全自動運行線路間隙探測裝置與行車相關系統聯動方式優化方案

錢廣民，閻 娟

（天津軌道交通運營集團有限公司 技術研發管理部，天津 300392）

隨著全自動運行技術在我國城市軌道交通線路的應用，為滿足日常乘降作業中不依靠司機瞭望實現車站站臺發車功能，對站臺門與列車門之間間隙探測裝置的可靠性和安全性提出了更高要求。

國內針對間隙探測裝置的應用研究主要涉及兩個方面：（1）關注提高間隙探測裝置的準確性。周天龍等人[1]基于現有探測裝置誤判率較高、無法保障高可靠性的問題，提出了3D激光掃描和圖像識別的多傳感器融合裝置，但新裝置在整條線路的應用效果尚不清楚；侯妍君等人[2]針對誤判率較高的問題提出了改進措施，設計了一種置于列車車體的探測裝置，但該裝置涉及車輛改造，對建設成本沒做進一步分析。（2）側重討論間隙探測裝置與行車相關系統聯動方式的優劣。許敬輝[3]對比了幾種探測方式在全自動運行線路適用性，提出了站臺門與間隙探測裝置納入站臺門安全回路的方案；王松林[4]分析了間隙探測裝置與站臺門系統、與信號系統的兩種聯鎖方式，認為間隙探測裝置與信號系統聯鎖可以提高運營安全性，該方式的發車條件增加了一條“探測狀態”信息，但沒有對運行效率作進一步的討論。

結合國內現有應用情況，本文提出了一種全自動運行線路間隙探測裝置與行車相關系統聯動方式的優化方案，并應用于天津地鐵6號線二期工程。

1 間隙探測裝置與行車相關系統聯動簡介

1.1 站臺門與列車門之間間隙探測裝置的作用

城市軌道交通線路中，站臺門與列車門之間的間隙容易引起乘降時安全事故發生，許多城市的城市軌道交通線路中采用間隙探測手段監測夾人、夾物的情況。隨著設備的發展及運營效率提高，全自動運行線路通常采用具備自動判斷功能的間隙探測裝置，常見的有紅外探測、激光探測[5]、雷達探測[6]、智能間隙探測[7]等裝置。

間隙探測裝置的工作原理為利用紅外線或激光對射等手段判斷間隙是否有乘客或障礙物，將探測結果反饋至與列車運行相關的系統（如信號系統、站臺門系統）并將其作為發車判斷條件之一。

1.2 間隙探測裝置與行車相關系統聯動方式

間隙探測裝置與行車相關系統聯動的方式可分為兩種：（1）間隙探測裝置與信號系統聯鎖[8]，該方式應用于北京新機場線、北京17號線和北京19號線。全自動運行線路中，信號系統安全等級較高，由于間隙探測裝置與信號系統聯鎖技術尚處于研究階段，因此并未廣泛推廣；（2）間隙探測裝置與站臺門系統聯鎖，該方式廣泛應用于全自動運行線路上，如上海的多條線路[9]，濟南R2線，南寧5號線，成都9號線等，是目前國內主流應用方式。

2 間隙探測裝置與行車相關系統基本邏輯關系

2.1 間隙探測裝置與信號系統聯鎖

間隙探測裝置與信號系統聯鎖方式中，間隙探測信息納入信號聯鎖，是近年來提及的新方式。文獻[8]提出，站臺門應設置間隙防護功能，站臺門與列車門間的障礙物檢測信息應納入信號聯鎖，檢測到障礙物的信息宜單獨提供給信號系統，信號系統應向站臺門系統發送間隙防護功能的啟動和停止命令。如圖1所示，信號系統發送“間隙防護啟動”命令給站臺門系統，間隙探測裝置開始啟動，檢測到無障礙物后，間隙探測裝置發送“間隙防護狀態”信號至信號系統；“間隙防護狀態”信息獨立發送給信號系統，不再接入站臺門安全回路，信號系統判斷滿足發車條件后，允許列車離站。

圖1 間隙探測信息納入信號聯鎖

站臺門系統與信號系統之間新增以下信息：

（1）信號系統向站臺門發送間隙防護啟動、間隙防護停止共2路硬線信息；

（2）站臺門向信號系統發送再開門命令、再關門命令、間隙防護狀態正常共3路硬線信息。

該方式的接口信息增多，發車判斷條件更加復雜，對信號系統而言，設計難度增加，改動較大，目前缺少較為成熟的應用案例。

2.2 間隙探測裝置與站臺門系統聯鎖

間隙探測裝置與站臺門系統聯鎖方式中，將間隙探測信息整合到站臺門系統，間隙探測結果接入站臺門安全回路，如圖2所示。探測到無障礙物且站臺門全部關閉后，站臺門才會向信號系統發送“站臺門關閉且鎖緊”信息，間隙探測信息由站臺門系統納入信號聯鎖。此方式的間隙探測屬于站臺門內部子系統，與信號系統沒有單獨接口，間隙探測結果不直接作為發車判斷條件。

此方式的信號系統與站臺門之間發送的信息為：

（1）信號系統向站臺門發送“開門命令”“關門命令”，當站臺門處于聯動模式時，命令下發后實現列車門與站臺門的聯動；

（2）站臺門向信號系統發送“站臺門關閉且鎖緊”“互鎖解除”信息，信號系統判斷發車條件，實現列車安全離站。

3 常用的間隙探測裝置與站臺門系統聯動原理

目前，國內城市軌道交通大多數全自動運行線路采用間隙探測裝置與站臺門系統聯鎖的方式，信號系統不具有控制間隙裝置啟/停的功能，間隙探測信息由站臺門系統納入信號聯鎖。間隙探測裝置通常選擇紅外或激光探測，由站臺門專業人員負責間隙探測裝置的安裝維護。

3.1 控制流程

站臺門系統與信號系統接口電路如圖3所示。

圖3 站臺門系統與信號系統接口電路

（1）信號系統向列車門、站臺門發送“關門命令”，列車門和站臺門接收到關門命令，同時執行關門動作。

（2）站臺門關閉，同時啟動間隙探測。

（3）當間隙探測系統檢測無障礙物時，站臺門向信號系統發送“關閉且鎖閉信號”，信號系統允許發車，間隙探測持續25 s（持續時間人為設定）后停止探測。

3.2 存在的設計缺陷

該方式存在的設計缺陷如下。

（1）間隙探測裝置啟動時間的設定問題。間隙探測裝置的啟動時間僅依賴站臺門狀態，不考慮列車門是否關閉。采用紅外探測時存在探測盲區[10]，異物有可能未能識別出來；若在列車門未關閉的情況下啟動間隙探測裝置，將會增加異物未能識別出來的可能性，影響探測結果。

（2）間隙探測時長的設定問題。當間隙探測裝置工作時，若出現列車門夾人/夾物情況，將執行3次列車門開關動作（開關次數依線路設計而定），可能會出現特殊情況，即：列車門3次開關時長超過間隙探測時長，會有列車門和站臺門均關閉但間隙探測裝置早已停止報警輸出的情況，為保障探測需求應延長探測時長；探測時長受裝置本身制約，有局限性，且探測時間不可動態調整，過長的探測時間將影響下一列車進站，影響運營效率。

4 改進方案

4.1 接口電路改進

為解決常用方案中存在的風險問題設計缺陷，同時，不改變間隙探測信息由站臺門系統納入信號聯鎖這一底層邏輯，本文提出了一種改進方案，將列車門狀態信息發送給間隙探測裝置，優化探測啟動時間。將該方案應用于天津地鐵6號線二期線路工程中，對信號系統、站臺門系統繼電器接口電路進行改進，增加了硬線接口，將“列車門關狀態”信息發送給間隙探測裝置，“站臺門關閉”“列車門關閉”兩個條件同時作為間隙探測裝置啟動的判斷條件，改進方案的電路如圖4所示。

圖4 改進方案站臺門與信號系統接口電路

4.2 改進方案的間隙探測裝置與信號系統邏輯關系

采用改進方案的天津地鐵6號線二期工程站臺門間隙探測裝置與信號系統邏輯關系如圖5所示。在既有接口的基礎上，給站臺門系統增加一條“邏輯與”信號（車門關閉狀態信號），解決了間隙探測裝置超過25 s停止工作后又出現夾人、夾物的安全問題。

圖5 站臺門間隙探測裝置與信號系統邏輯關系

4.3 控制流程

（1）信號系統向列車門和站臺門同時發送“關門命令”，列車門和站臺門同時執行關門動作。

（2）間隙探測裝置接收到“列車門關狀態”且“站臺門關閉”信息后啟動間隙探測，探測時間持續25 s（人為設定）后停止。

（3）當“站臺門關閉且鎖緊”且“間隙探測裝置檢測無障礙物”時，站臺門系統向信號系統發送“站臺門關閉且鎖緊”信息，經信號系統判斷滿足發車條件后方可正常發車。

4.4 在天津地鐵6號線二期工程的應用效果

改進的方案優化了間隙探測啟動時間，保證了列車門、站臺門關閉后對間隙狀態的準確探測，提升了間隙探測裝置工作時的有效性，降低了依靠延長探測時間對探測效果的影響，進一步保障了全自動運行線路乘客的人身安全。

5 結束語

相較于傳統線路，城市軌道交通全自動運行線路在自動化、智能化方面進行了較大提升，同時也對設備集成度、系統之間聯動程度、行車組織安全性提出了更高要求。本文分析間隙探測裝置與行車相關系統聯動原理，提出了一種增強列車運行安全性的優化方案，在信號系統與站臺門系統之間增加了“車門關狀態”硬線信息，優化了信號系統與站臺門系統聯動控制邏輯，解決了間隙探測裝置超過25 s停止工作后有可能出現的夾人、夾物安全問題，降低了因站臺門間隙探測裝置引發的發車延誤等問題，提高了站臺門與列車門之間間隙的安全性。