中国高铁自动驾驶技术案例分析

人类对自动驾驶的向往和追求从交通工具诞生之日起便伴随而生。自动驾驶涉及车辆、信号、通信、监控等多个专业，是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术实现列车运行全过程自动化的一代交通系统。与计算机相比，司机的行为具有离散型，操作具有动态性、不确定性和复杂性，这些都是潜在的安全隐患，而且其操作处理需要较长的反应时间，在遇有紧急情况时，往往需要综合多个因素进行判断，才能做出反应，导致错过应急处置的最佳时机；同时，在列车实际运行过程中，外部环境多变、设备异常偶发，也对司机提出了更高的要求。高速铁路列车运行控制技术是高铁的“大脑”和“神经中枢”，是实现高铁列车准时准点发车、安全高效运营的关键核心装备。随着自动化、智能化程度的不断提高，高速铁路自动驾驶系统将更多替代司乘人员的工作。

珠三角莞惠城际装备的CTCS-2+ATO列控系统是中国高速铁路走向自动驾驶的一次飞跃，实现了高速铁路的综合自动化和智能化，并实现了与国铁的互联互通，为未来的城际铁路建设提供了借鉴。高速铁路ATO系统是在CTCS-2/CTCS-3级列控系统的基础上，列控车载设备设置ATO单元、GPRS电台及相关配套设备实现自动驾驶控制，地面在临时限速服务器（TSRS）、调度集中（CTC）、列控中心（TCC）等设备上增加功能，设置专用精确定位应答器实现精确定位，车载设备和地面设备之间通过GPRS网络通信实现站台门控制、站间数据发送和运行计划处理。高速铁路ATO系统主要功能包括车站自动发车、区间自动运行、车站自动停车、车门开门防护、车门/站台门联动控制。上述自动化功能仅在自动驾驶（AM）模式下由系统自动完成，AM模式的投入和退出、目视行车、引导接发车、调车等特殊场景下的操作仍由司机负责。

CTCS-3＋ATO系统安装于复兴号标准动车组，在京沈客运专线（北京—沈阳）自主化智能高速铁路综合试验中进行全功能测试验证，用于京张铁路复兴号列车控制的智能化升级，其中就包括CTCS-3＋ATO系统将首次实现速度350 km/h的自动驾驶。在自动驾驶状态下，信号系统全程控制指挥列车的起动、停站等运行全过程，但列车上一般仍需配备一名随车人员，以应对突发情况。当发生信号系统之外的故障（如动车组列车出现故障或者供电系统出现故障），或者遇到恶劣天气、突发地质灾害等情况时，及时向调度中心汇报。自动控制与人工控制的双冗余、双备份的目的就是为了确保安全万无一失。实现自动驾驶后，既能减轻司机的劳动强度，有效地提高运输能力，又能进一步提升旅客的乘车体验。

为满足北京冬奥会和雄安新区建设需要，在开展京张、京雄智能动车组研制时，是以现有 CR400BF/AF 型“复兴号”动车组为基础，在智能化、安全舒适、绿色环保、综合节能等方面实现升级。在高速动车组智能行车、智能运维、智能旅客服务的基础上，基于城际交通短交路、高客流、往返频繁等运营特点，依托 5G、大数据、人工智能、区块链等新兴信息技术融合发展理念，融合5G+人脸识别、智能分析、智能视频感知的智能视频系统，打造服务于公交化城际交通的人数统计、人员辨识等公共安全平台，实现了自感知、自诊断、自决策、自适应，在广度和深度上的进一步提升，实现了自动及协同运行。其中，在智能3个板块方面，主要技术应用体现在：(www.xing528.com)

（1）智能行车首次实现时速 350 km 的无人值守自动驾驶，采用CTCS-3+ATO技术，停车度可控在 0.5 m 以内，自动速度控制功能精度在2 km/h以内，减轻司机 40% 的压力，大幅度提高运行效率。列车通过列车传感器、雷达、天线等设备对环境信息（地理位置、线路信息等）和车辆状态进行采集与处理，并与动车组技术融合，同时在满足安全性、稳定性和新适性的目的下进行算法预设，结合线路限速要求等进行决策判断，实现车站自动发车、区间自动运行、车站自动停车、车门自动打开、车门/站台门联动控制。

（2）智能服务主要从3个方面进行智能化提升：智能环境调节利用智能环境感知调节技术，从温度调节、灯光智能调节、人机工程学、车内噪声控制、压力波调节、变色车窗、资源配置优化等方面实现旅客视觉、听觉、嗅觉、触觉等方面感官舒适度的提升；智能信息推送，首次在动车组上实现电视分屏显示，实现电子地图和旅游信息、行车信息（到站、离站、途中）推送；实现LCD外显，座位号提示，车-地视频、语音信息回传等业务，提高信息服务精准度及效率。

（3）智能运维主要是结合动车组主体企业、运用部门、零部件供应商之间实现研发数据、试验数据、运维数据、检修数据、履历数据交互与共享。利用大数据技术、监测及分析技术、大容量车-地传输技术等为用户提供关键零部件的健康评估、故障状态预警预测、关键故障精确定位、检修建议策略高效推送、备品备件库存智能建议及更换提醒、列车健康状态及全面监控，提高车辆安全性和检修效率，降低维修成本，满足动车组全生命周期管理需求，实现列车服役性能由阈值管理向状态管理的提升。