軌道交通控制中心智能化發(fā)展研究總結(jié)

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軌道交通信號(hào)與控制

原文作者：Ian Mitchell and Nora Balfe

徐紀(jì)康 提供素材

本文圍繞軌道交通控制中心智能化的核心問題“應(yīng)智能化什么”與“如何智能化”展開深入探討，結(jié)合全球高鐵與地鐵控制中心的調(diào)研數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了當(dāng)前軌道交通控制中心的現(xiàn)狀、問題、人機(jī)協(xié)作潛力及未來發(fā)展方向。

一、軌道交通控制中心智能化背景與核心功能

（一）發(fā)展背景

軌道交通自動(dòng)化領(lǐng)域擁有深厚的歷史積淀。在列車自動(dòng)駕駛方面，地鐵列車的自動(dòng)化應(yīng)用已超50年，最高等級(jí)的GoA4級(jí)“無人駕駛系統(tǒng)”在新線路建設(shè)中已成為常規(guī)配置，ETCS等信號(hào)系統(tǒng)與ATO（自動(dòng)列車運(yùn)行）的結(jié)合，被視為提升高速鐵路和地鐵運(yùn)能的“游戲規(guī)則改變者”。

20世紀(jì)80年代以來，ATS中的自動(dòng)排列進(jìn)路功能（ARS）標(biāo)志著現(xiàn)代化鐵路控制中心的雛形出現(xiàn)。但直至今日，軌道交通工作人員仍需與計(jì)算機(jī)協(xié)同工作，共同管理軌道交通的運(yùn)營。

（二）核心功能

1、列車運(yùn)行管理：這是傳統(tǒng)“調(diào)度員”的核心職責(zé)，需監(jiān)控列車位置，依據(jù)當(dāng)日時(shí)刻表為列車規(guī)劃行進(jìn)路線。如今，ARS已成為ATS系統(tǒng)的標(biāo)配，調(diào)度員主要負(fù)責(zé)監(jiān)控列車運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)列車延誤或發(fā)生基礎(chǔ)設(shè)施故障導(dǎo)致需要調(diào)整所用時(shí)刻表時(shí)，可手動(dòng)關(guān)閉特定區(qū)域或特定列車的ARS功能，手動(dòng)設(shè)置進(jìn)路以處理突發(fā)情況。

2、維護(hù)人員進(jìn)入軌行區(qū)的管理：該功能雖看似次要卻至關(guān)重要，需滿足軌道維護(hù)人員作業(yè)的需求。控制中心需響應(yīng)相關(guān)請(qǐng)求，協(xié)調(diào)維護(hù)人員進(jìn)入軌行區(qū)的權(quán)限與列車運(yùn)行。與自動(dòng)選進(jìn)路不同，此功能目前多為人工操作，依賴電話溝通、紙質(zhì)記錄，調(diào)度員需手動(dòng)確認(rèn)維護(hù)人員進(jìn)入的位置、設(shè)置“提醒”防止沖突并口頭授權(quán)。

二、當(dāng)前智能化水平存在的問題

1、調(diào)度員工作量波動(dòng)大：ARS在正常運(yùn)營時(shí)能有效降低調(diào)度員的工作量，但在部分區(qū)域運(yùn)營故障情況下，調(diào)度員需同時(shí)處理 人工選進(jìn)路、與ARS交互及事故溝通等多項(xiàng)任務(wù)，工作量急劇增加。而且，ARS控制區(qū)域通常大于手動(dòng)控制區(qū)域，故障時(shí)調(diào)度員負(fù)荷更重。此外，調(diào)度員需要預(yù)判ARS的行動(dòng)，這也增加了其心理負(fù)擔(dān)，甚至可能因不確定ARS選擇的進(jìn)路而關(guān)閉使用ARS系統(tǒng)。

2、對(duì)自動(dòng)化的信任不足：以英國鐵路的ARS為例，系統(tǒng)缺乏對(duì)信號(hào)員的計(jì)劃行動(dòng)反饋，雖可查詢計(jì)劃路線，但流程繁瑣且結(jié)果易變，調(diào)度員可能將其視為“誤導(dǎo)”，導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)的信任度降低。而聯(lián)鎖系統(tǒng)因極高的可靠性，被調(diào)度員普遍信任。所以，智能化信任的建立難度大、破壞易，ARS的一次不良決策就可能讓調(diào)度員不愿再依賴該系統(tǒng)。

3、人為可靠性相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)：維護(hù)人員進(jìn)入軌行區(qū)、列車冒進(jìn)信號(hào)授權(quán)等作業(yè)任務(wù)缺乏智能化支持，且ATS系統(tǒng)設(shè)計(jì)未充分以用戶為中心，存在信息不足、流程缺口、時(shí)間壓力等問題，易引發(fā)人為失誤。英國鐵路事故調(diào)查局（RAIB）的多份報(bào)告，如2019年Margam軌道工人被撞事件、2020年Worlingham道口險(xiǎn)情等，均凸顯了這些問題帶來的安全隱患。

三、計(jì)算機(jī)與調(diào)度員的能力優(yōu)劣對(duì)比

（一）計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)

-能快速、準(zhǔn)確地處理海量機(jī)器可讀數(shù)據(jù)；

-在決策標(biāo)準(zhǔn)明確且軟件實(shí)現(xiàn)正確、信息完備準(zhǔn)確的情況下，決策一致性高；

-行動(dòng)迅速且不受控制中心其他事件干擾。

（二）調(diào)度員優(yōu)勢(shì)

-更擅長(zhǎng)應(yīng)對(duì)缺失數(shù)據(jù)、不確定性及模糊的決策標(biāo)準(zhǔn)；

-可從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，相互借鑒，能隨時(shí)間調(diào)整優(yōu)先級(jí)以適應(yīng)變化；

-可利用計(jì)算機(jī)未知的信息進(jìn)行決策。

（三）現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)能力的利用情況

-列車進(jìn)路選擇功能自動(dòng)化程度高，進(jìn)路選擇功能的執(zhí)行始終由信號(hào)系統(tǒng)通過聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，ARS還能自動(dòng)決策進(jìn)路選擇的方案和時(shí)機(jī)，但在部分場(chǎng)景下，二者有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不一致的情況，調(diào)度員需要憑借ARS未掌握的額外信息或經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)選進(jìn)路，這需要調(diào)度員持續(xù)監(jiān)控ATS界面。

-維護(hù)人員進(jìn)入軌行區(qū)的安全功能自動(dòng)化支持極少，過度依賴人工，導(dǎo)致在服務(wù)起止時(shí)段等場(chǎng)景下調(diào)度員工作量激增，甚至迫使維護(hù)人員采用安全性較低的作業(yè)方式。

四、智能化改進(jìn)方向與實(shí)踐案例

（一）維護(hù)作業(yè)人員進(jìn)入軌道自動(dòng)化

日本JR-East的ATOS提供了成功范例。該系統(tǒng)將維護(hù)作業(yè)的區(qū)域、起止時(shí)間錄入維護(hù)工作數(shù)據(jù)庫，與列車運(yùn)行計(jì)劃聯(lián)動(dòng)，提前驗(yàn)證軌道接入與列車服務(wù)需求無沖突或調(diào)整計(jì)劃以避免沖突。維護(hù)人員通過便攜終端申請(qǐng)軌道接入，系統(tǒng)確認(rèn)符合計(jì)劃后，會(huì)檢查相關(guān)列車通行情況，鎖定聯(lián)鎖設(shè)備防止被選路，通過終端向維護(hù)人員發(fā)送安全接入信息；作業(yè)完成后，終端反饋系統(tǒng)，聯(lián)鎖解鎖，ARS恢復(fù)運(yùn)行。正常情況下無需控制中心人員介入，僅在計(jì)劃需調(diào)整時(shí)，才需要調(diào)度人員人工介入。

（三）信息共享與可視化升級(jí)

1、傳統(tǒng)ATS界面缺陷：調(diào)度員工作站界面聚焦基礎(chǔ)設(shè)施，僅展示列車當(dāng)前位置和運(yùn)行編號(hào)，缺乏時(shí)間維度信息，無法可視化ARS功能的整個(gè)決策過程，調(diào)度員需人工預(yù)判未來列車運(yùn)行情況。

2、優(yōu)化工具：

-列車圖表：以距離-時(shí)間為軸，展示列車實(shí)際與預(yù)測(cè)運(yùn)行軌跡，通過線路斜率反映列車速度，線路交叉提示列車沖突。預(yù)測(cè)方式包括基于時(shí)刻表、列車動(dòng)力學(xué)模型、歷史數(shù)據(jù)等，AI技術(shù)可分析歷年數(shù)據(jù)提升異常場(chǎng)景下的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。

-平臺(tái)占用圖表：聚焦單個(gè)車站，以時(shí)間為橫軸、站臺(tái)或線路為縱軸，用條形圖展示列車到發(fā)時(shí)間，直觀呈現(xiàn)站臺(tái)占用沖突。

-這些工具能降低調(diào)度員工作量，提升決策相關(guān)性和自動(dòng)化透明度，增強(qiáng)人機(jī)信任感。

（四）人機(jī)協(xié)作與流程優(yōu)化

1、動(dòng)態(tài)時(shí)刻表與“假設(shè)分析”功能：調(diào)度員可編輯時(shí)刻表并可視化修改效果，將調(diào)度員經(jīng)驗(yàn)融入自動(dòng)化執(zhí)行中。“假設(shè)分析”功能支持創(chuàng)建多個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景，通過調(diào)整列車時(shí)刻、進(jìn)路等參數(shù)，對(duì)比不同場(chǎng)景的KPI（如延誤時(shí)間、延誤列車數(shù)等），輔助調(diào)度員做出最優(yōu)決策。

2、跨角色與跨機(jī)構(gòu)協(xié)作：ATS系統(tǒng)向其他管理人員開放，提供統(tǒng)一視圖，平衡局部與整體需求，突破控制中心邊界；借助云技術(shù)和虛擬會(huì)議工具，實(shí)現(xiàn)分布式管理，降低單一故障點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)；拆分調(diào)度員的部分職能，緩解工作量壓力。

五、核心結(jié)論與未來展望

1、軌道交通控制中心未來仍將保持“自動(dòng)化+調(diào)度員”的協(xié)作模式，調(diào)度員在應(yīng)對(duì)模糊場(chǎng)景、利用經(jīng)驗(yàn)信息等方面的優(yōu)勢(shì)短期內(nèi)無法被替代，需保留調(diào)度在關(guān)鍵決策中的作用。

2、未來智能化發(fā)展的核心是實(shí)現(xiàn)人機(jī)和諧協(xié)作，需以用戶為中心，讓調(diào)度員參與系統(tǒng)開發(fā)，強(qiáng)化人機(jī)協(xié)作屬性。重點(diǎn)提升維護(hù)人員進(jìn)入軌行區(qū)管理的自動(dòng)化水平，使其與列車進(jìn)路功能的自動(dòng)化水平相當(dāng)。

3、控制中心與ATO、C-DAS等技術(shù)的聯(lián)動(dòng)應(yīng)用將成為趨勢(shì)，不僅能優(yōu)化人機(jī)協(xié)作，還能支持軌道交通不同崗位的人員跨地域協(xié)作，提升軌道交通運(yùn)營的安全性、效率和可靠性。

4、控制中心進(jìn)一步可借助AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)提高智能化水平，但需逐步推進(jìn)，以調(diào)度員對(duì)系統(tǒng)的信任建立為前提，可通過“系統(tǒng)建議-調(diào)度員確認(rèn)”的過渡模式，積累足夠經(jīng)驗(yàn)后，實(shí)現(xiàn)部分場(chǎng)景的全自動(dòng)決策。

素材來源：投稿

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