許敬輝

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 研究背景

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)作為先進(jìn)的城市軌道交通系統(tǒng)，實(shí)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(shì)[1]。隨著城市軌道交通技術(shù)水平不斷提高，站臺(tái)門(mén)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(guó)內(nèi)目前按全自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的已運(yùn)營(yíng)線路只有上海10號(hào)線、北京燕房線和北京機(jī)場(chǎng)線，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)處于起步階段。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)下站臺(tái)門(mén)新增功能實(shí)施方案尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可循，設(shè)計(jì)單位對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)下的站臺(tái)門(mén)設(shè)計(jì)均處在摸索階段。因此，對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)下站臺(tái)門(mén)新增功能的實(shí)施方案有必要進(jìn)行分析研究。

2 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)場(chǎng)景分析

依據(jù)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)全自動(dòng)系統(tǒng)下站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的正常作業(yè)場(chǎng)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(shí)間[2]。

按站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)需求，形成如圖1所示的主要運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景[3]。

圖1 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)場(chǎng)景

傳統(tǒng)CBTC運(yùn)行系統(tǒng)與全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)DTO/UTO[5]下站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)場(chǎng)景對(duì)比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)CBTC運(yùn)行系統(tǒng)與DTO/UTO下站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)場(chǎng)景對(duì)比

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)CBTC運(yùn)行系統(tǒng)與全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)DTO/UTO下站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)場(chǎng)景對(duì)比，得出站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)新增以下功能需求。

(1)可靠的車輛與站臺(tái)門(mén)間隙探測(cè)系統(tǒng)

站臺(tái)發(fā)車時(shí)，傳統(tǒng)CBTC運(yùn)行系統(tǒng)是通過(guò)司機(jī)人工確認(rèn)車輛與站臺(tái)門(mén)間無(wú)人或障礙物，而全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是靠間隙探測(cè)系統(tǒng)完成確認(rèn)。因此，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)于車輛與站臺(tái)門(mén)間隙探測(cè)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(duì)位隔離功能

當(dāng)個(gè)別車站站臺(tái)門(mén)故障隔離時(shí)，站臺(tái)門(mén)將故障信息(站臺(tái)編號(hào)及故障站臺(tái)門(mén)編號(hào))發(fā)送給信號(hào)系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)將此信息轉(zhuǎn)發(fā)至車輛相關(guān)設(shè)備。列車進(jìn)站停穩(wěn)后，ATO自動(dòng)打開(kāi)車門(mén)及站臺(tái)門(mén)，故障站臺(tái)門(mén)(站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)控制)及對(duì)應(yīng)的車門(mén)(車輛控制)不開(kāi)啟。反之，當(dāng)個(gè)別車門(mén)故障隔離時(shí)，故障車門(mén)(車輛控制)及對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門(mén)(站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)控制)不開(kāi)啟。同時(shí)，將故障信息通過(guò)廣播告知乘客。

(3)多PSL操作

為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)站臺(tái)級(jí)控制功能，并提供高效的控制方案，站臺(tái)宜設(shè)置多部PSL，滿足運(yùn)營(yíng)需求。

3 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)新增功能實(shí)施方案

3.1 車輛與站臺(tái)門(mén)間隙探測(cè)方案

3.1.1 國(guó)內(nèi)站臺(tái)門(mén)與車輛間隙安全防護(hù)裝置現(xiàn)狀及全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)適用性分析

目前國(guó)內(nèi)地鐵站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)廣泛采用的間隙安全防護(hù)裝置主要有以下幾種形式。

(1)滑動(dòng)門(mén)底部防站人安全擋板[8]；

(2)滑動(dòng)門(mén)防夾擋板；

(3)瞭望燈帶；

(4)紅外、激光光幕探測(cè)器；

(5)長(zhǎng)距離對(duì)射式激光探測(cè)器。

各種站臺(tái)門(mén)與車輛間隙安全防護(hù)裝置全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)適用性分析如表2所示。

表2 各種站臺(tái)門(mén)與車輛間隙安全防護(hù)裝置對(duì)比

通過(guò)各種站臺(tái)門(mén)與車輛間隙安全防護(hù)裝置比較，可以得出以下結(jié)論。

(1)滑動(dòng)門(mén)底部防站人結(jié)構(gòu)和防夾擋板，可適用于全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，但安全防護(hù)范圍有限，需與其他探測(cè)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(tái)。

(3)對(duì)于激光、紅外電氣探測(cè)裝置，安裝限界受控，可靠性有待提高。因此，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)與車輛間隙電氣探測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)方案有待進(jìn)一步研究。

3.1.2 站臺(tái)門(mén)與車輛間隙電氣探測(cè)報(bào)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(dòng)的要求。

(2)系統(tǒng)工作強(qiáng)度

每年運(yùn)行365 d，每天連續(xù)工作20 h，最短工作間隔為每90 s探測(cè)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(cè)系統(tǒng)的平均無(wú)故障運(yùn)行周期不應(yīng)小于100萬(wàn)個(gè)周期。

(5)探測(cè)系統(tǒng)功能要求

①異物監(jiān)測(cè)功能

應(yīng)能探測(cè)間隙異物，當(dāng)間隙有異物時(shí)，應(yīng)實(shí)時(shí)給出異物輸出報(bào)警信號(hào)和異物定位信號(hào)，站務(wù)人員可根據(jù)報(bào)警信息及時(shí)處理。

②安全防護(hù)功能

應(yīng)具備接入站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)安全回路的功能。接入安全回路時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警應(yīng)使站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)無(wú)法向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送“所有門(mén)關(guān)閉并鎖緊”信號(hào)。例如上海10號(hào)線全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)安全回路原理[14]如圖2所示。

圖2 站臺(tái)門(mén)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(cè)系統(tǒng)的功能。隔離后異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)仍正常工作，并在PSL上報(bào)警，但站臺(tái)門(mén)安全回路不再有異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)。

④異物位置檢測(cè)功能

探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能檢測(cè)異物位置，將位置信息通過(guò)站臺(tái)門(mén)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(chǔ)和查詢功能

應(yīng)具備工作日志、報(bào)警及故障信息自動(dòng)記錄存儲(chǔ)和查詢功能，每側(cè)系統(tǒng)報(bào)警及故障信息的存儲(chǔ)時(shí)間應(yīng)不小于6個(gè)月。報(bào)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(jī)器視覺(jué)探測(cè)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(tái)門(mén)頂部，解決了限界受控問(wèn)題，拍攝縫隙內(nèi)的圖像，在列車進(jìn)站后滑動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)前建立背景模板，在滑動(dòng)門(mén)關(guān)閉且緊鎖后進(jìn)行異物檢測(cè)，如有異物，斷開(kāi)異物檢測(cè)結(jié)果繼電器，使異物檢測(cè)回路斷開(kāi)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)視頻傳送給監(jiān)控主機(jī)。

3.2 車輛與站臺(tái)門(mén)故障對(duì)位隔離

3.2.1 故障信息傳輸通道

為實(shí)現(xiàn)故障車門(mén)/站臺(tái)門(mén)的對(duì)位隔離[16]功能，需建立站臺(tái)門(mén)與車門(mén)狀態(tài)信息的傳輸通道，并具備站臺(tái)門(mén)單個(gè)滑動(dòng)門(mén)的獨(dú)立控制功能。通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)的車-地通信[17]功能，實(shí)現(xiàn)站臺(tái)門(mén)與車門(mén)狀態(tài)信息的交互。見(jiàn)圖3。

圖3 “對(duì)位隔離”功能示意

常規(guī)線路站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)均具備站臺(tái)門(mén)“開(kāi)門(mén)命令”、“關(guān)門(mén)命令”、“所有門(mén)關(guān)閉且鎖緊”、“互鎖解除”硬線接口，對(duì)于全自動(dòng)運(yùn)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(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)冗余的通訊接口[18]，實(shí)現(xiàn)相互發(fā)送站臺(tái)門(mén)/車門(mén)故障信息，對(duì)執(zhí)行“對(duì)位隔離”的信息內(nèi)容包括站臺(tái)編號(hào)、站臺(tái)門(mén)/車門(mén)編號(hào)及狀態(tài)等數(shù)據(jù)。見(jiàn)圖4。

圖4 站臺(tái)門(mén)與信號(hào)接口示意

3.2.2 控制模式

(1)當(dāng)車站站臺(tái)門(mén)故障或被人工鎖閉隔離后，列車在該站臺(tái)時(shí)，站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)將故障信息發(fā)送至車輛，車輛對(duì)乘客進(jìn)行提示。站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)點(diǎn)亮故障站臺(tái)門(mén)對(duì)應(yīng)的故障指示燈，并進(jìn)行廣播提示。列車進(jìn)站停穩(wěn)后，故障站臺(tái)門(mén)對(duì)應(yīng)的車門(mén)由車輛控制不開(kāi)啟。

(2)當(dāng)列車車門(mén)故障隔離(僅對(duì)人工切除車門(mén)適用)后，車輛通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)將故障信息發(fā)送至站臺(tái)門(mén)，車輛對(duì)乘客進(jìn)行聲光提示。站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)點(diǎn)亮故障車門(mén)對(duì)應(yīng)站臺(tái)門(mén)的故障指示燈。列車進(jìn)站停穩(wěn)后，車載VOBC自動(dòng)打開(kāi)車門(mén)[19]，故障車門(mén)由車輛控制不開(kāi)啟，故障車門(mén)對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門(mén)由站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)進(jìn)行軟隔離。

3.2.3 對(duì)位隔離時(shí)，故障播報(bào)方案

對(duì)于車內(nèi)乘客，由信號(hào)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(bào)進(jìn)行提示；對(duì)于站臺(tái)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(tái)廣播區(qū)一般按上、下行站臺(tái)各2個(gè)路負(fù)載區(qū)布置功率放大器，當(dāng)故障門(mén)信息播報(bào)時(shí)，對(duì)于普通乘客難以快速識(shí)別，因此，可由站臺(tái)門(mén)按滑動(dòng)門(mén)單元配置獨(dú)立的播報(bào)系統(tǒng)。見(jiàn)圖5。

圖5 站臺(tái)門(mén)播報(bào)系統(tǒng)示意

每個(gè)站臺(tái)門(mén)單元設(shè)置獨(dú)立的語(yǔ)音播報(bào)裝置，可準(zhǔn)確傳遞給相應(yīng)的故障單元區(qū)域的乘客。同時(shí)，具備以下功能。

(1)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蜂鳴器，開(kāi)關(guān)門(mén)過(guò)程與站臺(tái)門(mén)狀態(tài)指示燈同步工作，提示乘客。

(2)故障車門(mén)/站臺(tái)門(mén)“對(duì)位隔離”時(shí)，播報(bào)相應(yīng)單元的故障信息，提示該站臺(tái)區(qū)域乘客選擇其他車門(mén)單元乘車。

(3)播報(bào)音頻率和音量可調(diào)。

(4)可播報(bào)站臺(tái)門(mén)故障信息，方便運(yùn)營(yíng)人員快速處理。

3.3 多PSL設(shè)置方案

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)PSL設(shè)置數(shù)量應(yīng)根據(jù)車站規(guī)模、運(yùn)營(yíng)操作要求等因素確定，對(duì)于常規(guī)編組的站臺(tái)，每側(cè)站臺(tái)門(mén)設(shè)置2套PSL。

對(duì)于有司機(jī)門(mén)的列車，1套PSL設(shè)置在站臺(tái)門(mén)端門(mén)外側(cè)，便于降級(jí)模式或運(yùn)營(yíng)過(guò)渡期間司機(jī)操作，另一套設(shè)置在站臺(tái)中部，便于站務(wù)人員緊急情況下操作。對(duì)于無(wú)司機(jī)門(mén)的列車，1套PSL設(shè)置在站臺(tái)門(mén)端門(mén)內(nèi)側(cè)，另一套設(shè)置在站臺(tái)中部，便于站務(wù)人員緊急情況下操作。同時(shí)，各PSL操作互鎖，優(yōu)先級(jí)按操作順序確定。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景分析，得出站臺(tái)門(mén)新增間隙異物探測(cè)和車輛與站臺(tái)門(mén)故障對(duì)位隔離以及多就地控制盤(pán)(PSL)控制的功能需求。并得出以下結(jié)論。

(1)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)與車輛間隙探測(cè)裝置應(yīng)納入站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)安全回路，作為發(fā)車條件，且探測(cè)系統(tǒng)必須安全可靠。

(2)故障站臺(tái)門(mén)與車門(mén)的對(duì)位隔離功能可通過(guò)增加與信號(hào)系統(tǒng)冗余的通信接口，并利用信號(hào)與車輛無(wú)線通信功能實(shí)現(xiàn)；對(duì)位隔離時(shí)，站臺(tái)側(cè)按每個(gè)站臺(tái)門(mén)單元設(shè)置獨(dú)立的語(yǔ)音播報(bào)裝置，有利于客流引導(dǎo)。

(3)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)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(jī)門(mén)、運(yùn)營(yíng)操作要求等因素確定。