優(yōu)化信號系統(tǒng)聯(lián)動間隙探測功能方案研究與分析

韓 潔，袁大鵬，孫紅葉

（1.北京城市快軌建設(shè)管理有限公司，北京 100070；2.交控科技股份有限公司，北京 100070）

由于地鐵站臺屏蔽門和列車車體之間的間隙客觀存在，乘客登車過程中停留在該間隙中的情況時有發(fā)生， 這給地鐵安全運營帶來了潛在的隱患。針對屏蔽門與列車門之間的間隙，除了依靠司機眺望和站臺上的站務(wù)人員人工指引外[1]，還有一種非接觸式安全探測系統(tǒng)，這個系統(tǒng)通過信號系統(tǒng)發(fā)出的啟動或停止指令， 實現(xiàn)全自動/非全自動模式下，信號系統(tǒng)與間隙探測設(shè)備的聯(lián)動功能。

本文的研究目的是通過安全有效的探測方式代替人工檢查，針對全模式下如何聯(lián)動間隙探測系統(tǒng)發(fā)出探測命令，信號系統(tǒng)接收到間隙探測系統(tǒng)反饋的內(nèi)容如何聯(lián)動信號系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)處理，最終報警給行調(diào)人員。

1 全模式下聯(lián)動間隙探測系統(tǒng)方案

1.1 方案概述

1.1.1 全自動模式

全自動駕駛模式（FAM）、蠕動模式（CAM）下列車在站臺完成乘降作業(yè)后，當VOBC 輸出關(guān)門指令時向CI 發(fā)送啟動間隙探測命令。VOBC 在一定時間內(nèi)持續(xù)收到CI 發(fā)送的無障礙物狀態(tài)信息，檢查滿足發(fā)車條件后ATO 啟動燈閃爍，即可發(fā)車。

1.1.2 非全自動模式

CBTC/點式級別下列車自動駕駛模式（AM）、列車自動防護下的人工駕駛模式（CM）下列車在站臺完成乘降作業(yè)，當按壓關(guān)門按鈕或者VOBC 輸出關(guān)門指令時向CI 發(fā)送啟動間隙探測命令。VOBC 在一定時間內(nèi)持續(xù)收到CI 發(fā)送的無障礙物狀態(tài)，檢查滿足發(fā)車條件后，ATO 啟動燈閃爍。 司機人工判斷無風險后，按下ATO 啟動按鈕或司機手動推牽引后，列車啟動。

1.2 基本流程

1）全自動模式

步驟一：全自動駕駛模式（FAM）、蠕動模式（CAM）下列車在站臺完成乘降作業(yè)后，處于牽引切除狀態(tài)，當VOBC 輸出關(guān)門指令時，VOBC 向CI 發(fā)送啟動間隙探測命令。

步驟二：CI 依據(jù)VOBC 發(fā)送的啟動間隙探測命令，向間隙探測系統(tǒng)發(fā)送一次性啟動探測指令。

步驟三： 間隙探測系統(tǒng)接收到啟動探測命令后，在接收到停止探測命令前，持續(xù)進行探測并實時向CI 反饋間隙探測結(jié)果。

步驟四：CI 將探測結(jié)果反饋給VOBC，VOBC 在一定時間內(nèi)（該時間可根據(jù)具體內(nèi)容配置）持續(xù)收到CI 發(fā)送的無障礙物狀態(tài)信息，VOBC 緩解上述切牽引狀態(tài)， 檢查滿足發(fā)車條件后，ATO 啟動燈閃爍即可發(fā)車。

2）非全自動模式

步驟一：CBTC/點式級別下列車自動駕駛模式（AM）、列車自動防護下的人工駕駛模式（CM）下列車在站臺完成乘降作業(yè)，處于牽引切除狀態(tài)，此時當司機按壓關(guān)門按鈕或者VOBC 輸出關(guān)門指令時，VOBC 向CI 發(fā)送啟動間隙探測命令。

步驟二：CI 依據(jù)VOBC 發(fā)送的啟動間隙探測命令，向間隙探測系統(tǒng)發(fā)送一次性啟動探測指令。

步驟三：間隙探測系統(tǒng)接收到啟動探測命令后，在接收到停止探測命令前，持續(xù)進行探測并實時向CI 反饋間隙探測結(jié)果。

步驟四：VOBC 在一定時間內(nèi)（該時間可根據(jù)具體內(nèi)容配置）收到CI 反饋的間隙探測狀態(tài)為無障礙物時，VOBC 緩解上述切牽引狀態(tài)，根據(jù)當前列車的駕駛模式，司機通過MMI 顯示圖標，確認無障礙物狀態(tài)，檢查滿足發(fā)車條件后，ATO 啟動燈閃爍，司機再次人工判斷無風險后，按下ATO 啟動按鈕或司機操作牽引制動手柄后，列車啟動。

全自動/非全自動系統(tǒng)共同執(zhí)行步驟五～步驟六。

步驟五：當列車已啟動但尚未出清站臺區(qū)域時，VOBC 持續(xù)向CI 發(fā)送啟動間隙探測指令，CI 收到間隙探測指令后，持續(xù)向VOBC 反饋間隙探測狀態(tài)。VOBC 收到間隙探測系統(tǒng)匯報的有障礙物信息，則立即施加緊急制動，等待人工上車處理。

步驟六：當列車車尾完全出清站臺后，VOBC 向CI 發(fā)送停止間隙探測指令，CI 發(fā)給間隙探測系統(tǒng)，間隙探測系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，CI 將探測系統(tǒng)工作過程中的障礙物檢測狀態(tài)及間隙探測旁路狀態(tài)周期上傳至ATS 進行顯示。

1.3 異常場景

（1）在全模式下間隙探測啟動中或啟動后，當CI判斷與VOBC 通信中斷后將自動停止探測。

（2）列車啟動到列車完全出站前，CI 向VOBC匯報障礙物有效狀態(tài)，VOBC 輸出緊急制動后，如果持續(xù)匯報出有障礙物，此時全自動模式下需要人工登車處理。 非全自動模式下由司機與站臺人員確認站臺無障礙物后，切除ATP 行車或旁路間隙探測。

如果CI 向VOBC 匯報障礙物有效狀態(tài)，VOBC輸出緊急制動，后續(xù)恢復為無障礙物狀態(tài)：

①全自動模式下（FAM/CAM 模式），列車零速停車后緊急制動不緩解，提示人工打開鑰匙，向中心報警緊急制動及原因，提示調(diào)度派人員上車處理。

②非全自動模式下（CBTC/點式-AM 模式）ATO駕駛模式下會退出ATO 模式，在列車零速后該緊急制動自動緩解，人工確認站臺無障礙物后手動駕駛。

③非全自動模式下（CBTC/點式-CM 模式）在列車零速后該緊急制動自動緩解，人工確認站臺無障礙物后手動駕駛。

（3）列車啟動到列車完全出站前，VOBC 與CI通信中斷且無法恢復，此時VOBC 輸出緊急制動。

①當列車處于全自動模式下（FAM/CAM 模式），列車零速停車后緊急制動不緩解，提示人工打開鑰匙，向中心報警緊急制動及原因，提示調(diào)度派人員上車處理。

②非全自動模式下（CBTC/點式-AM 模式），VOBC輸出緊急制動，ATO 駕駛模式下會退出ATO 模式（MMI 上顯示退出ATO 模式的原因），列車零速停車后不緩解緊急制動，MMI 上提示緊急制動及原因，待司機與站務(wù)人員共同確認無障礙物后，人工降級為RM 模式緩解緊急制動后手動駕駛或等待VOBC與CI 再次建鏈成功通信恢復后自動緩解緊急制動，此時列車處于CBT/點式-CM 模式，VOBC 檢查滿足發(fā)車條件后，列車以原模式或正常操作升級流程后出站。

③非全自動模式下（CBTC/點式-CM 模式）VOBC輸出緊急制動，列車零速停車后不緩解緊急制動，人工確認站臺無障礙物后，降級為RM 模式緩解緊急制動后手動駕駛或等待VOBC 與CI 再次建鏈成功通信恢復后自動緩解緊急制動，此時列車處于CBTC/點式-CM 模式，VOBC 檢查滿足發(fā)車條件后，列車以原模式或正常操作升級流程后出站。

（4）特別需要注意的是在限制人工駕駛模式下（RM 模式）不支持間隙探測聯(lián)動功能。

全模式下聯(lián)動間隙探測系統(tǒng)方案架構(gòu)數(shù)據(jù)流如圖1 和圖2 所示。

圖1 全自動模式下聯(lián)動間隙探測系統(tǒng)方案架構(gòu)數(shù)據(jù)流Fig.1 Data flow of the linkage gap detection system scheme in the fully automatic mode

圖2 非全制動模式下聯(lián)動間隙探測系統(tǒng)方案架構(gòu)數(shù)據(jù)流Fig.2 Data flow of linkage gap detection system scheme architecture in non-full braking mode

本文提出全自動/非全自動模式觸發(fā)間隙探測功能的差異對比分析如表1 所示。

表1 差異對比分析Tab.1 Difference analysis

1.4 注意事項

（1）啟動間隙探測后，車門或者屏蔽門再次打開期間，聯(lián)鎖向間隙探測系統(tǒng)發(fā)送停止命令到再次發(fā)送啟動命令之前，VOBC 需要始終輸出牽引切除防止列車移動，保證安全[3]。

（2）列車發(fā)車階段檢測到有障礙物，VOBC 處于切除牽引狀態(tài)，如果發(fā)生站臺火災故障，需要司機立即發(fā)車出站，此時牽引切除，列車無法出站存在安全隱患。 如果需要出站，通過以下2 種方式：①切除ATP 人工駕駛列車出站；②旁路間隙探測設(shè)備。

（3）間隙探測系統(tǒng)進入待機模式后（即聯(lián)鎖未要求啟動的常態(tài)下），間隙探測系統(tǒng)向信號系統(tǒng)反饋障礙物探測信息的繼電器保持落下狀態(tài)，即有障礙物。

（4）信號系統(tǒng)需要在VOBC 監(jiān)督到車門與站臺門均關(guān)閉鎖閉后[4]，若收到有CI 發(fā)送的障礙物有效信息，方可轉(zhuǎn)發(fā)至ATS 顯示，提示行調(diào)工作人員障礙物有效。

（5）當間隙探測系統(tǒng)采集到有障礙物信息反饋給CI，CI 延遲一定的時間后， 向現(xiàn)地發(fā)送障礙物有效信息，防止有乘客在關(guān)門時機闖入，間隙探測系統(tǒng)誤報警給現(xiàn)地，對該線路運營造成影響。

以上注意事項對全自動/非全自動系統(tǒng)均有效。

2 研究內(nèi)容

2.1 研究發(fā)現(xiàn)

本文研究發(fā)現(xiàn)對于全自動模式、非全自動模式下對間隙探測系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的聯(lián)動，實現(xiàn)信號系統(tǒng)間隙探測功能。 對于發(fā)車方式的不同本文著重指出差異項。

全自動模式下，持續(xù)收到CI 發(fā)送的無障礙物狀態(tài)信息， 檢查滿足發(fā)車條件后ATO 啟動燈閃爍，即可發(fā)車。 非全自動模式下，持續(xù)收到CI 發(fā)送的無障礙物狀態(tài)，檢查滿足發(fā)車條件后，ATO 啟動燈閃爍。司機人工判斷無風險后，按下ATO 啟動按鈕或司機手動推牽引后，列車啟動。

2.2 研究貢獻

不論是全自動模式還是非全自動模式，當VOBC輸出關(guān)門指令時向CI 發(fā)送啟動間隙探測命令。VOBC 在一定時間內(nèi)持續(xù)收到CI 發(fā)送的無障礙物狀態(tài)信息， 系統(tǒng)或人工判斷沒有任何風險之后，列車發(fā)車。 聯(lián)動間隙探測功能有效地避免了乘客登車過程中停留在該間隙中，使得信號系統(tǒng)安全保證大大提高。

2.3 研究限制

通過研究全自動/非全自動模式下，信號系統(tǒng)與間隙探測設(shè)備的聯(lián)動功能發(fā)現(xiàn)該方案需要輸出如下限制條件。

對于間隙探測系統(tǒng)限制[5]：需要保證匯報給CI系統(tǒng)的信息安全完整性等級應(yīng)達到SIL2 級或以上，用以保證障礙物信息來源的安全和準確性。

對于運營公司的限制：信號系統(tǒng)間隙探測功能基于間隙探測設(shè)備給出的正確探測結(jié)果，如果間隙探測設(shè)備給信號系統(tǒng)提供的探測結(jié)果是錯誤的（如，有障礙物但給出的是無障礙物信息），信號系統(tǒng)將無法提供相應(yīng)的安全防護功能，此時的列車安全須交由司機或運營人員人為防護；運營公司需組織司機、站務(wù)人員培訓，在信號系統(tǒng)持續(xù)匯報有障礙物場景下，司機與站臺人員如何確認站臺障礙物情況以及如何切除ATP 行車或旁路間隙探測設(shè)備。

對信號系統(tǒng)的限制：CI 與間隙探測之間采用繼電接口方式，電路的設(shè)計需要符合故障－安全原則，接口電路用繼電器必須采用安全型繼電器。

3 結(jié)語

本篇文章針對乘客在登車過程中可能存在停留在該間隙中風險來進行全面的研究，探究信號系統(tǒng)聯(lián)動間隙探測功能方案內(nèi)容， 通過研究發(fā)現(xiàn)，可以采用信號系統(tǒng)發(fā)出的啟動或停止指令，實現(xiàn)全自動/非全自動模式下，信號系統(tǒng)與間隙探測設(shè)備的聯(lián)動功能。 即當VOBC 輸出關(guān)門指令時向CI 發(fā)送啟動間隙探測命令。 VOBC 在一定時間內(nèi)持續(xù)收到CI發(fā)送的無障礙物狀態(tài)信息，司機判斷沒有任何風險之后，就可以發(fā)車，從而避免出現(xiàn)乘客登車過程中停留在該屏蔽門和列車門之間的縫隙，降低地鐵安全運營風險，為地鐵的穩(wěn)定、可靠運行提供最大的保障。