城市轨道交通全自动运行系统控制逻辑研究

代继城

西安市轨道交通集团有限公司

摘要：智慧城轨建设进程持续推进，全自动运行系统逐步成为新建城轨线路主流制式，系统底层控制逻辑直接决定行车稳定性、应急处置能力与路网运营效能。本文拆解全自动运行感知、决策、执行三级控制架构，厘清车辆、信号、综合监控系统交互权责，结合列车出入库、正线行车、故障应急核心运营场景，研判现有控车逻辑冗余缺陷，优化场景化逻辑触发与校验机制，依托全域仿真平台完成多维性能核验，论证优化方案安全可行性，为城轨全自动运行线路控车逻辑优化、标准化运营提供理论支撑。

关键词：城市轨道交通；全自动运行；层级架构；控制逻辑；行车安全；仿真校验

引言

国内各大城市轨道交通路网稳步扩容，全自动无人运行线路逐年落地投运，行业无人化、一体化运营发展趋势凸显。传统司机值守驾驶模式，依托人工主观判断完成行车操控，易受人员状态、作业经验影响，存在操控标准不一、应急处置滞后、人力运营成本偏高、高峰运力调配受限等常态化痛点。全自动运行依托程序化闭环控制逻辑实现无人自主行车，逻辑设计合理性直接把控全线运营安全，因此深耕系统层级权责、优化场景适配控制逻辑，能够从源头降低行车风险，提升路网周转效率，减少人工干预频次，契合当下城轨智慧化转型发展需求。

一 全自动运行系统的核心控制层级与功能边界

（一）感知层：全域行车状态信息采集层级

感知层为全自动运行前端基础层级，对接车载传感、轨道监测、站台安防、车场环境全域前端设备，常态化采集列车运行姿态、线路工况、设备运行状态、区间环境风险各类现场数据。该层级仅负责现场数据采集、降噪规整与稳定传输，不参与行车指令研判，统一各类设备数据传输协议，过滤环境杂讯干扰，将有效数据上传后台决策中枢，同步留存运行台账便于故障溯源。感知层联动机电、消防、信号前端硬件设备，打通现场工况与后台管控链路，是保障后续行车研判精准度的基础单元。

（二）决策层：多系统协同行车研判中枢

决策层处于三级架构核心位置，联动信号、车载控制、综合监控、路网调度系统协同作业，依据预设程序规则完成行车方案编制、风险等级判定、管控指令分级下发。该层级明确常态行车、降级管控、应急停运三类工况权责边界，统一跨系统指令交互标准，化解不同厂家配套系统指令时序错位、适配冲突问题，结合路网运行计划、现场感知数据自主调控行车节奏，兼顾单线行车管控与全域路网联动调度，平衡运营效率与行车安全双重目标[1]。

（三）执行层：闭环行车指令落地管控单元

执行层对接列车车载机构、站台联动设施、车场道岔电控装置，专职落地决策层下发行车指令，配套硬件自锁兜底防护机制。常规运营工况下，精准完成列车调速制动、车门联动、道岔切换、场站机电联动作业；异常工况下即刻启动硬件防护程序，暂停高危行车动作，反向上传执行反馈数据，构建双向闭环管控链路。同时划分自动执行、应急自锁、远程人工接管三级权限，明晰自动化作业与人工介入边界，规避指令越级、无效执行问题，完善全层级权责管控体系。

二 典型运营场景下的控制逻辑优化路径

（一）车场值守场景：唤醒出库与回库休眠逻辑精简

列车自主唤醒出库、运营结束回库休眠为场站每日基础高频作业场景，原有控制逻辑自检流程繁琐、校验步骤重复，列车待命耗时较长，制约车场周转效率。本次优化秉持安全底线不变原则，合并同质化设备自检流程，优化车载设备、车场门禁、道岔联动触发时序，将分步串行自检改为并行同步自检模式。区分日常运营休眠、夜间深度断电休眠两类工况，优化断电唤醒判定逻辑，杜绝夜间无效反复自检，联动路网运行计划前置匹配出库时序，减少后台人工参数调整，提升车场列车自主调度周转能力。

（二）正线载客场景：区间追踪与站台停靠逻辑迭代

正线区间通行、站台精准停靠为载客核心场景，原有固定参数控车逻辑适配性偏弱，复杂工况下列车行车平稳性不足，站台车门对位偏差频发。依托线路道床、气象常年工况优化自适应控车逻辑，增设前后车动态测距模块，根据路网车流密度灵活调整安全行车间距，适配高低峰差异化行车节奏。优化分段制动控制程序，平缓列车启停顿挫感，优化车门与屏蔽门对位补偿逻辑，缩小停靠错位差值，提升乘客乘车舒适度与上下客安全性，适配线路常态化载客运营[2]。

（三）突发风险场景：分级故障应急联动逻辑补强

针对车载设备异常、区间外物侵入、通信信号波动、站台突发险情四类常见工况，原有应急逻辑分级模糊，处置方式单一，易出现不必要全线停运、应急处置拖沓问题。结合风险危害程度重构分级应急控制逻辑，划分轻微告警、一般隐患、高危风险三级触发阈值，轻微设备告警自主容错运行，后台留存记录即可；一般行车隐患择机就近清客折返；高危风险即刻制动隔离线路，联动通风、安防、消防设备协同处置。加快应急模式切换时效，简化人工介入审批流程，提升系统自主应急处置能力，压缩故障占道停运时长。

三 优化后控制逻辑的安全校验与仿真验证

（一）全工况数字化仿真测试环境搭建

贴合线路真实路网布局、车场拓扑、设备配置，搭建全覆盖数字化仿真测试平台，复刻日常载客、车场运维、极端气象干扰、设备故障各类运营工况，录入线路坡度、通信时延、轨道工况真实场地参数，还原三级控制系统联动运行状态。平台可模拟通信波动、部件老化、外物闯入多元干扰场景，可对照运行新旧两套控制逻辑，无需现场实车试验即可完成测试，规避线下行车试验风险，适配多轮常态化压力测试工作[3]。

（二）三大维度控制逻辑闭环压力测试

固定路网负荷、环境干扰基础变量，从三大核心维度开展标准化测试。第一为功能适配性测试，核验四类核心场景逻辑触发精度、跨设备联动匹配度，研判全工况适配能力；第二为故障响应测试，统计异常工况识别、指令下发、终端执行全流程时效，对比原有逻辑响应效能；第三为安全冗余测试，模拟信号延迟、单设备失效故障，核验备用兜底逻辑启动可靠性，判定极端工况行车防护能力，全方位核验优化逻辑运行性能。

（三）测试复盘研判与逻辑定稿优化

整合常规工况、极限工况仿真测试数据，对比新旧控制逻辑运营指标，排查逻辑时序漏洞、工况适配短板、联动延时缺陷。微调工况判定阈值、指令下发间隔、备用程序启动时序，补齐弱通信、低能见度特殊场景适配短板，统一全线列车控车参数。优化后控制逻辑工况适配性、应急响应速度、安全冗余能力均优于原有逻辑，完全符合城轨全自动运行安全管控规范，具备车场及正线实地落地可行性。

结语

全自动运行三级控制架构分工清晰、联动闭环，现有控车逻辑普遍存在车场流程冗余、正线控车固化、应急分级不完善等短板。针对性优化出入库、正线行车、故障应急场景控制逻辑，可同步提升路网运营效率与行车安全等级。经全域仿真多维核验，优化后逻辑适配性更强、应急处置高效、安全防护完备，适配国内多数城市新建及改造全自动线路。后续可结合线路客流、场地环境微调逻辑参数，完善人机协同管控机制，稳步推动城轨全自动运行技术规范化普及应用。

参考文献

[1]徐云涛, 孙鹤津, 冯新珍, 谷睿, 王连霞, 王多龙. 全自动运行系统中列车运行调整策略分析与研究 [J]. 中国储运, 2025, (12): 145.

[2]张瑞雪. 城市轨道交通全自动运行系统应用及展望 [J]. 城市轨道交通, 2025, (09): 76-79.

[3]闫宏伟. 基于STAMP的轨道交通全自动运行系统安全分析研究[D]. 导师：燕飞. 北京交通大学, 2016.

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