交通运输部、科学技术部联合制定的《“十四(si)五”交通领域科技创新规划》提出，大力发展智慧交通，推动云计算、大数据、物联网、移动互联网、区块链、人工智能等新一代信息技术与交通运输融(rong)合。
2021年12月26日，湖北武汉轨道交通5号线开通运营，这是(shi)武汉首条(tiao)全自动驾驶的轨道交通列车。“列车从唤(huan)醒(xing)、启动、停止、车门(men)的开闭、载客运营、列车回库以及休眠(mian)，都可以自动进行。”负责(ze)设计该线路的中铁第四(si)勘察设计院集团有限公司通信信号设计研究院副(fu)总工程师郑生全说。
从零起步，探索没有驾驶室的轨道交通
凌晨4点，天色漆黑，武汉市(shi)青山(shan)区地铁5号线工人村车辆段控制室内，车辆三部运转二车间车场组班组长王康在信号系统电脑前输入指令，运用库内编(bian)号为E35的列车随即被(bei)“唤(huan)醒(xing)”。
车灯(deng)被(bei)点亮、车内广播响起、车门(men)自动开关……一系列静态测试完成后，动态测试开始：制动、启动……13分钟内，十几项(xiang)检测项(xiang)目都是(shi)列车自行完成。
4点50分左右，东方既白，第一班列车从工人村车辆段出库进入正线。紧接着，库内12列列车在唤(huan)醒(xing)自检完毕后，也依次按计划进入正线。
6点整，抵达站点的列车车门(men)、屏蔽门(men)自动开启，迎接当天的第一批乘客。在列车车头处，被(bei)取消了的驾驶室已经成了“观景(jing)台”，乘客站在此处，可清楚地看见列车运行前方的各种景(jing)象(xiang)，仿佛穿梭于时(shi)空隧道。
“我们采用的是(shi)隐藏式驾驶台与乘客室一体化方案，把轨道交通5号线真(zhen)正建成了无人驾驶线路。”郑生全说。
此前，郑生全参与过多条(tiao)自动驾驶轨道交通的设计，国内外也有自动驾驶的轨道交通在运行。“但是(shi)，这些轨道交通列车都设有驾驶室，车辆、信号和综合监控系统并没有完全自动化。”郑生全和团队(dui)讨论后，提出了一个更先进的设计目标：彻底拿掉列车驾驶室，让轨道交通真(zhen)正实(shi)现全自动化运行。
要实(shi)现这个目标，设计团队(dui)并没有任何成熟的工程应用经验。“我们一定能为列车设计出一个‘最强大脑’。”郑生全回忆(yi)说，2016年12月，铁四(si)院轨道交通全自动运行规范编(bian)制组成立，开始了轨道交通自动驾驶的探索。
完善场景(jing)，优化列车控制系统
轨道交通自动驾驶的重点是(shi)系统，而(er)系统设计的关键是(shi)场景(jing)。从南三环站到武汉火车站，武汉轨道交通5号线全长33.57公里，设站25座，穿行于武汉洪山(shan)、武昌和青山(shan)3个市(shi)中心区，既有高架站，也有地下站。设计团队(dui)必(bi)须把这个过程中列车可能遇到的运行场景(jing)都考虑到。
在地铁车辆段，团队(dui)成员认真(zhen)调研地铁运营过程中的每(mei)一个细小的流程，通过观察、记录一个又一个场景(jing)。为确保设计的可行性，郑生全和团队(dui)去了北京、上海(hai)考察轨道交通全自动运行方案，他自己(ji)还两次去新加坡(po)观察车辆驾驶室的每(mei)个细节。
然(ran)而(er)，轨道交通全自动驾驶的一些场景(jing)是(shi)全新的。“站台门(men)自动开关，平时(shi)是(shi)站台门(men)控制系统控制，在无人驾驶情况下，万一发生故障，需要人工现场或者(zhe)远程干预解决，这时(shi)，列车控制系统就必(bi)须要和站台门(men)链接。”设计团队(dui)成员、铁四(si)院通号院副(fu)总工程师邹海(hai)平说，站台门(men)控制系统和列车控制系统是(shi)两个不同的领域，如(ru)何让它们实(shi)现融(rong)合控制、减少故障，团队(dui)思考了几个月。
在一次调研现场，邹海(hai)平发现，火车采用道岔变轨时(shi)，道岔与信号的方向，都由列车控制系统控制。设计团队(dui)借鉴这一信息与机械的集成原理(li)，将站台门(men)控制设备的安全性按最高等级设计，并将轨道交通站台门(men)的控制设备成功集成到列车控制系统中，列车自动驾驶的一项(xiang)关键集成技术被(bei)突(tu)破了。
形(xing)成规范，为线路运行提质增效
经过3年时(shi)间，郑生全和团队(dui)通过不断地论证，完成了城市(shi)轨道交通全自动运行《运营需求规范》、《功能需求规范》和《接口需求规范》3本企业规范。这些规范对轨道交通全自动运行可能出现的场景(jing)进行了详(xiang)细描述，将人的思维(wei)转化为一个个标准化、规范化的系统功能，让机器拥有了人类的智慧。
“规范里的一些场景(jing)，最长一次花了3个月才解决。”郑生全介绍，最终他们完成了108个场景(jing)，1086条(tiao)需求，合计数十万字(zi)，200余页。2018年，规范通过专家评审，对国内其它全自动运行项(xiang)目的建设具有积(ji)极的示范作(zuo)用。
相(xiang)较于普通的轨道交通线路，拥有全自动驾驶技术后，武汉地铁5号线故障率由百万列公里1.8次下降为0.7次，准点率从99.89%提升至99.99%，开行速度从35公里/小时(shi)提升至37.55公里/小时(shi)。“武汉地铁5号线各方面的运行效率提高后，在满足同等运力条(tiao)件(jian)下，可以减少两列上线列车。”郑生全说。
随着智慧交通技术的不断发展，铁四(si)院的设计团队(dui)又有了新的想法。“未(wei)来，我们可以结合云计算、大数据、人工智能等技术，让轨道交通能够自主学习、自行解决问题，进一步实(shi)现轨道交通的智慧化和绿色运行。”郑生全说。