城軌領域新警惕系統的探討

湯長春，賀明軒，張永紅，李　潔，鐘　盛

（株洲南車時代電氣股份有限公司技術中心，湖南株洲412001）

城軌領域新警惕系統的探討

湯長春，賀明軒，張永紅，李潔，鐘盛

（株洲南車時代電氣股份有限公司技術中心，湖南株洲412001）

司機駕駛過程中可能出現的打盹及意外傷病等引發的喪失控車能力的情況，已經成為軌道交通安全管理的重要課題。針對城市軌道交通領域的特點，提出了一種符合城軌領域司機操作習慣的警惕系統，介紹了該警惕系統的設計原則、軟件設計流程與現場應用情況。探索一種符合城軌領域的警惕系統方案。

行車安全；警惕系統；列車控制及監控系統

隨著國內城市軌道交通快速的發展，對行車的安全提出越來越高的要求。列車運行過程中，司機出現瞌睡、離崗、操作注意力下降或者因病喪失控車能力時車輛的情況時有發生，嚴重危害了乘客的生命安全與財產損失［1］。因此，研究一種符合司機操作習慣、降低操作頻率、增加列車安全性的警惕系統，具有很高市場應用的價值。

1　警惕系統現狀

警惕系統用于在列車運行過程中司機出現駕駛瞌睡、離崗、操作注意力下降或者因病喪失控車能力時車輛能實施自動停車。在國內很多城軌軌道交通領域的列車都安裝有警惕系統，要求司機行車過程中不斷地觸發該系統中的警惕裝置，以確認司機處于清醒狀態［2］。

國內警惕裝置從長期按壓式發展到定時按壓式、從聲音報警提示到聲光報警提示、從繼電器控制到軟件控制。但是上述發展都離不開司機對警惕系統的頻繁操作，都是通過固定的時間倒計時觸發報警，再經過固定的時間對列車進行制動。這種方式存在以下不足：

（1）不能針對列車各種運行工況，進行自動調節報警倒計時時間；

（2）司機對警惕裝置進行不必要的頻繁操作，大大減低了設備的使用壽命。

針對現在警惕系統的不足，本文提出了一種用于城軌領域新的警惕系統。

2　新型警惕系統介紹

2.1設計原則

為了彌補現有警惕系統的不足，同時，降低車輛復雜電路的設計，警惕系統由列車控制及監控系統（簡稱TCMS）采用軟件形式實現控制。其優勢在于，TCMS作為列車的“大腦”，能實時掌握列車處于何種運行狀態，用于控制警惕系統具有很大的優勢，同時可以很方便的對警惕裝置參數調節與硬件成本降低。

該警惕系統中，警惕按鈕與警惕腳踏板用于警惕倒計時時間復位與警惕報警后的復位，警惕提示采用不同的警惕聲音與亮燈提示。為了減少警惕按鈕的按壓操作，警惕按鈕操作可以用司機手柄操作、風笛按鈕或者前照燈按鈕操作代替，但是進入警惕警示后，只能用警惕腳踏板進行復位。警惕系統只有在非自動駕駛工況下有效，而且警惕警示倒計時時間與當前列車速度成反比，能有效確保司機處于清醒狀態。

2.2實現步驟

2.2.1警惕系統激活條件

非自動駕駛模式下，TCMS判斷的列車綜合速度大于4 km/h.

2.2.2警惕系統退出的條件（1）TCMS判斷的列車綜合速度小于等于4 km/h.（2）制動級位在B4級位以上。

2.2.3警惕系統警示時間倒計時重置條件

（1）司機操作警惕按鈕有效；

（2）司機操作遠光燈按鈕有效；

（3）司機操作風笛按鈕有效；

（4）司機操作司控器有效。

2.2.4警惕系統警示倒計時時間

警惕系統的警示倒計時時間與速度成反比（列車速度越高，警示倒計時時間越短）。具體時間對應表如表1所示。

表1　倒計時時間與列車速度對應表

當列車滿足警惕系統激活條件后，TCMS激活警惕系統，進行開始倒計時。列車操作滿足警示倒計時重置條件時，TCMS重置警示倒計時時間。

2.2.5腳踏板松開時間

當警惕系統激活后，司機必須踩著腳踏板進行行車，如果腳踏板松開時間超過1 s，就會持續2 s的報警聲音與亮燈提示，如果2 s內司機沒有踩腳踏板，TCMS就會對列車進行緊急制動。

2.2.6警惕系統警示第一階段

當警惕系統警示倒計時時間為0時，TCMS進入警示第一階段，本階段持續時間2.5 s，會進行500 ms的報警聲音與2.5 s的亮燈提示。該階段只能通過腳踏板信號進行復位。

2.2.7警惕系統警示第二階段

當警示第一階段結束后，TCMS進入警示第二階段，本階段持續時間2.5 s，會持續2.5 s的報警聲音與亮燈提示。該階段只能通過腳踏板信號進行報警倒計時復位。

2.2.8懲罰階段

當警示第二階段結束后，TCMS進入懲罰階段。TCMS輸出緊急制動，持續時間30 s，并且持續亮燈30 s.該階段必須在列車停穩后，重新操作方向手柄回零位后，才能進行復位。

2.3警惕系統流程圖

警惕系統流程圖如圖1所示。

圖1　警惕系統流程圖

3　現場驗證

該警惕系統已經在用戶現場經過大量的動態試驗，并且通過司機的實際操作習慣不斷改進與調整警惕系統功能，增強人性化操作習慣，并且已經大量應用于車輛運營服務。以下是通過TCMS的事件記錄儀記錄的驗證數據，其采樣周期為200 ms.由于篇幅原因，僅選取了兩種情況。

情況1：警惕系統警示后無效觸發緊急制動的情況，如圖2所示，列車在低速40 km/h時，司機不進行任何操作，列車經過10 s后，進入警示第一階段，進行了500ms的蜂鳴器警示與2.5的警示燈提示。2.5 s后進入警示第二階段，進行了2.5 s的蜂鳴器警示與2.5的警示燈提示，然后進入了懲罰階段（期間沒有進行腳踏板操作），TCMS輸出了緊急制動。

圖2　警惕系統報警觸發緊急制動

情況2：警惕系統在警示二階段用腳踏板緩解的情況，如圖3示，列車在低速33 m/h時，司機不進行任何操作，列車經過13 s后，進入警示第一階段，進行了500 ms的蜂鳴器警示與2.5的警示燈提示，2.5 s后進入警示第二階段后，司機用腳踏板進行了警惕倒計時復位，且腳踏板松開不超過1 s.

圖3　警惕系統警示二階段緩解

4　應用效果

通過在3條城軌軌道交通線路的批量成功運用，驗證該新警惕系統具有以下效果：

（1）針對城市軌道交通領域的特點與司機操作的習慣，完善了警惕系統功能，對防止操作人員操作車輛中可能出現的打盹、注意力不集中、意外傷害和喪失控制能力等引起的安全隱患具有積極的防范左右，給行車安全多了一份保障。

（2）減少了司機對警惕系統機械式的反復按壓，減輕了司機勞動強度，同時，大大延長了警惕裝置的使用壽命。

（3）通過聲光的結合警示，對司機進行了明顯的提醒與警示。

（4）利用城市軌道交通領域車輛現有TCMS系統的可編程軟件優勢，對軟件升級，在既有設備上進行少量的改造，就能實現該警惕系統的功能，投資少，便于推廣。

5　結束語

在城市軌道交通領域，該警惕系統是針對城市軌道交通領域而設計的一種司機警惕功能。在列車行駛過程中，能有效防止操作人員由于自身或者外界因素導致車輛失去控制的情況，保障了人民生命與財產安全。同時，該警惕系統只需在已有TCMS系統的列車上，增加軟件與外圍少量按鈕，就能實現該警惕功能，對于該系統推廣與應用具有很大的意義與可實現性。

［1］韓扶林.阿根廷地鐵司機警惕裝置功能分析［J］.科技專論，2014，（01）：15-18.

［2］謝興中.機車司機警惕控制技術探索［J］.電力機車與城軌車輛，2008，（03）：40-43.

Exp lore the New Dead-man’s System for Urban Railway

TANG Chang-chun，HEMing-xuan，ZHANG Yong-hong，LIJie，ZHONG Sheng
（Technology Center，Zhuzhou CSR Times Electric Co.，Ltd.，Zhuzhou Hunan 412001，China）

It has become an important problem for the rail traffic safety management that how to supervise the driver on duty probably lost the ability to control the locomotive because of nap or wound disease.According to the characteristic for the domain of urban railway，this paper proposes a dead-man’s system which conforms to the driver’s operation habit in the domain of urban railway，and introduces the design principle of the dead-man’s system，the process of software design and application cases.To explore a reasonable project of dead-man’s system in the domain of urban railway.

driving safety；dead-man’s system；train control and monitor system

U231

A

1672-545X（2016）06-0231-03

2016-03-17

湯長春（1980-），男，浙江永嘉人，工程師，工學碩士，從事城軌網絡控制系統應用研發工作。