轨道交通控制中心智能化发展研究总结

轨道交通信号与控制

原文作者：Ian Mitchell and Nora Balfe

徐纪康 提供素材

本文围绕轨道交通控制中心智能化的核心问题“应智能化什么”与“如何智能化”展开深入探讨，结合全球高铁与地铁控制中心的调研数据，系统分析了当前轨道交通控制中心的现状、问题、人机协作潜力及未来发展方向。

一、轨道交通控制中心智能化背景与核心功能

（一）发展背景

轨道交通自动化领域拥有深厚的历史积淀。在列车自动驾驶方面，地铁列车的自动化应用已超50年，最高等级的GoA4级“无人驾驶系统”在新线路建设中已成为常规配置，ETCS等信号系统与ATO（自动列车运行）的结合，被视为提升高速铁路和地铁运能的“游戏规则改变者”。

20世纪80年代以来，ATS中的自动排列进路功能（ARS）标志着现代化铁路控制中心的雏形出现。但直至今日，轨道交通工作人员仍需与计算机协同工作，共同管理轨道交通的运营。

（二）核心功能

1、列车运行管理：这是传统“调度员”的核心职责，需监控列车位置，依据当日时刻表为列车规划行进路线。如今，ARS已成为ATS系统的标配，调度员主要负责监控列车运行状态，当列车延误或发生基础设施故障导致需要调整所用时刻表时，可手动关闭特定区域或特定列车的ARS功能，手动设置进路以处理突发情况。

2、维护人员进入轨行区的管理：该功能虽看似次要却至关重要，需满足轨道维护人员作业的需求。控制中心需响应相关请求，协调维护人员进入轨行区的权限与列车运行。与自动选进路不同，此功能目前多为人工操作，依赖电话沟通、纸质记录，调度员需手动确认维护人员进入的位置、设置“提醒”防止冲突并口头授权。

二、当前智能化水平存在的问题

1、调度员工作量波动大：ARS在正常运营时能有效降低调度员的工作量，但在部分区域运营故障情况下，调度员需同时处理 人工选进路、与ARS交互及事故沟通等多项任务，工作量急剧增加。而且，ARS控制区域通常大于手动控制区域，故障时调度员负荷更重。此外，调度员需要预判ARS的行动，这也增加了其心理负担，甚至可能因不确定ARS选择的进路而关闭使用ARS系统。

2、对自动化的信任不足：以英国铁路的ARS为例，系统缺乏对信号员的计划行动反馈，虽可查询计划路线，但流程繁琐且结果易变，调度员可能将其视为“误导”，导致对系统的信任度降低。而联锁系统因极高的可靠性，被调度员普遍信任。所以，智能化信任的建立难度大、破坏易，ARS的一次不良决策就可能让调度员不愿再依赖该系统。

3、人为可靠性相关安全风险：维护人员进入轨行区、列车冒进信号授权等作业任务缺乏智能化支持，且ATS系统设计未充分以用户为中心，存在信息不足、流程缺口、时间压力等问题，易引发人为失误。英国铁路事故调查局（RAIB）的多份报告，如2019年Margam轨道工人被撞事件、2020年Worlingham道口险情等，均凸显了这些问题带来的安全隐患。

三、计算机与调度员的能力优劣对比

（一）计算机优势

-能快速、准确地处理海量机器可读数据；

-在决策标准明确且软件实现正确、信息完备准确的情况下，决策一致性高；

-行动迅速且不受控制中心其他事件干扰。

（二）调度员优势

-更擅长应对缺失数据、不确定性及模糊的决策标准；

-可从经验中学习，相互借鉴，能随时间调整优先级以适应变化；

-可利用计算机未知的信息进行决策。

（三）现有系统对能力的利用情况

-列车进路选择功能自动化程度高，进路选择功能的执行始终由信号系统通过联锁实现自动化，ARS还能自动决策进路选择的方案和时机，但在部分场景下，二者有时会出现不一致的情况，调度员需要凭借ARS未掌握的额外信息或经验手动选进路，这需要调度员持续监控ATS界面。

-维护人员进入轨行区的安全功能自动化支持极少，过度依赖人工，导致在服务起止时段等场景下调度员工作量激增，甚至迫使维护人员采用安全性较低的作业方式。

四、智能化改进方向与实践案例

（一）维护作业人员进入轨道自动化

日本JR-East的ATOS提供了成功范例。该系统将维护作业的区域、起止时间录入维护工作数据库，与列车运行计划联动，提前验证轨道接入与列车服务需求无冲突或调整计划以避免冲突。维护人员通过便携终端申请轨道接入，系统确认符合计划后，会检查相关列车通行情况，锁定联锁设备防止被选路，通过终端向维护人员发送安全接入信息；作业完成后，终端反馈系统，联锁解锁，ARS恢复运行。正常情况下无需控制中心人员介入，仅在计划需调整时，才需要调度人员人工介入。

（三）信息共享与可视化升级

1、传统ATS界面缺陷：调度员工作站界面聚焦基础设施，仅展示列车当前位置和运行编号，缺乏时间维度信息，无法可视化ARS功能的整个决策过程，调度员需人工预判未来列车运行情况。

2、优化工具：

-列车图表：以距离-时间为轴，展示列车实际与预测运行轨迹，通过线路斜率反映列车速度，线路交叉提示列车冲突。预测方式包括基于时刻表、列车动力学模型、历史数据等，AI技术可分析历年数据提升异常场景下的预测准确性。

-平台占用图表：聚焦单个车站，以时间为横轴、站台或线路为纵轴，用条形图展示列车到发时间，直观呈现站台占用冲突。

-这些工具能降低调度员工作量，提升决策相关性和自动化透明度，增强人机信任感。

（四）人机协作与流程优化

1、动态时刻表与“假设分析”功能：调度员可编辑时刻表并可视化修改效果，将调度员经验融入自动化执行中。“假设分析”功能支持创建多个运行场景，通过调整列车时刻、进路等参数，对比不同场景的KPI（如延误时间、延误列车数等），辅助调度员做出最优决策。

2、跨角色与跨机构协作：ATS系统向其他管理人员开放，提供统一视图，平衡局部与整体需求，突破控制中心边界；借助云技术和虚拟会议工具，实现分布式管理，降低单一故障点风险；拆分调度员的部分职能，缓解工作量压力。

五、核心结论与未来展望

1、轨道交通控制中心未来仍将保持“自动化+调度员”的协作模式，调度员在应对模糊场景、利用经验信息等方面的优势短期内无法被替代，需保留调度在关键决策中的作用。

2、未来智能化发展的核心是实现人机和谐协作，需以用户为中心，让调度员参与系统开发，强化人机协作属性。重点提升维护人员进入轨行区管理的自动化水平，使其与列车进路功能的自动化水平相当。

3、控制中心与ATO、C-DAS等技术的联动应用将成为趋势，不仅能优化人机协作，还能支持轨道交通不同岗位的人员跨地域协作，提升轨道交通运营的安全性、效率和可靠性。

4、控制中心进一步可借助AI、大数据等技术提高智能化水平，但需逐步推进，以调度员对系统的信任建立为前提，可通过“系统建议-调度员确认”的过渡模式，积累足够经验后，实现部分场景的全自动决策。

素材来源：投稿