城市轨道交通无人驾驶的关键技术特点探析

1 引言

全球城市化率的快速提升导致城市人口激增，交通需求呈爆发式增长，交通拥堵已成为制约城市发展的关键瓶颈。以我国超大城市为例，早晚高峰时段平均通勤时长超 1.5 小时，交通拥堵造成的经济损失占 GDP 的 3%～5% 。城市轨道交通因大运量、低能耗、准时性强等优势，成为缓解拥堵的核心手段，随着人工智能、自动化控制及通信技术的突破，无人驾驶技术在轨道交通领域的应用逐渐成熟。该技术通过全自动化系统实现列车的自主运行与监控，可有效克服人为因素干扰，为提升轨道交通服务质量提供了技术支撑。

2 城市轨道交通无人驾驶技术概述

城市轨道交通无人驾驶是指通过集成自动化控制系统，实现列车从发车到收车全流程无人操作的技术体系。根据国际铁路联盟（UIC）标准，其自动化等级分为GoA1 至GoA4 级：

GoA1（有人值守自动运行）：司机负责开关门及应急操作，列车自动运行；

GoA2（无人值守自动运行）：无司机，站台人员协助应急处理；

GoA3（带乘客紧急制动功能）：全自动化运行，乘客可触发紧急制动；

GoA4（完全无人值守）：无人员干预，系统自主处理所有场景。

3 核心技术系统及特点

3.1 列车自动运行系统（ATO）

列车自动运行系统（ATO）由车载控制器、地面区域控制器及定位设备组成，核心功能是实现列车的自动加速、减速、停车及折返，其控制原理基于预设速度曲线与实时线路数据，通过精准调节牵引与制动系统，确保列车按时刻表运行；该系统具有显著的关键技术特点，在精确停车方面，融合轨道电路、信标定位及激光雷达技术，可实现 ±30mm 的停车精度，保障列车门与站台门的精准对接；在自动折返上，列车到达终点站后能自主完成换向、开关门及发车流程，折返时间较人工操作缩短 30% 以上；同时，它还能与列车自动监控系统（ATS）实现协同控制，根据客流变化动态调整运行间隔，高峰时段最小间隔可压缩至90 秒。

3.2 列车自动防护系统（ATP）

列车自动防护系统（ATP）作为保障列车运行安全的核心，通过实时监测列车速度、位置及线路状态，构建“速度- 距离”安全防护模型，当列车出现超速、冒进信号或遇障碍物等危险情况时，能立即触发紧急制动，确保列车间隔与行车安全。为实现高可靠性，该系统采用多层次的故障- 安全设计：硬件层面，关键设备采用双机热备模式，主系统故障时备用系统可无缝切换，实现 99.99% 的故障自我修复，在保障安全的同时兼顾了运营效率。

3.3 通信系统

通信系统在列车运行中起着关键作用，其中车地通信作为连接列车与地面控制中心的重要环节，主流技术包括 LTE-M 和 Wi-Fi6，LTE-M 是基于 4G 演进的专用通信技术，传输速率达 150Mbps ，延迟小于 50ms ，可支持高清视频实时回传，Wi-Fi6则适用于短距离高密度场景，成本较低，但需要部署轨旁 AP 以实现无缝覆盖，在通信中断时能自动切换至备用信道，保障控制指令的连续传输；列车内部通信采用分层网络架构，列车级网络实现各车厢数据交互，车辆级网络连接牵引、制动等设备，通信协议以MVB为主，传输速率 1.5Mbps ，可满足实时控制需求。

3.4 车辆技术

车辆技术在无人驾驶领域展现出多项创新成果，在无人驾驶适应性设计方面，通过取消司机室使客室空间增加 10%～15% ，采用铝合金与碳纤维材料打造的轻量化车身令自重降低 20% ，同时搭载激光雷达、高清摄像头及毫米波雷达实现 360^∘ 环境监测，障碍物识别距离不小于500m ；在智能运维与节能技术上，故障预测与健康管理（PHM）系统借助振动、温度等传感器采集设备数据，结合机器学习进行故障预测，使维护效率提升 40% ，再生制动技术能在制动时将动能转化为电能回馈电网，节能率达 30% ，而智能空调与 LED 照明系统则进一步降低能耗 15% 。

4 技术优势与发展趋势

4.1 应用优势

从应用优势来看，城市轨道交通无人驾驶技术通过全流程自动化控制实现了运营效能的多维度提升。在效率层面，借助精准的自动调度与协同控制，列车发车间隔可缩短 20%～30% ，单向高峰小时运能突破6 万人次，有效缓解了大运量客流的运输压力；安全层面，通过消除司机疲劳、误操作等人为因素，相关线路的事故率降低 90% 以上，构建了更可靠的行车安全屏障；成本层面，不仅省去了大量司机人力成本，还因运行精准性提升减少了设备损耗与能耗，全生命周期运营成本下降25% ，显著增强了行业可持续发展能力。

4.2 发展趋势

从发展趋势而言，该技术正朝着更智能、更协同、更融合的方向演进。一方面，数字孪生技术的深度应用将实现列车、线路及客流的全场景仿真，通过虚实映射优化运行策略与应急响应能力；另一方面，跨线路互联互通成为重要方向，通过统一技术标准与调度机制实现共线运行，大幅提升轨道交通网络的协同效率。

5 结论

城市轨道交通无人驾驶技术通过ATO、ATP、通信系统及智能车辆的协同作用，实现了运营流程的全自动化。其核心优势在于提升效率、保障安全及降低成本，已成为解决城市交通问题的重要技术路径。未来需进一步突破复杂环境下的通信抗干扰技术、提升智能运维的精准度，推动技术向更高自动化等级发展。

参考文献

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