiān)控系統(tǒng)。外場測試技術方案總體思路全自動無人駕駛系統(tǒng)是一個復雜且龐大的系統(tǒng)，各系統(tǒng)與子系統(tǒng)間的通信接口、功能接口、電氣接口等接口往往有成百上千之多。逐一依次對所有接口進行測試，既不符合對全自動無人駕駛系統(tǒng)關鍵重要性能的把握，其試驗進度更無法滿足外場測試有限的測試時間約束。此外，全自動無人駕駛系統(tǒng)功能和性能的實現對城市軌道交通運營的順利實施影響并不相同。就信號系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)的接口功能，與信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口功能相比，前者直接影響列車運行安全，后者主要影響旅客在站臺乘車的效率，很明顯前者的功能實現要比后者重要。因此，外場測試各項測試的開展應從檢驗全自動無人駕駛系統(tǒng)的最基本功能入手，首先檢驗對城市軌道交通運營有直接和非常重大影響的接口功能和性能的實現情況，再循序漸進完成對全自動無人駕駛系統(tǒng)運營有重大影響的主要系統(tǒng)功能測試，在滿足外場測試整體測試時間要求的前提下，可合理考慮對其他接口功能的測試，以最終檢驗全自動無人駕駛系統(tǒng)是否達到設計需求。3.1外場測試總體方案設計根據外場測試總體思路，全自動無人駕駛系統(tǒng)外場測試過程分性能參數類測試、運營場景類測試和運行參數類測試三個階段。測試類型開展階段主要配合方主要目的測試方法運輸組織性能參數類測試測試初期各關鍵系統(tǒng)分包商驗證列車上線運行的最低條件專業(yè)測試儀器單列列車運營場測試中關鍵系驗證車運營場不少于景類測試期統(tǒng)分包商、地鐵運營公司站等主要場所具備基本功能景設計兩列車運行參數類測試測試后期地鐵運營公司驗證列車發(fā)車間隔時間行車配合不少于兩列車3.2性能參數類測試測試初期開展的各項測試均是以驗證城市軌道交通整體系統(tǒng)的基本功能為目的開展的，重點關注的是車輛、信號、通信等系統(tǒng)的功能和性能實現情況，檢驗列車運行和各主要系統(tǒng)工作的安全性、穩(wěn)定性和舒適性。在測試手段上，往往要采用特定的儀器設備完成指標檢驗和性能評價。在測試過程中，測試分包商主要參照城市軌道交通系統(tǒng)設計規(guī)范、技術文檔，以及系統(tǒng)分包商的系統(tǒng)驗收試驗完成情況等確定測試項目以及測試的評判標準。在行車組織上，由于列車在全線的運行安全性在這個階段尚待驗證，一般只采用單列列車上線的方式配合測試工作的進行，以便減少系統(tǒng)缺陷對行車安全的影響。在性能參數類測試過程中，各相關系統(tǒng)設備的操作由系統(tǒng)分包商人員完成，系統(tǒng)分包商人員在性能參數類測試工作完成后，負責對測試工作中發(fā)現的系統(tǒng)缺陷進行整改和精調，以達到優(yōu)化接口性能、提高接口匹配程度的作用。3.3運營場景類測試對于城市軌道交通線路來說，在列車能夠在正線全線安全運行的前提下，搭載來自不同地點的旅客到達指定的目的地是其最主要的功能。該功能包含三方面需求：首先多列列車可以在互不干擾的情況下在線路上同時行駛；其次車站等主要場所能夠提供旅客進站、候車、乘降及應急疏散的功能；第三城市軌道交通應提供對列車以及旅客服務設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控的能力。外場測試中期開展的各項測試均是以驗證城市軌道交通整體系統(tǒng)的主要功能的三個需求為目的開展的。測試的重點是車輛、信號、通信、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)的聯(lián)動功能實現情況。由于這個階段開展的測試主要是通過設置特定場景，檢驗被測系統(tǒng)功能在特定場景中的實現方法開展的，這個階段開展的測試工作又被稱為運營場景類測試。在測試手段上，運營場景設計基本不需要專業(yè)的測試設備，其測試工作重點在于完善測試場景設置與設計，達到利用有限的場景對全線主要場所的主要系統(tǒng)功能實現情況的檢驗和驗證的目的。運營場景的設置要滿足對城市軌道交通在正常、降級、緊急運行模式下的行車組織和客運組織的檢驗需求。在行車組織上，可以安排多列列車在不同的區(qū)域配合不同的場景測試。運營場景類測試的配合工作主要由運營分包商完成。后者負責場景測試過程中行車組織、調度指揮、設備操作等工作。期間各設備分包商主要負責故障設置/恢復、高危/關鍵設備的操作，以及對測試中發(fā)現的缺陷進行整改和整治。全自動無人駕駛系統(tǒng)根據運營場景的功能需求，進行信號、車輛、通信、綜合監(jiān)控、屏蔽門系統(tǒng)的功能設計。通過外場測試對各核心機電系統(tǒng)功能進行驗證。3.4運行參數類測試在完成運營場景類測試之后，城市軌道交通各主要系統(tǒng)的功能趨于穩(wěn)定，各主要系統(tǒng)功能接口已近匹配。運營參數測試采用實際列車編組在全線運行，測試全線運行時分、站間運行時分等運行參數，從而為估算線路運營能力、為編制列車運行圖提供基礎數據。追蹤測試采用實際列車編組，測試組內列車運行間隔和組間運行間隔，檢驗信號系統(tǒng)對列車運行的支持程度、為編制列車運行圖提供基礎數據。需重點關注的問題根據城市軌道交通聯(lián)調聯(lián)試的實踐經驗，對以下問題需要重點關注。（1）車輛的停車精度：這一直是乘客上下車較為敏感的因素，成為乘客衡量城市軌道交通技術發(fā)展水平的指標之一。車輛停車需要進行的調試內容包括信號與車輛制動停車精度的配合調試，ATO模式站臺停車精度調試，信號與車輛的電磁兼容性能指標調試。（2）協(xié)調試驗：包括車輛與信號控制的協(xié)調試驗，列車的運行時分間隔考核試驗（滿足最短列車間隔時間）。進行此項協(xié)調試驗可進一步考核信號、站臺屏蔽門和車輛的運行特性是否滿足列車控制和運行時間間隔的要求，并給予調整。（3）反復調試：通過反復調試，驗證車輛、信號、站臺屏蔽門是否已達到地鐵列車正常運營的各項要求，是否達到乘客乘坐地鐵列車的安全性、舒適性和平穩(wěn)性的基本要求。城市軌道交通設備系統(tǒng)多，部分系統(tǒng)之間存在干擾現象，應當首先考核車輛、信號和站臺屏蔽門工作穩(wěn)定性和可靠性。這必須經過多次重復調試和反復驗證，才能達到目的。（4）信號不穩(wěn)定：各種