全自動(dòng)運(yùn)行線路間隙探測(cè)裝置與行車相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式優(yōu)化方案

錢廣民，閻 娟

（天津軌道交通運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司 技術(shù)研發(fā)管理部，天津 300392）

隨著全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)在我國(guó)城市軌道交通線路的應(yīng)用，為滿足日常乘降作業(yè)中不依靠司機(jī)瞭望實(shí)現(xiàn)車站站臺(tái)發(fā)車功能，對(duì)站臺(tái)門與列車門之間間隙探測(cè)裝置的可靠性和安全性提出了更高要求。

國(guó)內(nèi)針對(duì)間隙探測(cè)裝置的應(yīng)用研究主要涉及兩個(gè)方面：（1）關(guān)注提高間隙探測(cè)裝置的準(zhǔn)確性。周天龍等人[1]基于現(xiàn)有探測(cè)裝置誤判率較高、無(wú)法保障高可靠性的問(wèn)題，提出了3D激光掃描和圖像識(shí)別的多傳感器融合裝置，但新裝置在整條線路的應(yīng)用效果尚不清楚；侯妍君等人[2]針對(duì)誤判率較高的問(wèn)題提出了改進(jìn)措施，設(shè)計(jì)了一種置于列車車體的探測(cè)裝置，但該裝置涉及車輛改造，對(duì)建設(shè)成本沒(méi)做進(jìn)一步分析。（2）側(cè)重討論間隙探測(cè)裝置與行車相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式的優(yōu)劣。許敬輝[3]對(duì)比了幾種探測(cè)方式在全自動(dòng)運(yùn)行線路適用性，提出了站臺(tái)門與間隙探測(cè)裝置納入站臺(tái)門安全回路的方案；王松林[4]分析了間隙探測(cè)裝置與站臺(tái)門系統(tǒng)、與信號(hào)系統(tǒng)的兩種聯(lián)鎖方式，認(rèn)為間隙探測(cè)裝置與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖可以提高運(yùn)營(yíng)安全性，該方式的發(fā)車條件增加了一條“探測(cè)狀態(tài)”信息，但沒(méi)有對(duì)運(yùn)行效率作進(jìn)一步的討論。

結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有應(yīng)用情況，本文提出了一種全自動(dòng)運(yùn)行線路間隙探測(cè)裝置與行車相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式的優(yōu)化方案，并應(yīng)用于天津地鐵6號(hào)線二期工程。

1 間隙探測(cè)裝置與行車相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)介

1.1 站臺(tái)門與列車門之間間隙探測(cè)裝置的作用

城市軌道交通線路中，站臺(tái)門與列車門之間的間隙容易引起乘降時(shí)安全事故發(fā)生，許多城市的城市軌道交通線路中采用間隙探測(cè)手段監(jiān)測(cè)夾人、夾物的情況。隨著設(shè)備的發(fā)展及運(yùn)營(yíng)效率提高，全自動(dòng)運(yùn)行線路通常采用具備自動(dòng)判斷功能的間隙探測(cè)裝置，常見(jiàn)的有紅外探測(cè)、激光探測(cè)[5]、雷達(dá)探測(cè)[6]、智能間隙探測(cè)[7]等裝置。

間隙探測(cè)裝置的工作原理為利用紅外線或激光對(duì)射等手段判斷間隙是否有乘客或障礙物，將探測(cè)結(jié)果反饋至與列車運(yùn)行相關(guān)的系統(tǒng)（如信號(hào)系統(tǒng)、站臺(tái)門系統(tǒng)）并將其作為發(fā)車判斷條件之一。

1.2 間隙探測(cè)裝置與行車相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式

間隙探測(cè)裝置與行車相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的方式可分為兩種：（1）間隙探測(cè)裝置與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖[8]，該方式應(yīng)用于北京新機(jī)場(chǎng)線、北京17號(hào)線和北京19號(hào)線。全自動(dòng)運(yùn)行線路中，信號(hào)系統(tǒng)安全等級(jí)較高，由于間隙探測(cè)裝置與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖技術(shù)尚處于研究階段，因此并未廣泛推廣；（2）間隙探測(cè)裝置與站臺(tái)門系統(tǒng)聯(lián)鎖，該方式廣泛應(yīng)用于全自動(dòng)運(yùn)行線路上，如上海的多條線路[9]，濟(jì)南R2線，南寧5號(hào)線，成都9號(hào)線等，是目前國(guó)內(nèi)主流應(yīng)用方式。

2 間隙探測(cè)裝置與行車相關(guān)系統(tǒng)基本邏輯關(guān)系

2.1 間隙探測(cè)裝置與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖

間隙探測(cè)裝置與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖方式中，間隙探測(cè)信息納入信號(hào)聯(lián)鎖，是近年來(lái)提及的新方式。文獻(xiàn)[8]提出，站臺(tái)門應(yīng)設(shè)置間隙防護(hù)功能，站臺(tái)門與列車門間的障礙物檢測(cè)信息應(yīng)納入信號(hào)聯(lián)鎖，檢測(cè)到障礙物的信息宜單獨(dú)提供給信號(hào)系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)向站臺(tái)門系統(tǒng)發(fā)送間隙防護(hù)功能的啟動(dòng)和停止命令。如圖1所示，信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送“間隙防護(hù)啟動(dòng)”命令給站臺(tái)門系統(tǒng)，間隙探測(cè)裝置開(kāi)始啟動(dòng)，檢測(cè)到無(wú)障礙物后，間隙探測(cè)裝置發(fā)送“間隙防護(hù)狀態(tài)”信號(hào)至信號(hào)系統(tǒng)；“間隙防護(hù)狀態(tài)”信息獨(dú)立發(fā)送給信號(hào)系統(tǒng)，不再接入站臺(tái)門安全回路，信號(hào)系統(tǒng)判斷滿足發(fā)車條件后，允許列車離站。

圖1 間隙探測(cè)信息納入信號(hào)聯(lián)鎖

站臺(tái)門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)之間新增以下信息：

（1）信號(hào)系統(tǒng)向站臺(tái)門發(fā)送間隙防護(hù)啟動(dòng)、間隙防護(hù)停止共2路硬線信息；

（2）站臺(tái)門向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送再開(kāi)門命令、再關(guān)門命令、間隙防護(hù)狀態(tài)正常共3路硬線信息。

該方式的接口信息增多，發(fā)車判斷條件更加復(fù)雜，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)難度增加，改動(dòng)較大，目前缺少較為成熟的應(yīng)用案例。

2.2 間隙探測(cè)裝置與站臺(tái)門系統(tǒng)聯(lián)鎖

間隙探測(cè)裝置與站臺(tái)門系統(tǒng)聯(lián)鎖方式中，將間隙探測(cè)信息整合到站臺(tái)門系統(tǒng)，間隙探測(cè)結(jié)果接入站臺(tái)門安全回路，如圖2所示。探測(cè)到無(wú)障礙物且站臺(tái)門全部關(guān)閉后，站臺(tái)門才會(huì)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送“站臺(tái)門關(guān)閉且鎖緊”信息，間隙探測(cè)信息由站臺(tái)門系統(tǒng)納入信號(hào)聯(lián)鎖。此方式的間隙探測(cè)屬于站臺(tái)門內(nèi)部子系統(tǒng)，與信號(hào)系統(tǒng)沒(méi)有單獨(dú)接口，間隙探測(cè)結(jié)果不直接作為發(fā)車判斷條件。

此方式的信號(hào)系統(tǒng)與站臺(tái)門之間發(fā)送的信息為：

（1）信號(hào)系統(tǒng)向站臺(tái)門發(fā)送“開(kāi)門命令”“關(guān)門命令”，當(dāng)站臺(tái)門處于聯(lián)動(dòng)模式時(shí)，命令下發(fā)后實(shí)現(xiàn)列車門與站臺(tái)門的聯(lián)動(dòng)；

（2）站臺(tái)門向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送“站臺(tái)門關(guān)閉且鎖緊”“互鎖解除”信息，信號(hào)系統(tǒng)判斷發(fā)車條件，實(shí)現(xiàn)列車安全離站。

3 常用的間隙探測(cè)裝置與站臺(tái)門系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)原理

目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通大多數(shù)全自動(dòng)運(yùn)行線路采用間隙探測(cè)裝置與站臺(tái)門系統(tǒng)聯(lián)鎖的方式，信號(hào)系統(tǒng)不具有控制間隙裝置啟/停的功能，間隙探測(cè)信息由站臺(tái)門系統(tǒng)納入信號(hào)聯(lián)鎖。間隙探測(cè)裝置通常選擇紅外或激光探測(cè)，由站臺(tái)門專業(yè)人員負(fù)責(zé)間隙探測(cè)裝置的安裝維護(hù)。

3.1 控制流程

站臺(tái)門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接口電路如圖3所示。

圖3 站臺(tái)門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接口電路

（1）信號(hào)系統(tǒng)向列車門、站臺(tái)門發(fā)送“關(guān)門命令”，列車門和站臺(tái)門接收到關(guān)門命令，同時(shí)執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作。

（2）站臺(tái)門關(guān)閉，同時(shí)啟動(dòng)間隙探測(cè)。

（3）當(dāng)間隙探測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)無(wú)障礙物時(shí)，站臺(tái)門向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送“關(guān)閉且鎖閉信號(hào)”，信號(hào)系統(tǒng)允許發(fā)車，間隙探測(cè)持續(xù)25 s（持續(xù)時(shí)間人為設(shè)定）后停止探測(cè)。

3.2 存在的設(shè)計(jì)缺陷

該方式存在的設(shè)計(jì)缺陷如下。

（1）間隙探測(cè)裝置啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)定問(wèn)題。間隙探測(cè)裝置的啟動(dòng)時(shí)間僅依賴站臺(tái)門狀態(tài)，不考慮列車門是否關(guān)閉。采用紅外探測(cè)時(shí)存在探測(cè)盲區(qū)[10]，異物有可能未能識(shí)別出來(lái)；若在列車門未關(guān)閉的情況下啟動(dòng)間隙探測(cè)裝置，將會(huì)增加異物未能識(shí)別出來(lái)的可能性，影響探測(cè)結(jié)果。

（2）間隙探測(cè)時(shí)長(zhǎng)的設(shè)定問(wèn)題。當(dāng)間隙探測(cè)裝置工作時(shí)，若出現(xiàn)列車門夾人/夾物情況，將執(zhí)行3次列車門開(kāi)關(guān)動(dòng)作（開(kāi)關(guān)次數(shù)依線路設(shè)計(jì)而定），可能會(huì)出現(xiàn)特殊情況，即：列車門3次開(kāi)關(guān)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)間隙探測(cè)時(shí)長(zhǎng)，會(huì)有列車門和站臺(tái)門均關(guān)閉但間隙探測(cè)裝置早已停止報(bào)警輸出的情況，為保障探測(cè)需求應(yīng)延長(zhǎng)探測(cè)時(shí)長(zhǎng)；探測(cè)時(shí)長(zhǎng)受裝置本身制約，有局限性，且探測(cè)時(shí)間不可動(dòng)態(tài)調(diào)整，過(guò)長(zhǎng)的探測(cè)時(shí)間將影響下一列車進(jìn)站，影響運(yùn)營(yíng)效率。

4 改進(jìn)方案

4.1 接口電路改進(jìn)

為解決常用方案中存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題設(shè)計(jì)缺陷，同時(shí)，不改變間隙探測(cè)信息由站臺(tái)門系統(tǒng)納入信號(hào)聯(lián)鎖這一底層邏輯，本文提出了一種改進(jìn)方案，將列車門狀態(tài)信息發(fā)送給間隙探測(cè)裝置，優(yōu)化探測(cè)啟動(dòng)時(shí)間。將該方案應(yīng)用于天津地鐵6號(hào)線二期線路工程中，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)、站臺(tái)門系統(tǒng)繼電器接口電路進(jìn)行改進(jìn)，增加了硬線接口，將“列車門關(guān)狀態(tài)”信息發(fā)送給間隙探測(cè)裝置，“站臺(tái)門關(guān)閉”“列車門關(guān)閉”兩個(gè)條件同時(shí)作為間隙探測(cè)裝置啟動(dòng)的判斷條件，改進(jìn)方案的電路如圖4所示。

圖4 改進(jìn)方案站臺(tái)門與信號(hào)系統(tǒng)接口電路

4.2 改進(jìn)方案的間隙探測(cè)裝置與信號(hào)系統(tǒng)邏輯關(guān)系

采用改進(jìn)方案的天津地鐵6號(hào)線二期工程站臺(tái)門間隙探測(cè)裝置與信號(hào)系統(tǒng)邏輯關(guān)系如圖5所示。在既有接口的基礎(chǔ)上，給站臺(tái)門系統(tǒng)增加一條“邏輯與”信號(hào)（車門關(guān)閉狀態(tài)信號(hào)），解決了間隙探測(cè)裝置超過(guò)25 s停止工作后又出現(xiàn)夾人、夾物的安全問(wèn)題。

圖5 站臺(tái)門間隙探測(cè)裝置與信號(hào)系統(tǒng)邏輯關(guān)系

4.3 控制流程

（1）信號(hào)系統(tǒng)向列車門和站臺(tái)門同時(shí)發(fā)送“關(guān)門命令”，列車門和站臺(tái)門同時(shí)執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作。

（2）間隙探測(cè)裝置接收到“列車門關(guān)狀態(tài)”且“站臺(tái)門關(guān)閉”信息后啟動(dòng)間隙探測(cè)，探測(cè)時(shí)間持續(xù)25 s（人為設(shè)定）后停止。

（3）當(dāng)“站臺(tái)門關(guān)閉且鎖緊”且“間隙探測(cè)裝置檢測(cè)無(wú)障礙物”時(shí)，站臺(tái)門系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送“站臺(tái)門關(guān)閉且鎖緊”信息，經(jīng)信號(hào)系統(tǒng)判斷滿足發(fā)車條件后方可正常發(fā)車。

4.4 在天津地鐵6號(hào)線二期工程的應(yīng)用效果

改進(jìn)的方案優(yōu)化了間隙探測(cè)啟動(dòng)時(shí)間，保證了列車門、站臺(tái)門關(guān)閉后對(duì)間隙狀態(tài)的準(zhǔn)確探測(cè)，提升了間隙探測(cè)裝置工作時(shí)的有效性，降低了依靠延長(zhǎng)探測(cè)時(shí)間對(duì)探測(cè)效果的影響，進(jìn)一步保障了全自動(dòng)運(yùn)行線路乘客的人身安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

相較于傳統(tǒng)線路，城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行線路在自動(dòng)化、智能化方面進(jìn)行了較大提升，同時(shí)也對(duì)設(shè)備集成度、系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)程度、行車組織安全性提出了更高要求。本文分析間隙探測(cè)裝置與行車相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)原理，提出了一種增強(qiáng)列車運(yùn)行安全性的優(yōu)化方案，在信號(hào)系統(tǒng)與站臺(tái)門系統(tǒng)之間增加了“車門關(guān)狀態(tài)”硬線信息，優(yōu)化了信號(hào)系統(tǒng)與站臺(tái)門系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制邏輯，解決了間隙探測(cè)裝置超過(guò)25 s停止工作后有可能出現(xiàn)的夾人、夾物安全問(wèn)題，降低了因站臺(tái)門間隙探測(cè)裝置引發(fā)的發(fā)車延誤等問(wèn)題，提高了站臺(tái)門與列車門之間間隙的安全性。