论文部分内容阅读
【摘 要】介绍铁路机务运用现状，分析制约发展的因素。介绍无人驾驶和远程控制技术现状和成熟案例。针对机务运用问题，以无人驾驶和远程控制技术融入为基础，分别按不同技术阶段和铁路运营方式提出机务运用新模式的构想。
【关键词】无人驾驶；远程控制；铁路机务；运用构想
引言
随着铁路现代化迅速发展和改革不断推进。追求效益与安全并重的经营思维尤为突出。市场化、灵活化和追求最大效益的运输组织模式给机务运用带来前所有为的困难和挑战。传统的模式所产生的人工成本将成为制约企业效益最大化的主要问题。利用无人驾驶和远程控制技术，按照不同技术阶段，构想机车运用新模式，最大程度释放机务运输能力。
一、机务运用现状及问题
为适应铁路快速发展，国铁机务运用已有显著提升和较大创新。以和谐型机车为代表的先进运输装备技术保障下，客货运机车交路都大幅延长，实现了直达旅客列车和直通货物列车一机直达。打通了主要运输结点，释放了枢纽和编组站通过能力。机车功率和黏着特性不断提升优化，客运机车加速性显著提高，主要通道货物列车牵引定数得到提升，补机区段减少或可实现双机重联，万吨和单元式组合两万吨列车开行成为常态。乘务制度和乘务交路不断优化调整，司乘人员使用效率大幅提升，劳动强度和作业时间得到有效控制。单司机、标准机班已广泛铺开，作业方式由换挂改换乘，进一步压缩了辅助作业时间。已形成车循环人继乘，安全优质高效，重载快速环保的机务运用模式。
但随着运输市场化需求，现有运用模式仍存在许多制约发展的问题，尤其是司乘人员的使用体制将成为制约发展的主要瓶颈。一是司乘人员工作性质不适应脉动式运输需求。现行乘务工作制是有计划安排司乘人员出乘，工作一定时间后必须满足休息时间才能第二次出乘，人员大量在途中，不便集中调配。市场化运输后，运输任务随市场需求变化，存在较大波动，如黄金周运输，春运等等。峰值运输量远远大于日常平均值，造成人员使用极不均衡，运输淡季使用效不饱和，运输峰值人员又严重不足。二是司乘人员途中作业时间不稳定，增加人工成本。因列车速度等级增加，货物列车在速差式运行图中旅行时间延长，列车中途停轮时间也计入司乘人员作业时间，易发生人员超劳换班问题，既不利于安全也不利于效率。如不换班继续作业，则须支付高额的超时工资，大幅增加人工成本。三是装备型号不统一和辅助工作投入较大。现有机车和动车组虽已简统，但型号间仍有差别，换班继乘难度大。司乘人员改装培训周期较长，日常操纵也不易完全掌握，造成技能性缺员。培训设备运用也需要大量成本投入。而列车开行方向或列数增加，受人员休息时间限制，司乘人员在外点停留人数也相应增加，使公寓、叫班等辅助性设施和人员投入都要增加。因此解决用人模式的限制是進一步提升效能的重要突破口，无人驾驶和远程控制技术将成为有效手段。
二、无人驾驶和远程控制技术发展及应用
无人驾驶和远程控制技术起源于20世纪初，1925年无线电设备公司Houdina Radio Control设计了一辆“无人”驾驶汽车American Wonder，该车由普通汽车安装一个无线电接收设备，通过接收指挥人发出的无线电信号，遥控马达来操作车的方向盘、制动器、加速器等。开创了无人驾驶先河。随着自感知和智能化等技术飞速发展，形成了遥控驾驶到有人监护下的自动驾驶和完全自动驾驶的发展体系。其中有人监护下的自动驾驶技术已经相对成熟和稳定。
该技术应用与成熟是在军事领域，1973年美国在越南战争结束后，提出了“零死亡”理论，以最大限度降低人员伤亡。军事领域给予无人驾驶和远程控制技术巨大财力支持和广阔试验空间，用于处理高危任务和人员无法达到地区。如1986年前苏联切尔弄贝利核电站事故，使用遥控车辆处理高放射性污染物。1991年海湾战争，美军使用有人远程操纵无人机吸引侦查地面防空火力和打击纵深目标，极大降低了人员伤亡率。和平时期，该技术被广泛用于工业企业，以降低劳动强度和人工成本。例如无人驾驶钢水包运输车，无人驾驶物流车和无人驾驶放射性物品运输车等。我国铁路无人驾驶也开始了探索和尝试，2017年底通车的莞惠城际铁路就是全球首条CTCS2+ATO列控系统的自动驾驶200km/h等级线路。2018年京沈客专线启动了CTCS3+ATO列控系统350km/h高铁自动驾驶系统现场试验。新技术使用将打破机务传统运用模式，极大提高生产效能。
三、机务运用新模式的构想
照轨道交通自动化按国际标准分4个等级（GOA），从低至高为GOA1至GOA4。GOA1级是系统监督下的人工驾驶，司机操纵列车，列控系统监督。GOA2级是有人值守的自动驾驶，列车运行和停站由系统控制，司机监护和辅助操作。GOA3级是有人监护的无人驾驶，列车无司机，系统控制运行全过程，仅有乘务人员处置突发问题。GOA4级是无人监督自动驾驶，列车上无司乘人员，全过程均有系统控制。
我国现有铁路绝大多数采用GOA1等级，因此需要大量司乘人员。短期内技术提升直接跨入GOA3级或以上难度巨大，且影响大批司乘人员岗位，既不利于基础工业发展，更将产生较大负面社会效应。因此结合我国铁路实际，提出适应社会效益下的机务运用模式构想。
远程控制无人驾驶模式下的机务运用。在既有机车和动车组增加远程控制设备和全景显示监护系统。运行完全由系统执行，司乘人员不再随车，改在地面远程监护。列车控制信息和内外部全景图像回传至机务段控制中心，监护人员在各工位对列车进行监护控制。该模式完全颠覆了传统运用模式。首先是人员使用效率根本性改变，没有了司机和乘务交路概念，司机岗位完全由监护员代替，工作场所固定，人员在段内控制中心进行远程控制监护。工作制也由工时制变为标准日勤制或四班制，换班和“继乘”全部在段内进行，作业时间规律性和人员使用集中性得到根本性改变。列车开行不再受司乘人员单班工作时间限制，货物列车因速差制造成的旅行时间延长不再产生监护人员超劳。从根本上解决了人力资源矛盾，释放了机务人员效能。其次是机车运用效率大幅度提升，不再因人员换班继乘和机型准驾增加换挂和技术作业。货物列车补机区段仅需加挂补机，不再需增加乘务人员。改装电气复合车钩后，机车摘挂不需要列检作业，可自动连挂或摘解。再次是辅助后勤设施和人员大幅减少。实行远程监护控制后，人员操作技能要求可大幅降低，技能门槛进一步降低，原司乘人员培训周期可由三年缩短至一年以内，也不需投入大量模拟培训器材，控制中心既能满足监护控制功能也可满足模拟练习需要。同时沿途行车公寓和机务折返点均可以撤销。最后是应急处置一体化配置。因为列车上不再设置值守人员，途中发生问题远程无法处理时，就近派出应急处置人员。以工电融合为基础，在线路区间综合工区内设置少量应急人员，实现人员集中化生活、专业化管理和高效化使用。大幅度提高了人员运用效率，降低了人工成本，同时又保留了相当数量的监护员就业岗位，使企业利益和社会效益都得到保证。
四、结束语
远程监护无人驾驶系统技术已经成熟考核，相比有人驾驶系统具有安全性和可靠性。充分发挥利用科技设备保安全，提效率的作用，极大的提升了铁路企业的运输效能，也从根本上改变了铁路机务运用的旧格局，彻底解决了人力资源限制企业发展的瓶颈问题。
参考文献：
[1] 朱翔、王大庆 城市轨道交通无人驾驶技术的若干应用问题 城市轨道交通研究 2006.12
[2] 蒋历正 浅析无人驾驶系统 铁路通信信号工程技术 2006.2
[3] 邓家龙 无人驾驶城轨列车控制系统的研究与开发 铁道车辆 2007.9
[4] 陆小红 高速铁路列车自动驾驶系统的研究和仿真实现 铁路计算机应用 2011.4
（作者单位：南昌机务段）
【关键词】无人驾驶；远程控制；铁路机务；运用构想
引言
随着铁路现代化迅速发展和改革不断推进。追求效益与安全并重的经营思维尤为突出。市场化、灵活化和追求最大效益的运输组织模式给机务运用带来前所有为的困难和挑战。传统的模式所产生的人工成本将成为制约企业效益最大化的主要问题。利用无人驾驶和远程控制技术，按照不同技术阶段，构想机车运用新模式，最大程度释放机务运输能力。
一、机务运用现状及问题
为适应铁路快速发展，国铁机务运用已有显著提升和较大创新。以和谐型机车为代表的先进运输装备技术保障下，客货运机车交路都大幅延长，实现了直达旅客列车和直通货物列车一机直达。打通了主要运输结点，释放了枢纽和编组站通过能力。机车功率和黏着特性不断提升优化，客运机车加速性显著提高，主要通道货物列车牵引定数得到提升，补机区段减少或可实现双机重联，万吨和单元式组合两万吨列车开行成为常态。乘务制度和乘务交路不断优化调整，司乘人员使用效率大幅提升，劳动强度和作业时间得到有效控制。单司机、标准机班已广泛铺开，作业方式由换挂改换乘，进一步压缩了辅助作业时间。已形成车循环人继乘，安全优质高效，重载快速环保的机务运用模式。
但随着运输市场化需求，现有运用模式仍存在许多制约发展的问题，尤其是司乘人员的使用体制将成为制约发展的主要瓶颈。一是司乘人员工作性质不适应脉动式运输需求。现行乘务工作制是有计划安排司乘人员出乘，工作一定时间后必须满足休息时间才能第二次出乘，人员大量在途中，不便集中调配。市场化运输后，运输任务随市场需求变化，存在较大波动，如黄金周运输，春运等等。峰值运输量远远大于日常平均值，造成人员使用极不均衡，运输淡季使用效不饱和，运输峰值人员又严重不足。二是司乘人员途中作业时间不稳定，增加人工成本。因列车速度等级增加，货物列车在速差式运行图中旅行时间延长，列车中途停轮时间也计入司乘人员作业时间，易发生人员超劳换班问题，既不利于安全也不利于效率。如不换班继续作业，则须支付高额的超时工资，大幅增加人工成本。三是装备型号不统一和辅助工作投入较大。现有机车和动车组虽已简统，但型号间仍有差别，换班继乘难度大。司乘人员改装培训周期较长，日常操纵也不易完全掌握，造成技能性缺员。培训设备运用也需要大量成本投入。而列车开行方向或列数增加，受人员休息时间限制，司乘人员在外点停留人数也相应增加，使公寓、叫班等辅助性设施和人员投入都要增加。因此解决用人模式的限制是進一步提升效能的重要突破口，无人驾驶和远程控制技术将成为有效手段。
二、无人驾驶和远程控制技术发展及应用
无人驾驶和远程控制技术起源于20世纪初，1925年无线电设备公司Houdina Radio Control设计了一辆“无人”驾驶汽车American Wonder，该车由普通汽车安装一个无线电接收设备，通过接收指挥人发出的无线电信号，遥控马达来操作车的方向盘、制动器、加速器等。开创了无人驾驶先河。随着自感知和智能化等技术飞速发展，形成了遥控驾驶到有人监护下的自动驾驶和完全自动驾驶的发展体系。其中有人监护下的自动驾驶技术已经相对成熟和稳定。
该技术应用与成熟是在军事领域，1973年美国在越南战争结束后，提出了“零死亡”理论，以最大限度降低人员伤亡。军事领域给予无人驾驶和远程控制技术巨大财力支持和广阔试验空间，用于处理高危任务和人员无法达到地区。如1986年前苏联切尔弄贝利核电站事故，使用遥控车辆处理高放射性污染物。1991年海湾战争，美军使用有人远程操纵无人机吸引侦查地面防空火力和打击纵深目标，极大降低了人员伤亡率。和平时期，该技术被广泛用于工业企业，以降低劳动强度和人工成本。例如无人驾驶钢水包运输车，无人驾驶物流车和无人驾驶放射性物品运输车等。我国铁路无人驾驶也开始了探索和尝试，2017年底通车的莞惠城际铁路就是全球首条CTCS2+ATO列控系统的自动驾驶200km/h等级线路。2018年京沈客专线启动了CTCS3+ATO列控系统350km/h高铁自动驾驶系统现场试验。新技术使用将打破机务传统运用模式，极大提高生产效能。
三、机务运用新模式的构想
照轨道交通自动化按国际标准分4个等级（GOA），从低至高为GOA1至GOA4。GOA1级是系统监督下的人工驾驶，司机操纵列车，列控系统监督。GOA2级是有人值守的自动驾驶，列车运行和停站由系统控制，司机监护和辅助操作。GOA3级是有人监护的无人驾驶，列车无司机，系统控制运行全过程，仅有乘务人员处置突发问题。GOA4级是无人监督自动驾驶，列车上无司乘人员，全过程均有系统控制。
我国现有铁路绝大多数采用GOA1等级，因此需要大量司乘人员。短期内技术提升直接跨入GOA3级或以上难度巨大，且影响大批司乘人员岗位，既不利于基础工业发展，更将产生较大负面社会效应。因此结合我国铁路实际，提出适应社会效益下的机务运用模式构想。
远程控制无人驾驶模式下的机务运用。在既有机车和动车组增加远程控制设备和全景显示监护系统。运行完全由系统执行，司乘人员不再随车，改在地面远程监护。列车控制信息和内外部全景图像回传至机务段控制中心，监护人员在各工位对列车进行监护控制。该模式完全颠覆了传统运用模式。首先是人员使用效率根本性改变，没有了司机和乘务交路概念，司机岗位完全由监护员代替，工作场所固定，人员在段内控制中心进行远程控制监护。工作制也由工时制变为标准日勤制或四班制，换班和“继乘”全部在段内进行，作业时间规律性和人员使用集中性得到根本性改变。列车开行不再受司乘人员单班工作时间限制，货物列车因速差制造成的旅行时间延长不再产生监护人员超劳。从根本上解决了人力资源矛盾，释放了机务人员效能。其次是机车运用效率大幅度提升，不再因人员换班继乘和机型准驾增加换挂和技术作业。货物列车补机区段仅需加挂补机，不再需增加乘务人员。改装电气复合车钩后，机车摘挂不需要列检作业，可自动连挂或摘解。再次是辅助后勤设施和人员大幅减少。实行远程监护控制后，人员操作技能要求可大幅降低，技能门槛进一步降低，原司乘人员培训周期可由三年缩短至一年以内，也不需投入大量模拟培训器材，控制中心既能满足监护控制功能也可满足模拟练习需要。同时沿途行车公寓和机务折返点均可以撤销。最后是应急处置一体化配置。因为列车上不再设置值守人员，途中发生问题远程无法处理时，就近派出应急处置人员。以工电融合为基础，在线路区间综合工区内设置少量应急人员，实现人员集中化生活、专业化管理和高效化使用。大幅度提高了人员运用效率，降低了人工成本，同时又保留了相当数量的监护员就业岗位，使企业利益和社会效益都得到保证。
四、结束语
远程监护无人驾驶系统技术已经成熟考核，相比有人驾驶系统具有安全性和可靠性。充分发挥利用科技设备保安全，提效率的作用，极大的提升了铁路企业的运输效能，也从根本上改变了铁路机务运用的旧格局，彻底解决了人力资源限制企业发展的瓶颈问题。
参考文献：
[1] 朱翔、王大庆 城市轨道交通无人驾驶技术的若干应用问题 城市轨道交通研究 2006.12
[2] 蒋历正 浅析无人驾驶系统 铁路通信信号工程技术 2006.2
[3] 邓家龙 无人驾驶城轨列车控制系统的研究与开发 铁道车辆 2007.9
[4] 陆小红 高速铁路列车自动驾驶系统的研究和仿真实现 铁路计算机应用 2011.4
（作者单位：南昌机务段）