城市軌道交通站臺門間隙探測系統的信號控制邏輯分析

曹啟濱

(北京市地鐵運營有限公司， 100044, 北京∥高級工程師)

城市軌道交通車站站臺門、列車車門(以下簡稱“雙門”)的間隙存在著夾人夾物的安全隱患。當城市軌道交通線路采用FAO(全自動運行)模式時，列車和站臺均取消了人工瞭望確認作業。雙門間無機械或電氣的直接控制接口，由信號系統控制雙門的開關門聯動。信號系統僅作為全線列車運行的控制系統，并不具備對雙門的空隙進行探測的能力，因此需加裝站臺門間隙探測系統，對雙門的間隙進行充分探測，在確保間隙內無異常情況后，列車方可安全發車。

1 站臺門間隙探測系統概述

1.1 站臺門間隙探測系統主要功能

在有人駕駛模式下，列車在站臺完成乘客乘降作業后，由車載信號系統控制雙門關閉。經人工確認雙門關閉且雙門的間隙內無夾人夾物后，司機將列車駛離車站。但是，由人工確認雙門間隙的過程存在視覺盲區，國內的城市軌道交通線路中曾發生過因列車車門或站臺門銜夾異物造成發車剮蹭事故，以及列車車門或站臺門夾人未被及時發現而造成嚴重的乘客傷亡事故。

新一代軌道交通采用FAO模式，不再需要人工介入操作，雙門間隙內是否有異物銜夾的探測工作也被站臺門間隙探測系統取代。因此，采用站臺門間隙探測系統對雙門間隙進行探測，是確保乘客安全和列車行車安全、實現站車一體化的關鍵技術措施。

2019年7月27日我國交通運輸部公布的《城市軌道交通運營險性事件信息報告與分析管理辦法》中，明確將“夾人夾物動車造成客傷”列為城市軌道交通主要的運營險性事件。為了防止此類事件的發生，新建的軌道交通項目須增加站臺門間隙探測系統，用以對雙門間空隙進行監測，防止雙門關閉后因夾人夾物造成客傷。

站臺門間隙探測系統常用的方式包括激光探測和雷達探測。這兩種探測方式的控制原理類似，本文以激光探測為例予以說明。激光探測方式下，站臺門間隙探測系統采用光通路中斷報警的監測原理。激光具備良好的方向性，在站臺門的頭端布置1組激光發射設備，在站臺門的尾端布置對應的激光接收設備，通過檢測接收端對激光的接收情況來判斷光路中間是否有障礙物存在。發射端和接收端都布置數個并列的對射孔，用于探測不同高度的遮擋物。

如圖1所示，整個探測光路中沒有障礙物存在時，在接收端可以探測到發射端發送的完整激光序列；當有障礙物存在時，接收端將不能探測到發射端發射的完整激光序列，從而可判斷出被遮蔽的可能危及行車安全的異物的高度及范圍。因此，激光探測方式判斷雙門間隙內是否存在異常狀況的標準是激光接收端是否檢測到激光信號，即：接受到激光回射時視為間隙內無障礙物；無激光回射時，認為雙門間隙“異?！?，間隙內存在障礙物。

圖1 站臺門間隙探測系統激光對射原理示意圖

雷達探測的原理與激光探測的原理類似。雷達反射波通過電信號驅動繼電器以指令方式將探測結果發送給信號系統。

1.2 站臺門間隙探測系統與信號系統的接口

站臺門間隙探測系統的啟動時機為雙門關閉后、列車發車前。為此，站臺門探測系統應與信號系統有接口，且該接口應獨立于雙門系統。接口設備可采用國產的安全型繼電器，接口設計應符合“故障-安全”原則，接口間采用信號電纜連接，接口信息以繼電器狀態作為控制及反饋。

信號系統提供2組繼電器接點，用以發送“間隙探測系統啟動”、“間隙探測系統停止”信息，由站臺門間隙探測系統提供驅動電源。站臺門間隙探測系統提供2組繼電器接點，用以發送“間隙探測系統旁路”、“障礙物檢測狀態”信息，由信號系統提供驅動電源。

1.3 站臺門間隙探測系統的控制方式

站臺門間隙探測系統根據工作狀態分為主控模式和旁路模式兩種。

1.3.1 主控模式

1) 啟動探測過程：當信號系統及站臺門間隙探測系統的主控模式工作正常時，車載信號系統主機檢測到在站列車雙門由開啟狀態轉為關閉且鎖緊狀態后，通過車地無線傳輸系統向軌旁聯鎖系統發送啟動探測命令；軌旁聯鎖系統通過繼電器信息向站臺門間隙探測系統傳遞啟動探測命令。

2) 探測結果為“無障礙物”：站臺門間隙探測系統持續探測并實時向軌旁聯鎖系統反饋探測結果；聯鎖系統通過繼電器信息采集得到探測結果為“無障礙物”后，向車載信號系統轉發該結果；車載信號系統判定列車具備發車條件后，允許列車起動離站。

3) 探測結果為“異?！保喝粽九_門間隙探測系統探測到雙門間存在障礙物時，則持續向軌旁聯鎖系統反饋障礙物信息；軌旁聯鎖系統向車載信號系統轉發障礙物信息；車載信號系統命令列車在站停車。

1.3.2 旁路模式

在站臺門間隙探測系統發生設備故障、探測不靈敏、與信號系統接口失靈等情況下，應選用旁路模式，以實現互鎖解除。其具體操作為：站臺門間隙探測系統通過人工操作旁路開關(經過授權的人員在車站內進行操作)，向信號系統發送站臺門間隙探測系統處于“旁路”狀態的信息，用以解除站臺門間隙探測系統與信號系統的互鎖關系。信號系統將采集到的“旁路”狀態作為列車是否具備發車的條件，此時由人工確認站臺門間隙內是否有障礙物。

1.3.3 異常場景

1) 再次打開/關閉命令：若已關閉的列車車門或站臺門再次打開且信號系統已發送探測啟動命令，則車載信號系統發送探測停止命令，終止本次探測。直至雙門恢復“關閉且鎖緊”狀態后，車載信號系統再次發送探測啟動命令。

2) 系統反饋超時：若站臺門間隙探測系統啟動探測后，超過規定時間(如5 s)仍未向車載信號系統反饋探測結果，則信號系統按照“故障-安全”原則，禁止在站列車發車，并在行車監控界面ATS上向工作人員發出“探測到異物禁止發車，需人工現場確認”的提示信息。

2 站臺門間隙探測系統與信號系統控制時序分析

站臺門間隙探測系統正常工作時與信號系統間的控制時序如圖2所示。其具體的控制邏輯如下：①地面聯鎖信號系統收到雙門均關閉的信息；②地面聯鎖信號系統向站臺門間隙探測系統發送啟動探測命令，此時繼電器動作耗時T1(百毫秒級)；③站臺門間隙探測系統接到啟動探測命令后開啟激光探測裝置，經T2(百毫秒級)后進入探測狀態；④經過探測判斷確認無障礙物后，勵磁反饋繼電器耗時T3(2～5 s)，將探測結果發送給信號系統；⑤車載信號系統采集到探測結果為“無障礙物”后，對持續穩定高電平進行確認，延時T4(3 s左右)，待具備其他發車條件后列車起動；⑥車載信號系統確認列車零速信號消失后，命令列車起動并向站臺門間隙探測系統發出停止探測指令，此時探測尚未停止；站臺門間隙探測系統接收到停止探測命令后，延時T5(1～2 s)，探測停止。至此，一個完整的雙門間隙探測流程完成。

圖2 站臺門間隙探測系統與信號系統間的控制時序示意圖

3 站臺門間隙探測系統信號控制邏輯方案對比分析

3.1 接口設計方案分析

站臺門與列車車門間并無直接的接口。如果將站臺門間隙探測系統完全交給站臺門進行探測管理，而站臺門并不掌握列車的車門狀態，將無法確定站臺門間隙探測系統探測的開啟和關閉時機，由此存在列車車門狀態未知而造成探測不充分的問題。因此，信號系統作為雙門“聯絡”和“統籌”的中間設備，由其對站臺門間隙探測系統進行管理，是較為合理的選擇。

3.2 探測停止的時機分析

站臺門間隙探測系統停止探測的時機，可以有兩種選擇：

1) 將列車起動(非零速)作為發出停止探測指令的時機。此時，雙門關閉后的間隙探測已經完整、充分，雙門不會再次開啟，因而不存在人/物闖入雙門間隙的可能性，列車可以安全發車。圖2的探測流程采用了此方式。

2) 將列車全列離開站臺區域作為發出停止探測指令的時機。若采用此時機停止探測，將增加探測的時間。當信號系統與站臺門間隙探測系統接口中斷、信號系統無法向站臺門間隙探測系統發送停止探測命令時，可利用此方式作為發出停止探測命令的補充方法。此方式應當充分考慮列車運行時因車體擺動誤觸發探測告警的可能，避免因此發生列車緊急停車、影響發車效率的情況。

3.3 站臺門間隙探測系統對發車效率的影響

有人駕駛模式下，從司機關門開始到司機完成發車前確認(確認雙門間隙無障礙物)，再到列車起動，整個流程約需20 s，較熟練的司機可以將時間壓縮至17 s左右。增設站臺門間隙探測系統后，列車發車流程總耗時不應超出原有的作業時間，FAO模式下的探測時間應進一步壓縮。障礙物探測應與發車作業環節同步實施，不可因探測作業增加列車停站耗時。為此，需進一步研究站臺門間隙探測系統探測障礙物的優化措施。

3.4 旁路狀態及列車發車確認

站臺門間隙探測系統是獨立于信號系統之外的光機電結合的監測新技術，其設備為新設備，探測系統的穩定性、可靠性是制約列車發車、影響運營效率的關鍵因素。因此，有必要設置相關的旁路環節，以實現互鎖解除，確保列車順利發車。

站臺門間隙探測系統旁路指令是指車站工作人員確認雙門間無障礙物后向信號系統發布的旁開監測系統的指令信息。特別是FAO線路中沒有司機瞭望環節，在站臺門間隙探測系統發布探測結果為“異常”時，必須增加人工確認環節，由車站工作人員現場確認雙門間隙內無障礙物后，方可使用互鎖解除，切不可未經人工確認擅自將探測系統調整到旁路模式并命令列車發車。

站臺門間隙探測系統旁路與站臺門互鎖解除之間的關系要明確。站臺門可能會發生故障卡滯、無法關閉的情況，為了保證運營安全，需要人工對站臺門進行互鎖解除。實施站臺門互鎖解除，相當于向信號系統反饋了站臺門的鎖閉指令，此時應繼續觸發站臺門間隙探測指令，在確認雙門間隙內無障礙物后再命令列車發車。

4 站臺門間隙探測系統的應用場景及發展方向

站臺門間隙探測系統是保證行車安全、乘客安全、列車安全的關鍵環節，也是FAO模式下替代人工操作的補強環節。該系統的投用將增加城市軌道交通線路運營安全的防護水平，提高探測雙門間隙內安全風險的技防能力。

在站臺門間隙探測系統的使用過程中，需要結合實際運營情況對系統的可靠性與穩定性進行評估。特別是配備了站臺門間隙探測系統的新建城市軌道交通工程，在新線開通初期，由于探測系統設備的穩定性尚需磨合，且系統易受到隧洞間粉塵等外界因素的影響，可能會出現系統誤判的情況，進而造成發車晚點，運營指標值明顯下滑。為此，建議仔細評估站臺門間隙探測系統的投運方式與安全行車效能間直接的制約關系。

現有站臺門間隙探測系統的主要功能為對雙門間隙夾人夾物情況進行探測。由于其探測范圍具有局限性，該探測系統并不能對全車、運營全過程進行異物侵限檢查，因此不可將其定位為障礙物全息感知系統，可將該探測系統視為FAO模式下局部范圍的功能補強。

采用FAO后，可進一步提升城市軌道交通系統的智能化水平，實現無人干預的自主感知駕駛。下一代的城市軌道交通列車將配備毫米波雷達、無線及紅外等先進的探測技術及設備，有望在參考無人駕駛汽車技術基礎上實現城市軌道交通列車全車的主動感知。因此，FAO線路不應局限于現有的站臺門間隙探測和站臺區域的異物探測等安全保障措施，而應放眼于列車運行全過程的自主安全感知，以主動實現列車在停站、乘降及運行等作業環節全過程的安全。