一种地铁车辆手动驾驶精准对标停车影像助手的设计

一种地铁车辆手动驾驶精准对标停车影像助手的设计

朱金龙

大连地铁运营有限公司 116000

摘要：全国地铁车辆普遍存在停车对标不准确问题，车辆冲标、欠标现象频发，属于行业内存在的共性问题。大连地铁也不例外，曾发生过上述晚点事故，造成不良的社会影响。因此设计一种可以辅助司机手动驾驶精准对标的停车影像助手，实现车辆精准对标停车目的。此设备的安装能够有效解决现有车辆手动停车对标不准确的问题，能够优化现有人工驾驶运营需求，弥补信号系统自动驾驶的不足，有效避免车辆因信号系统故障，雨雪天气等问题导致车辆运营晚点事故，有效降低了车辆的故障下线率和乘客投诉率。该发明在沿海地上线路应用效果较为明显，已在大连地铁3号线、12号线、13号线沿海高架桥地上线路推广，效果良好。

关键词：地铁车辆、精准停车、影像助手、冲欠标、方案设计。

一、地铁车辆手动驾驶需要精准停车的背景意义

1.1 车辆行驶方式分为ATO、ATP 、RM三种模式。ATO模式是自动驾驶模式，此模式下车辆可以自动驾驶对标停车，ATP和RM模式是手动驾驶模式，此两种模式需要司机进行人工驾驶对标停车。

虽然车辆设计了ATO模式驾驶自动对标停车功能，但是在日常运营过程中，以下四种情况使得手动驾驶人工对标停车的频率依然很高。

（1）车辆在段内运行时使用RM限速模式，车辆回库停至规定股道需要司机手动人工对标停车，需要精准对标登程梯，司机是通过登程梯实现上下车辆。

（2）车辆出段时，在高柱信号机前需要司机手动人工精确对标。高柱信号机的信号是车辆段信号楼与正线控制中心的信号转换分界点。如果出现过标或欠标停车，车辆均接收不到控制中心的发车信号，影响车辆上线运营。

（3）车辆在雨雪天气，轨道线路容易出现打滑现象，ATO自动驾驶无法满足车站精准对标，必须转换ATP模式驾驶人工对标停车。

（4）当自动驾驶ATO系统信号出现故障，停车对标不准确时，需要转换ATP模式人工对标停车到正确位置方能打开车门及屏蔽门上下乘客。

1.2 车辆出现对标不准确会导致以下问题

（1）库内股道停车不精确，司机室门无法对准登程梯，司机上下车在登程梯上增加坠落的风险，存在人身安全隐患。股道内二次调节车辆，区间距离太短容易发生车辆撞击安全带事故，增加车辆撞损的风险，存在车辆安全隐患。

（2）车辆出段时，在高柱信号机前需要司机手动人工精确对标。高柱信号机的信号是车辆段信号楼与正线控制中心的信号转换分界点。如果出现过标或欠标停车，车辆均接收不到控制中心的发车信号，导致车辆发车晚点，影响正线运营。严重甚至打乱正线车格次序，增加线上车辆运营晚点事故，容易造成大客流堆积，不满足安全运营指标。

（3）雨雪天气，正线地面轨道湿滑，自动驾驶模式无法精准实现自动停车。车辆容易在进入车站时出现冲站或停车不到位事故。冲站或停车不到位，均会导致停车位置不精确，车站内屏蔽门以及车门无法正常打开，严重影响乘客上下车。造成车辆出现晚点事故，并使得乘客投诉率显著上升。

二、地铁车辆手动驾驶精准对标停车影像助手的结构组成及设计原理

2.1 精准停车影像助手的结构组成

（1）适配电源：设计适配地铁车辆的电源，为影像助手提供电能；

（2）高清摄像头：通过摄像头捕捉地面标参照物；

（3）高清显示器：通过显示器显示参照标及地面标；

（4）固定安装底座：抗震耐磨，支撑摄像头及显示器；

（5）遮光外罩：显示器上设计遮盖外罩，强光情况也能在显示器上清晰显示；

（6）语音提醒设备：距离位置提醒功能；

（7）防水抗磨轨道地面指示标：地面标参照物，耐磨防风、防雨、耐腐蚀。

2.2 精准停车影像助手设计的基本原理

地铁车辆安装精准对标影像助手后，通过摄像头准确的找到正前方轨道地面指示标，反馈到显示器上，司机通过观察显示器上参照标与地面标重合，实现精准停车，并伴有定位语音提醒功能。

三、地铁车辆手动驾驶精准对标停车影像助手设计发明创新点

3.1 目前国内地铁车辆优化停车对标方案主要是通过调教牵引系统及制动系统的配合度来实现，例如优化电空转换等方式。但是这类方案存在以下2项缺点：

（1）只能从车辆性能上优化平缓车辆减速度曲线，只能降低司机操作难度，无法提供精准停车参照。

（2）对牵引系统和制动系统会产生固定依赖性，如果一类系统生产方变更或产品升级、国产化改造，均要重新匹配参数，无法保障后期适配效果。

3.2 创新点：全国地铁车辆司机室车体多未设计侧窗，也导致司机无法直接肉眼看到车站侧面有效停车参照物，无法实现精准停车。本次设计产品可通过摄像头、显示器等视觉影像、定位语音提醒功能，精准对标正前方轨道地面参照指示标，实现精准对标停车。

四、地铁车辆手动驾驶精准对标停车影像助手的设计实施过程

（1）设计车辆手动精准对标影像设备理论概念图；

（2）针对要实现的功能进行备件选型；

（3）改造电源并匹配到地铁车辆电路设计中；

（4）结合现有3号线、12号线、13号线车辆司机室操控台结构，车辆震动性能，定制显示器、安装座等部件；

（5）正线铺设防水抗磨轨道地面指示标；

（6）动态调试，优化摄像头及地面标位置精准；

（7）培训司机正确的使用方法。

五、地铁车辆手动驾驶精准对标停车影像助手使用效果及解决现有停标问题

设计产品已在大连地铁3号线、12号线、13号线装车运行，有效解决日常运营中出现的以下问题：

（1）解决库内股道停车不精确，司机室门无法对准登程梯问题，有效避免人员在登程梯坠落的风险。

（2）解决股道内二次调节车辆，区间距离太短问题，有效避免车辆撞击事故的发生。

（3）解决车辆出段时，高柱信号机人工对标不准确，车辆接收不到控制中心的发车信号，导致车辆上线晚点问题。避免扰乱正线车格次序、大客流堆积等运营事故的发生。

（4）在雨雪天气，正线地面轨道湿滑及ATO系统故障自动驾驶模式失灵情况下。有效解决车辆手动驾驶进站停车冲站或不到位问题。避免因停车不准屏蔽门、车门无法正常打开，导致乘客无法及时上下车，造成的车辆晚点事故。避免二次调节车辆产生“急启急停”晃客现象，降低乘客摔伤风险及乘客投诉率。

六、地铁车辆手动驾驶精准对标停车影像助手产生经济效益

该设计发明设计成本低，产生的生产安全风险效益、运营安全指标效益很高。

（1）设计材料费用较低。

（2）降低司机坠伤安全风险成本、降低车辆撞损维修风险成本。

（3）提升安全运营指标，节约公共交通考核成本。

七、结论：

本次车辆手动精准对标影像助手的设计，解决了大连地铁现存的车辆手动驾驶停标对标不准确问题。该设计特点成本低、效果好。能够有效的解决日常运营过程中频繁出现的四类因人工手动停车不准带来人身安全、车辆安全及运营安全的隐患。有效提升司机登程车辆安全性，提升车辆停车准确性。在日常运营中更是发挥突出作用。解决了因高柱信号对标不准导致车辆出库延误问题，解决了因ato设备故障、雨雪天气轨道湿滑等造成车辆手动停车不准确导致的晚点事故，降低了车辆晃客事件的发生，降低了乘客投诉率

该设计已在大连地铁车辆上调试运行成功，提升库内停车准确率至95%，降低57%车辆欠标、冲标问题，降低25%车辆出库晚点率，全年平均缩短正线运营晚点时长约160min，极大提升的大连地铁的运营指标及服务质量。

参考文献：

[1]林存增 中国北车集团大连机车车辆有限公司 大连快轨3号线碳钢车车辆运营保养手册（G），2014。

[2]林存增 中国北车集团大连机车车辆有限公司 大连快轨3号线车辆电气原理图（G），2014。

[3]王宏刚 人民交通出版社股份有限公司 城市轨道交通信号与通信系统，2020。

[4]刘廷虎  雅美达深圳电器有限公司 影像仪产品手册。

[5]徐彦 中国铁道出版社 城市轨道交通车辆驾驶控制系统，2016.