軌道交通控制中心智能化發展研究總結

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軌道交通信號與控制

原文作者：Ian Mitchell and Nora Balfe

徐紀康 提供素材

本文圍繞軌道交通控制中心智能化的核心問題“應智能化什么”與“如何智能化”展開深入探討，結合全球高鐵與地鐵控制中心的調研數據，系統分析了當前軌道交通控制中心的現狀、問題、人機協作潛力及未來發展方向。

一、軌道交通控制中心智能化背景與核心功能

（一）發展背景

軌道交通自動化領域擁有深厚的歷史積淀。在列車自動駕駛方面，地鐵列車的自動化應用已超50年，最高等級的GoA4級“無人駕駛系統”在新線路建設中已成為常規配置，ETCS等信號系統與ATO（自動列車運行）的結合，被視為提升高速鐵路和地鐵運能的“游戲規則改變者”。

20世紀80年代以來，ATS中的自動排列進路功能（ARS）標志著現代化鐵路控制中心的雛形出現。但直至今日，軌道交通工作人員仍需與計算機協同工作，共同管理軌道交通的運營。

（二）核心功能

1、列車運行管理：這是傳統“調度員”的核心職責，需監控列車位置，依據當日時刻表為列車規劃行進路線。如今，ARS已成為ATS系統的標配，調度員主要負責監控列車運行狀態，當列車延誤或發生基礎設施故障導致需要調整所用時刻表時，可手動關閉特定區域或特定列車的ARS功能，手動設置進路以處理突發情況。

2、維護人員進入軌行區的管理：該功能雖看似次要卻至關重要，需滿足軌道維護人員作業的需求。控制中心需響應相關請求，協調維護人員進入軌行區的權限與列車運行。與自動選進路不同，此功能目前多為人工操作，依賴電話溝通、紙質記錄，調度員需手動確認維護人員進入的位置、設置“提醒”防止沖突并口頭授權。

二、當前智能化水平存在的問題

1、調度員工作量波動大：ARS在正常運營時能有效降低調度員的工作量，但在部分區域運營故障情況下，調度員需同時處理 人工選進路、與ARS交互及事故溝通等多項任務，工作量急劇增加。而且，ARS控制區域通常大于手動控制區域，故障時調度員負荷更重。此外，調度員需要預判ARS的行動，這也增加了其心理負擔，甚至可能因不確定ARS選擇的進路而關閉使用ARS系統。

2、對自動化的信任不足：以英國鐵路的ARS為例，系統缺乏對信號員的計劃行動反饋，雖可查詢計劃路線，但流程繁瑣且結果易變，調度員可能將其視為“誤導”，導致對系統的信任度降低。而聯鎖系統因極高的可靠性，被調度員普遍信任。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度員不愿再依賴該系統。

3、人為可靠性相關安全風險：維護人員進入軌行區、列車冒進信號授權等作業任務缺乏智能化支持，且ATS系統設計未充分以用戶為中心，存在信息不足、流程缺口、時間壓力等問題，易引發人為失誤。英國鐵路事故調查局（RAIB）的多份報告，如2019年Margam軌道工人被撞事件、2020年Worlingham道口險情等，均凸顯了這些問題帶來的安全隱患。

三、計算機與調度員的能力優劣對比

（一）計算機優勢

-能快速、準確地處理海量機器可讀數據；

-在決策標準明確且軟件實現正確、信息完備準確的情況下，決策一致性高；

-行動迅速且不受控制中心其他事件干擾。

（二）調度員優勢

-更擅長應對缺失數據、不確定性及模糊的決策標準；

-可從經驗中學習，相互借鑒，能隨時間調整優先級以適應變化；

-可利用計算機未知的信息進行決策。

（三）現有系統對能力的利用情況

-列車進路選擇功能自動化程度高，進路選擇功能的執行始終由信號系統通過聯鎖實現自動化，ARS還能自動決策進路選擇的方案和時機，但在部分場景下，二者有時會出現不一致的情況，調度員需要憑借ARS未掌握的額外信息或經驗手動選進路，這需要調度員持續監控ATS界面。

-維護人員進入軌行區的安全功能自動化支持極少，過度依賴人工，導致在服務起止時段等場景下調度員工作量激增，甚至迫使維護人員采用安全性較低的作業方式。

四、智能化改進方向與實踐案例

（一）維護作業人員進入軌道自動化

日本JR-East的ATOS提供了成功范例。該系統將維護作業的區域、起止時間錄入維護工作數據庫，與列車運行計劃聯動，提前驗證軌道接入與列車服務需求無沖突或調整計劃以避免沖突。維護人員通過便攜終端申請軌道接入，系統確認符合計劃后，會檢查相關列車通行情況，鎖定聯鎖設備防止被選路，通過終端向維護人員發送安全接入信息；作業完成后，終端反饋系統，聯鎖解鎖，ARS恢復運行。正常情況下無需控制中心人員介入，僅在計劃需調整時，才需要調度人員人工介入。

（三）信息共享與可視化升級

1、傳統ATS界面缺陷：調度員工作站界面聚焦基礎設施，僅展示列車當前位置和運行編號，缺乏時間維度信息，無法可視化ARS功能的整個決策過程，調度員需人工預判未來列車運行情況。

2、優化工具：

-列車圖表：以距離-時間為軸，展示列車實際與預測運行軌跡，通過線路斜率反映列車速度，線路交叉提示列車沖突。預測方式包括基于時刻表、列車動力學模型、歷史數據等，AI技術可分析歷年數據提升異常場景下的預測準確性。

-平臺占用圖表：聚焦單個車站，以時間為橫軸、站臺或線路為縱軸，用條形圖展示列車到發時間，直觀呈現站臺占用沖突。

-這些工具能降低調度員工作量，提升決策相關性和自動化透明度，增強人機信任感。

（四）人機協作與流程優化

1、動態時刻表與“假設分析”功能：調度員可編輯時刻表并可視化修改效果，將調度員經驗融入自動化執行中。“假設分析”功能支持創建多個運行場景，通過調整列車時刻、進路等參數，對比不同場景的KPI（如延誤時間、延誤列車數等），輔助調度員做出最優決策。

2、跨角色與跨機構協作：ATS系統向其他管理人員開放，提供統一視圖，平衡局部與整體需求，突破控制中心邊界；借助云技術和虛擬會議工具，實現分布式管理，降低單一故障點風險；拆分調度員的部分職能，緩解工作量壓力。

五、核心結論與未來展望

1、軌道交通控制中心未來仍將保持“自動化+調度員”的協作模式，調度員在應對模糊場景、利用經驗信息等方面的優勢短期內無法被替代，需保留調度在關鍵決策中的作用。

2、未來智能化發展的核心是實現人機和諧協作，需以用戶為中心，讓調度員參與系統開發，強化人機協作屬性。重點提升維護人員進入軌行區管理的自動化水平，使其與列車進路功能的自動化水平相當。

3、控制中心與ATO、C-DAS等技術的聯動應用將成為趨勢，不僅能優化人機協作，還能支持軌道交通不同崗位的人員跨地域協作，提升軌道交通運營的安全性、效率和可靠性。

4、控制中心進一步可借助AI、大數據等技術提高智能化水平，但需逐步推進，以調度員對系統的信任建立為前提，可通過“系統建議-調度員確認”的過渡模式，積累足夠經驗后，實現部分場景的全自動決策。

素材來源：投稿

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