站臺門間隙探測裝置和列車運行互鎖的分析

王松林

（上海申鐵建設管理有限公司，上海 200437）

1 概述

2002 年站臺門設備在廣州地鐵率先應用以來，在確保軌交行車和旅客人身安全方面發揮了重要作用，隨后全國各城市軌道交通和城際鐵路項目中也相繼開始安裝站臺門，根據目前的建設標準，由于線路設計時速和車輛型號的不同，站臺門和列車之間一般有100 ～1 200 mm 不等的間隙，在線路實際運營過程中曾發生過乘客被夾在關閉的列車車門和站臺門之間的事故，為防止乘客滯留在站臺門與列車門之間的間隙發生意外事故，目前在大多數運營線路都設置了站臺門間隙檢測裝置。

近幾年來，隨著智能化、信息化技術的日新月異，地鐵無人駕駛也得到了迅猛發展，已經有越來越多城市在建或規劃無人駕駛地鐵線路，為防止乘客夾在站臺門和列車車門之間，導致危險事故的發生，將站臺門間隙檢測裝置與列車運行進行互鎖，即在站臺門和列車車門關閉且鎖緊后，并確認其間隙中無障礙物，才允許列車離開是非常必要的。

2 站臺門間隙探測裝置現狀

目前，國內城市軌道交通線路中應用的站臺門與列車之間防夾裝置主要有物理探測與自動探測兩大類。

2.1 物理防夾裝置

物理防夾裝置是通過在站臺安裝固定設施，在物理空間上防止乘客夾在間隙中或輔助司機判斷人工間隙中是否有障礙物，主要有：瞭望燈帶、防爬板和防夾擋板等方式，受制于車輛限界、復雜的線路環境和運營環境，在物理防夾裝置存在一定的局限性，如下所示。

1) 瞭望燈帶由于需要司機人工觀察，長期、重復的工作，易出錯。

2) 防爬板和防夾擋板是安裝在站臺門上，在站臺門關閉過程中，起到一定作用，但在站臺門關好后，乘客可能被擠出車門并關在列車車門和站臺門間隙時，不能防護。

3) 物理防夾裝置尺寸上受到限制，無法對乘客可能關在列車車門和站臺門間隙進行完全排除。

2.2 自動探測裝置

自動探測裝置是在站臺門和列車車門關閉且鎖緊后，通過一些計算機和感測技術手段探測間隙中是否有乘客或障礙物，探測有乘客或障礙物時，發出報警提示信號，根據探測技術不同，主要有：壓力傳感器裝置、超聲波傳感裝置、視頻監控防夾裝置、紅外線探測裝置和激光探測裝置等。

壓力傳感器裝置、超聲波傳感裝置、視頻監控防夾裝置目前應用較少。其中壓力傳感裝置通過在站臺門門檻外側設置壓力傳感器，通過檢測的壓力值判斷間隙中是否存在滯留乘客，該方案難以實現全范圍的檢測，存在死角，運維性能較差；超聲波傳感裝置則是在站臺門兩端設置超聲波傳感器，通過發射超聲波探測間隙中乘客滯留情況，由于超聲波傳感器受溫度影響較大，存在探測距離較短、性能不穩定、精度較差等問題；視頻監控防夾探測裝置是通過圖像處理技術、視像監控、視像移動偵測實現對站臺門與列車間隙的全面覆蓋監測，在列車進出站時對非安全區內的障礙物進行視頻掃描成像，并通過對圖像的對比運算處理，分析出站臺非安全區內是否存在障礙物，由于地鐵中安全門與列車之間的間隙非常小，而圖像識別的技術較前面的技術而言又過于復雜，且價格相對偏高。

紅外線探測裝置和激光探測裝置技術成熟，應用廣泛。紅外探測方案：在每節車廂對應位置安裝雙光束紅外探測器，列車在站臺?？亢螅ㄟ^紅外光束對站臺門和列車車體之間范圍進行探測，可實現0.3 m 尺寸范圍內障礙物的識別，該方案探頭重量較輕、對結構影響小、安裝方便。激光探測方案：在站臺兩端分別設置激光探測器，通過激光光束的發射和接收，判斷列車與站臺之間是否存在障礙物，可實現0.2 m 范圍內障礙物的識別，該方案特點是發散角較小、不易受外界干擾影響、可靠性高。

采用自動探測裝置，當站臺門關閉且鎖緊后，探測裝置啟動探測，如果列車車門和站臺門間隙中有乘客或較大障礙物，探測器將輸出報警信息以提示司機或列車運行控制系統，以防止列車啟動離站。

2.3 探測裝置性能比較分析

針對目前技術成熟應用廣泛的探測裝置方案進行比較，結果如表1 所示。

結合表1 分析可以看出，物理防夾裝置其主要特點是安裝便捷、接口簡單、無干擾，但是該類方案最大的問題就是受人為因素影響大，誤報和漏報風險高；自動探測裝置其主要特點是可實現對障礙物的自動探測，并能與列車進行聯鎖，可靠性更高。基于此，為了更好的保證乘客乘降安全，降低站臺門與列車門間隙夾人風險，在有人駕駛情況下推薦應用物理防夾裝置與自動探測裝置相結合的方案；在無人駕駛時，可優先考慮抗干擾性更強的激光探測裝置；在城際鐵路中，為了適應多車型要求站臺門通常采用退后站臺邊緣設置，此時由于激光探測裝置探測距離更長，發散角更小，優勢明顯。

表1 探測裝置性能方案對比分析表Tab 1 Comparison and analysis list of detection device performance scheme

3 站臺門間隙探測裝置與列車運行互鎖

3.1 與站臺門系統互鎖

自動探測信息接入站臺門給信號系統的關閉且鎖緊信息的安全回路，其時序如圖1 所示。

物理防夾裝置自2004 年已應用在站臺門系統中，也取得了一定的效果，但近年來隨著地鐵客流量的持續增長，部分軌道交通車站已經安裝了物理防夾裝置，但夾人夾物仍然會發生，嚴重時可能造成人員受傷或傷亡。自動探測裝置可以大大提高運營安全，消除安全隱患，并能提供有障礙物的報警提示信號，實現與列車運行進行互鎖。

各種防護裝置各具特點，在無人駕駛線路中，可以選用物理防夾裝置的基礎上，設置自動防夾裝置配與列車運行進行互鎖，來防止夾人或夾物，避免運營安全事故發生。自動探測裝置與列車運行互鎖的方式如下。

1）與站臺門系統互鎖，目前在大部分城市已經有應用。

2）或與信號系統互鎖，目前國內還處在研究階段。

當站臺門間隙探測裝置檢測到間隙內沒有障礙物時，才授權列車離站。

為避免自動探測裝置不必要的探測報警或誤報，以及降低對運營的影響，在列車離站后，需停止探測。

自動探測裝置啟動和判斷是否有障礙物需要一定時間，即增加了停站時間，對運營效率產生影響。

圖1 自動探測裝置與站臺門系統互鎖時序Fig.1 Interlocking time sequence of automatic detection device and platform screen door system

由自動探測裝置控制主機讀取站臺門的關門動作及關閉且鎖緊信息，控制啟動探測裝置，如果探測到有障礙物滯留其中，則不給信號系統發送關閉且鎖緊信息，以阻止列車離站，相關場景如下：

1）列車完成停站作業后，由信號系統發出關門命令；

2）站臺門關閉且鎖緊，自動啟動探測；

3）自動探測裝置在一定時間內持續探測到無障礙物后，自動停止工作，并將無障礙物信息發送給站臺門系統，由其給信號系統發送關閉且鎖緊，授權列車啟動離站；

4) 列車啟動發車。

3.2 與信號系統互鎖

自動探測裝置控制主機直接與信號系統通過繼電器和串行接口進行連接，由信號系統控制自動探測裝置啟動和停止探測，并將間隙檢測狀態發送給信號系統，確認無障礙物時，才允許列車離站，其時序如圖2 所示。

圖2 自動探測裝置與信號系統接口Fig.2 Interface of automatic detection device with signaling system

信號系統判斷列車車門和站臺門都關閉且鎖緊時，向自動探測裝置發送啟動指令，自動探測裝置將障礙物檢測狀態反饋給信號系統，確認無障礙物滯留其中后，由信號系統控制列車離站，相關場景如下：

1) 列車完成停站作業后，由信號系統發出關門命令；

2) 列車車門和站臺門關閉且鎖緊后，信號系統向自動探測系統發送啟動指令；

3) 自動探測系統后，向信號系統反饋間隙檢測狀態；

4) 信號系統收到間隙檢測狀態為無障礙物時，控制列車發車；

5) 列車離站后，信號系統向自動探測裝置發送停止探測指令；

6) 探測裝置停止工作。

3.3 互鎖方案的應用

根據目前已經使用探測裝置的各城市經驗，雖然站臺門自動探測裝置可以有效降低乘客被傷害的風險，但是由于受外部環境綜合工況影響的原因，存在誤報警的問題。若將自動探測裝置與站臺門、信號系統組成相互聯鎖的關系，就有可能存在誤報造成列車無法發車情況。需要進行重復操作或通過旁路系統操作后開關門，最后才能實現列車動車，對行車效率造成了一定的影響。

與站臺門系統互鎖方案，是通過將間隙探測信息串入站臺門給信號系統的關閉且鎖緊信息，從接口電路上考慮結構簡單、容易實現，但在正常運行時，站臺門屬于被控系統，是由信號系統控制的，在降級處理和系統自動化程度上存在一定局限性。

1) 不能檢查列車車門是否已關好，為確保探測的準確性，通過持續探測可配置時間內無障礙物后，才授權列車運行，對運營效率產生影響較大。

2) 探測到有障礙物或誤報時，系統僅報警提示，無法自動處理，需人工介入。

3) 探測過程不能監督整個離站過程，在探測裝置延時停止工作后，若列車沒離站時發生車門打開，乘客被擠入間隙中時，不能被探測到。

信號系統是列車運營控制的神經中樞，自動探測裝置和信號系統互鎖，將探測信息發送給信號系統，由信號車載設備將探測信息作為列車授權離站的條件，在整個系統設計上較復雜，需對既有的系統進行較大更改，但能有效的改善以上幾個局限問題，如下所示：

1) 信號系統在列車車門和站臺門都關好后，啟動探測，收到無障礙物信息后，可立即發車，以降低對運營效率的影響；

2) 探測到有障礙物或誤報時，信號系統可自動控制車門和站臺門重新開關，關好后，重新啟動探測，降低對運營的影響；

3) 確認列車離站后，由信號系統控制停止探測，能持續探測整個離站過程，確保運營安全。

因此，結合無人駕駛地鐵線路的特點，通過對信號系統功能的進一步開發，采用自動探測裝置和信號系統互鎖方案，能很好的降低自動探測裝置誤報對運營的影響。在探測裝置故障時，通過旁路開關切除自動探測裝置和信號系統的互鎖，由人工保證站臺門和列車車門間隙空閑，保障線路持續運營。

4 結束語

目前各城市地鐵建設逐漸成網，且城市人口增長較快，必然造成客流量不斷增加。而且隨著無人駕駛線路的開通，乘客被夾在站臺門和車門之間的風險將越來越大，需要與之配套的技術方案和設施來保障安全。尤其是對于無人駕駛線路，增加站臺門探測裝置與信號系統互鎖關系更為重要，這樣可以有效提高線路運營運營安全，保障乘客出行安全。