全自動運行系統(tǒng)下站臺門新增異物探測與控制功能方案研究

許敬輝

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

1 研究背景

全自動運行系統(tǒng)作為先進的城市軌道交通系統(tǒng)，實現(xiàn)了高可用、高可靠和高安全，是必然的技術(shù)發(fā)展趨勢[1]。隨著城市軌道交通技術(shù)水平不斷提高，站臺門系統(tǒng)成為了軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，功能和可靠性也日趨成熟。但截至2018年8月，國內(nèi)目前按全自動運行標準設(shè)計的已運營線路只有上海10號線、北京燕房線和北京機場線，全自動運行系統(tǒng)處于起步階段。全自動運行系統(tǒng)下站臺門新增功能實施方案尚無標準可循，設(shè)計單位對全自動運行系統(tǒng)下的站臺門設(shè)計均處在摸索階段。因此，對全自動運行系統(tǒng)下站臺門新增功能的實施方案有必要進行分析研究。

2 全自動運行系統(tǒng)站臺門場景分析

依據(jù)全自動運行系統(tǒng)的特點，設(shè)計全自動系統(tǒng)下站臺門系統(tǒng)的正常作業(yè)場景和設(shè)備故障、突發(fā)事件等情況下的處理預(yù)案，保障行車安全及效率，降低故障影響，縮短恢復(fù)時間[2]。

按站臺門系統(tǒng)運營需求，形成如圖1所示的主要運營場景[3]。

圖1 全自動運行系統(tǒng)站臺門場景

傳統(tǒng)CBTC運行系統(tǒng)與全自動運行系統(tǒng)DTO/UTO[5]下站臺門系統(tǒng)場景對比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)CBTC運行系統(tǒng)與DTO/UTO下站臺門系統(tǒng)場景對比

通過對傳統(tǒng)CBTC運行系統(tǒng)與全自動運行系統(tǒng)DTO/UTO下站臺門系統(tǒng)場景對比，得出站臺門系統(tǒng)新增以下功能需求。

(1)可靠的車輛與站臺門間隙探測系統(tǒng)

站臺發(fā)車時，傳統(tǒng)CBTC運行系統(tǒng)是通過司機人工確認車輛與站臺門間無人或障礙物，而全自動運行系統(tǒng)是靠間隙探測系統(tǒng)完成確認。因此，全自動運行系統(tǒng)對于車輛與站臺門間隙探測系統(tǒng)需要高可靠性，才能保證車輛安全的發(fā)車離站[7]。

(2)對位隔離功能

當個別車站站臺門故障隔離時，站臺門將故障信息(站臺編號及故障站臺門編號)發(fā)送給信號系統(tǒng)，信號系統(tǒng)將此信息轉(zhuǎn)發(fā)至車輛相關(guān)設(shè)備。列車進站停穩(wěn)后，ATO自動打開車門及站臺門，故障站臺門(站臺門系統(tǒng)控制)及對應(yīng)的車門(車輛控制)不開啟。反之，當個別車門故障隔離時，故障車門(車輛控制)及對應(yīng)的站臺門(站臺門系統(tǒng)控制)不開啟。同時，將故障信息通過廣播告知乘客。

(3)多PSL操作

為實現(xiàn)全自動運行系統(tǒng)站臺門站臺級控制功能，并提供高效的控制方案，站臺宜設(shè)置多部PSL，滿足運營需求。

3 全自動運行系統(tǒng)站臺門新增功能實施方案

3.1 車輛與站臺門間隙探測方案

3.1.1 國內(nèi)站臺門與車輛間隙安全防護裝置現(xiàn)狀及全自動運行系統(tǒng)適用性分析

目前國內(nèi)地鐵站臺門系統(tǒng)廣泛采用的間隙安全防護裝置主要有以下幾種形式。

(1)滑動門底部防站人安全擋板[8]；

(2)滑動門防夾擋板；

(3)瞭望燈帶；

(4)紅外、激光光幕探測器；

(5)長距離對射式激光探測器。

各種站臺門與車輛間隙安全防護裝置全自動運行系統(tǒng)適用性分析如表2所示。

表2 各種站臺門與車輛間隙安全防護裝置對比

通過各種站臺門與車輛間隙安全防護裝置比較，可以得出以下結(jié)論。

(1)滑動門底部防站人結(jié)構(gòu)和防夾擋板，可適用于全自動運行系統(tǒng)，但安全防護范圍有限，需與其他探測裝置聯(lián)合設(shè)置。

(2)瞭望燈帶不適用于UTO/DTO駕駛模式，在常規(guī)有人駕駛模式下由人工判斷，且不適用于曲線站臺。

(3)對于激光、紅外電氣探測裝置，安裝限界受控，可靠性有待提高。因此，全自動運行系統(tǒng)站臺門與車輛間隙電氣探測系統(tǒng)的技術(shù)方案有待進一步研究。

3.1.2 站臺門與車輛間隙電氣探測報警系統(tǒng)方案研究

(1)系統(tǒng)工作環(huán)境

應(yīng)能適應(yīng)軌道交通工程溫度、濕度、風(fēng)載荷及振動的要求。

(2)系統(tǒng)工作強度

每年運行365 d，每天連續(xù)工作20 h，最短工作間隔為每90 s探測1次。

(3)設(shè)備安裝限界要求

系統(tǒng)設(shè)備與車輛限界之間的安全間隙不應(yīng)小于25 mm[12]。

(4)可靠性[13]

探測系統(tǒng)的平均無故障運行周期不應(yīng)小于100萬個周期。

(5)探測系統(tǒng)功能要求

①異物監(jiān)測功能

應(yīng)能探測間隙異物，當間隙有異物時，應(yīng)實時給出異物輸出報警信號和異物定位信號，站務(wù)人員可根據(jù)報警信息及時處理。

②安全防護功能

應(yīng)具備接入站臺門系統(tǒng)安全回路的功能。接入安全回路時，檢測系統(tǒng)的報警應(yīng)使站臺門系統(tǒng)無法向信號系統(tǒng)發(fā)送“所有門關(guān)閉并鎖緊”信號。例如上海10號線全自動運行系統(tǒng)站臺門安全回路原理[14]如圖2所示。

圖2 站臺門安全回路

③旁路功能

應(yīng)在PSL上具有旁路隔離異物監(jiān)測系統(tǒng)的功能。隔離后異物監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)仍正常工作，并在PSL上報警，但站臺門安全回路不再有異物監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)信號。

④異物位置檢測功能

探測系統(tǒng)應(yīng)能檢測異物位置，將位置信息通過站臺門監(jiān)控系統(tǒng)上傳至車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)，以便于站務(wù)人員快速排查。

⑤事件存儲和查詢功能

應(yīng)具備工作日志、報警及故障信息自動記錄存儲和查詢功能，每側(cè)系統(tǒng)報警及故障信息的存儲時間應(yīng)不小于6個月。報警及故障信息應(yīng)能在監(jiān)控終端上查詢顯示。

3.1.3 技術(shù)發(fā)展方向

華南理工大學(xué)和廣州地鐵聯(lián)合研制基于機器視覺探測系統(tǒng)[15]已取得初步成功。其基本原理為：利用攝像頭安裝在站臺門頂部，解決了限界受控問題，拍攝縫隙內(nèi)的圖像，在列車進站后滑動門開門前建立背景模板，在滑動門關(guān)閉且緊鎖后進行異物檢測，如有異物，斷開異物檢測結(jié)果繼電器，使異物檢測回路斷開，并通過網(wǎng)絡(luò)將信號和現(xiàn)場視頻傳送給監(jiān)控主機。

3.2 車輛與站臺門故障對位隔離

3.2.1 故障信息傳輸通道

為實現(xiàn)故障車門/站臺門的對位隔離[16]功能，需建立站臺門與車門狀態(tài)信息的傳輸通道，并具備站臺門單個滑動門的獨立控制功能。通過信號系統(tǒng)的車-地通信[17]功能，實現(xiàn)站臺門與車門狀態(tài)信息的交互。見圖3。

圖3 “對位隔離”功能示意

常規(guī)線路站臺門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)均具備站臺門“開門命令”、“關(guān)門命令”、“所有門關(guān)閉且鎖緊”、“互鎖解除”硬線接口，對于全自動運行系統(tǒng)，硬線接口已經(jīng)不能滿足功能需求，因此，需要增加站臺門與信號系統(tǒng)冗余的通訊接口[18]，實現(xiàn)相互發(fā)送站臺門/車門故障信息，對執(zhí)行“對位隔離”的信息內(nèi)容包括站臺編號、站臺門/車門編號及狀態(tài)等數(shù)據(jù)。見圖4。

圖4 站臺門與信號接口示意

3.2.2 控制模式

(1)當車站站臺門故障或被人工鎖閉隔離后，列車在該站臺時，站臺門系統(tǒng)通過信號系統(tǒng)將故障信息發(fā)送至車輛，車輛對乘客進行提示。站臺門系統(tǒng)點亮故障站臺門對應(yīng)的故障指示燈，并進行廣播提示。列車進站停穩(wěn)后，故障站臺門對應(yīng)的車門由車輛控制不開啟。

(2)當列車車門故障隔離(僅對人工切除車門適用)后，車輛通過信號系統(tǒng)將故障信息發(fā)送至站臺門，車輛對乘客進行聲光提示。站臺門系統(tǒng)點亮故障車門對應(yīng)站臺門的故障指示燈。列車進站停穩(wěn)后，車載VOBC自動打開車門[19]，故障車門由車輛控制不開啟，故障車門對應(yīng)的站臺門由站臺門控制系統(tǒng)進行軟隔離。

3.2.3 對位隔離時，故障播報方案

對于車內(nèi)乘客，由信號系統(tǒng)向PIS系統(tǒng)發(fā)送故障信息，并觸發(fā)車內(nèi)廣播系統(tǒng)[20]播報進行提示；對于站臺側(cè)乘客，可利用既有的車站廣播系統(tǒng)，但車站廣播系統(tǒng)站臺廣播區(qū)一般按上、下行站臺各2個路負載區(qū)布置功率放大器，當故障門信息播報時，對于普通乘客難以快速識別，因此，可由站臺門按滑動門單元配置獨立的播報系統(tǒng)。見圖5。

圖5 站臺門播報系統(tǒng)示意

每個站臺門單元設(shè)置獨立的語音播報裝置，可準確傳遞給相應(yīng)的故障單元區(qū)域的乘客。同時，具備以下功能。

(1)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蜂鳴器，開關(guān)門過程與站臺門狀態(tài)指示燈同步工作，提示乘客。

(2)故障車門/站臺門“對位隔離”時，播報相應(yīng)單元的故障信息，提示該站臺區(qū)域乘客選擇其他車門單元乘車。

(3)播報音頻率和音量可調(diào)。

(4)可播報站臺門故障信息，方便運營人員快速處理。

3.3 多PSL設(shè)置方案

全自動運行系統(tǒng)站臺門PSL設(shè)置數(shù)量應(yīng)根據(jù)車站規(guī)模、運營操作要求等因素確定，對于常規(guī)編組的站臺，每側(cè)站臺門設(shè)置2套PSL。

對于有司機門的列車，1套PSL設(shè)置在站臺門端門外側(cè)，便于降級模式或運營過渡期間司機操作，另一套設(shè)置在站臺中部，便于站務(wù)人員緊急情況下操作。對于無司機門的列車，1套PSL設(shè)置在站臺門端門內(nèi)側(cè)，另一套設(shè)置在站臺中部，便于站務(wù)人員緊急情況下操作。同時，各PSL操作互鎖，優(yōu)先級按操作順序確定。

4 結(jié)語

通過對全自動運行系統(tǒng)站臺門運營場景分析，得出站臺門新增間隙異物探測和車輛與站臺門故障對位隔離以及多就地控制盤(PSL)控制的功能需求。并得出以下結(jié)論。

(1)全自動運行系統(tǒng)站臺門與車輛間隙探測裝置應(yīng)納入站臺門系統(tǒng)安全回路，作為發(fā)車條件，且探測系統(tǒng)必須安全可靠。

(2)故障站臺門與車門的對位隔離功能可通過增加與信號系統(tǒng)冗余的通信接口，并利用信號與車輛無線通信功能實現(xiàn)；對位隔離時，站臺側(cè)按每個站臺門單元設(shè)置獨立的語音播報裝置，有利于客流引導(dǎo)。

(3)全自動運行系統(tǒng)站臺門PSL設(shè)置位置及數(shù)量應(yīng)根據(jù)車站規(guī)模、是否設(shè)置司機門、運營操作要求等因素確定。