全自動列車控制系統之信號系統對位隔離使能方案研究

薛強 張永會

摘要： 通過對全自動列車控制系統中既有車門與站臺門對位隔離功能方案深入研究，發現了既有車門與站臺門對位隔離功能方案存在不足，提出了適用于全自動列車控制系統的信號系統對位隔離使能方案，用于解決既有車門與站臺門對位隔離功能方案的不足，通過將既有車門與站臺門對位隔離功能方案和全自動列車控制系統的信號系統對位隔離使能方案在應用場景及使用工況方面進行比較，進而得出全自動列車控制系統的信號系統對位隔離使能方案的優勢。全自動列車控制系統的信號系統對位隔離使能方案在硬件無成本投入的情況下，為調度人員提供了一種靈活的運營組織手段，提高了整個系統之間的聯動協作和集成度，減輕了運營維護人員在應急情況下的故障排除壓力。

關鍵詞： 全自動列車控制系統 信號系統 對位隔離 對位隔離使能 運營組織手段

中圖分類號： U239.5 文獻標識碼： AA 文章編號： 1672-3791（2023）24-0024-05

全自動運行線路應在保證運營安全前提下，提高列車運行效率和運營效益，增強對客流變化的響應能力，增加系統的靈活度和可用性。相較于其他自動化等級的系統，全自動列車控制系統在大幅度提高自動化程度、提升運營組織的靈活性、降低運營人員的勞動強度等方面表現出極大的優勢，應用范圍越來越廣泛［1］。

1 概述

傳統有人駕駛系統中，無論是車門還是站臺門系統單扇門發生故障，其對應的站臺門或車門在停站列車乘降過程中保持關閉，會影響上下客。對于無人駕駛項目，當車站的某個車門或站臺門故障隔離時，為了避免出現影響上下客的情況，提高系統和運營的自動化等級［2］，自動對位隔離功能應運而生。自動對位隔離功能作為全自動運行系統的必備功能之一［3］，在推動全自動系統自動化程度提高的同時也存在一定應用場景和使用工況的缺陷。

在全自動運行系統建設中，車門與站臺門對位隔離功能得到了廣泛應用。通常情況下，當列車停靠在站臺區且滿足停車精度要求的條件下，信號車載控制系統向列車和站臺門系統發送開門命令。當列車停站接近發車時間，信號車載控制系統給出關門命令，控制車門與站臺門關閉，車門和站臺門均已關閉后，信號系統自動啟動列車運行。

當個別列車車門或者車站站臺門發生故障，列車到站后無法自動同步打開車門和站臺門，或者列車到站停站結束后無法自動同步關閉車門和站臺門。當城市軌道交通全自動列車控制系統中的站臺門、車門發生故障，人工隔離后的自動對位隔離功能可解決。即當某一車門或者某一站臺門出現故障時，通過對故障車門或故障站臺門進行人工隔離操作后實現自動對位隔離［4］，被隔離車門/站臺門不再執行自動開關門聯動控制。

但在特殊情況下，如站臺門系統或車輛對于對位隔離狀態的判斷邏輯出現錯亂或者硬件失效時，出現在未進行隔離操作時發送了對位隔離信息，此時將導致錯誤的對位隔離問題發生，影響正常的運營組織。因此，在實施對位隔離時，急需要為運營人員提供一種手段，通過該手段實現在特定情況下人工判斷，進而實現對某個管轄車站或全線車站啟用或者停止對位隔離功能，對位隔離使能（啟用、停止對位隔離功能）的操作需求也顯得尤為重要。

2 對位隔離功能

2.1 對位隔離應用場景

站臺門在運營過程中，滑動門電器或機械故障導致其無法正常開關門，且短時間內無法修復，由站臺工作人員對其故障隔離。滑動門故障隔離后，站臺門系統應自動啟動對位隔離功能，并將站臺門將故障信息（站臺編號與故障站臺門編號）發送給信號系統，信號系統將此信息轉發至車輛相關設備［5］。列車進站停穩后，列車自動運行系統（ATO）自動打開車門與站臺門，故障隔離站臺門對應的車門不打開［6-7］。

列車門在運營過程中，當個別車門故障隔離時，信號系統接收車門故障信息，并將此信息轉發給站臺門系統，列車進站停穩后，ATO自動打開車門及站臺門，故障隔離車門對應的站臺門（站臺門系統控制）不打開。

2.2 既有對位隔離技術方案

城市軌道交通全自動列車控制系統中對位隔離信息主要涉及車輛、信號系統、站臺門系統［5］，車門與站臺門故障隔離信息流程和對位隔離功能實現方式如圖1 所示，分為以下4 個步驟。

（1）當車門或者站臺門發生故障，站務人員或者列控人員將故障的車門或者站臺門進行隔離操作。

（2）當列車車頭壓入站臺軌時，列車自動監控信號系統（Automatic Train Supervision，ATS）負責轉發故障站臺門的故障隔離信息給車輛，同時轉發車輛的故障車門故障隔離信息給站臺門系統，從而實現故障車門或故障站臺門的自動對位隔離功能。

（3）當列車車頭壓入站臺軌后，如果車門或站臺門的隔離信息發生變化，ATS 會持續轉發更新后的車門故障隔離信息、站臺門故障隔離信息，直至列車到達站臺停穩。在列車停站期間，若車門或站臺門的故障隔離信息再次發生變化時，ATS 不再轉發再次更新后的車門故障隔離信息、站臺門故障隔離信息，保持列車停站之前的車門故障隔離信息、站臺門故障隔離信息，直至列車完全離站。

（4）當列車停站結束，列車完全離開站臺軌以后，ATS 發送清空站臺門、車門故障隔離消息，以確保下一趟列車自動地開關門和上下客作業。

在故障隔離通信鏈路ATS 與站臺門系統、ATS 與信號系統車載設備、信號系統車載設備與車輛正常的情況下，對位隔離信息與清除信息的傳遞是準確的，從而站臺門系統和車輛執行對位隔離功能也是準確的。

2.3 既有對位隔離技術方案的缺點分析

由于現有技術方案僅考慮了常規運營場景，所以當站臺門系統、信號系統或者車輛自身存在軟件錯誤或硬件失效時，在沒有執行站臺門或者車門故障隔離操作時發出了對位隔離信息，對位隔離功能會在非預期的情況下錯誤地進行對位隔離，這將大大降低整個運營服務質量。此時，運營維護人員無法停止使用車門與站臺門對位隔離功能的相關操作，無法采用快速有效的手段進行處置，對運營的影響（如晚點）較大，也給維護人員造成較大的工作壓力。

此外，在城市軌道交通建設過程中，各個工種的安裝調試工作無法同步開展。當站臺門的安裝調試較晚時，試運行階段就存在個別站臺門故障隔離和對位隔離功能調試未完成。為避免與車門對位隔離功能的錯亂，通常需要將站臺門對位隔離功能禁用，即停止使用對位隔離功能。在整個接口功能調試完成后，再行啟用對位隔離功能。在這種場景下，既有方案也存在天然的劣勢和不足。

3 信號系統對位隔離使能方案

3.1 信號系統對位隔離使能方案研究

為了克服既有技術方案存在的不足，本文提供了一種基于信號系統實現對位隔離使能的方法，涉及信號系統、車輛、站臺門系統，目的在于提高城市軌道交通系統自動化水平、系統響應時效和行車安全性，保證乘客上下車安全，降低了工作人員勞動強度。

信號系統與站臺門系統進行通信，將所需站臺門對位隔離信息（在接口協議約定狀態含義，如1 代表無須站臺門對位隔離信息，2 代表需要站臺門對位隔離信息）發送至站臺門系統。

信號系統與車輛進行通信，將所需車門對位隔離信息（在接口協議約定狀態含義，如1代表無須車門對位隔離信息，2代表需要車門對位隔離信息）發送至車輛。

信號系統具備根據車站值班員或調度人員針對對位隔離功能的使用需求，對運營線路全線或某個車站的車門、站臺門對位隔離功能進行使能操作（啟用或停止對位隔離功能），可在車站人機操作界面（Human-Machine Interface，HMI）或控制中心人機操作界面（Man-Machine Interface，MMI）上進行相關使能操作，信號系統對位隔離使能方案原理如圖2所示。

信號系統具備根據車站值班員或調度人員的操作意圖，實現啟用或停止運營線路全線或某個車站的車門、站臺門對位隔離功能，并通過邏輯運算，將與調度操作意圖一致的對位隔離指令轉發給車輛和站臺門系統。即當車站值班員或調度人員在HMI 或MMI 上操作啟用對位隔離功能時，ATS 系統將車門與站臺門對位隔離信息轉發給車輛和站臺門系統，車輛和站臺門系統根據對位隔離信息執行對位隔離功能；當車站值班員或調度人員在HMI 或MMI 上操作停止對位隔離功能時，ATS 將車門與站臺門無須對位隔離信息轉發給車輛和站臺門系統，車輛和站臺門系統根據無須對位隔離信息不執行對位隔離功能。

車站值班員在HMI 上操作啟用或停止對位隔離功能時，僅對本聯鎖區所屬車站的站臺門與車門對位隔離功能進行使能操作。調度人員在MMI 上操作啟用或停止對位隔離功能時，可對運營全線車站或者某個車站站臺門與車門對位隔離功能進行使能操作。

ATS 在車站HMI 和控制中心ATS 調度工作站顯示車門與站臺門對位隔離使能狀態，從而給車站值班員和調度人員提供狀態提示，以便對車門與站臺門對位隔離使能狀態進行監督。

站臺門系統與信號系統進行通信，接收ATS 發送的故障車門對位隔離信息，并根據ATS 發送的對位隔離指令執行對位隔離功能。

車輛與信號系統進行通信，并接收ATS 系統發送的故障站臺門對位隔離信息，并根據ATS 系統發送的對位隔離指令執行對位隔離功能。

3.2 信號系統對位隔離使能方案流程

參照圖2 信號系統對位隔離使能方案原理圖，基于信號系統實現車門和站臺門對位隔離使能的方案由車站值班員或控制中心調度人員進行使能操作，包括以下步驟。

步驟1：車站值班員或控制中心調度人員判斷是否需要進行對位隔離使能操作。

步驟2：若需要使用車門與站臺門對位隔離功能時，車站值班員或控制中心調度人員需針對本聯鎖區所屬某個車站或全部車站啟用對位隔離功能的使能操作；若需要旁路或停止使用車門與站臺門對位隔離功能時，車站值班員或控制中心調度人員需要停止對位隔離功能的使能操作。

步驟3：ATS 根據步驟2 中車站值班員或控制中心調度人員進行的啟用對位隔離功能的使能操作，將車門與站臺門對位隔離信息轉發給車輛和站臺門系統；ATS 根據步驟2 中車站值班員或控制中心調度人員進行的停止對位隔離功能的使能操作，轉發車門與站臺門無須對位隔離信息給車輛和站臺門系統。

步驟4：ATS 根據步驟2 中車站值班員或控制中心調度人員進行的啟用或停車對位隔離功能的使能操作，將對位隔離使能狀態信息在ATS 工作站進行狀態顯示，以直觀地提示車站值班員或控制中心調度人員當前對位隔離功能處于啟用或停止狀態。

步驟5：車輛和站臺門系統根據步驟3 中ATS 提供的對位隔離指令在列車停站開關門時執行相應的對位隔離功能，或者根據ATS 提供的無須對位隔離指令在列車停站開關門時不執行對位隔離功能，執行正常的開關門聯動功能。

3.3 信號系統對位隔離使能方案的優勢

與既有技術方案相比，信號系統對位隔離使能方案具有以下優勢。

（1）通過信號系統增加了車門與站臺門對位隔離使能的功能，為用戶在特殊情況下，根據使用需要啟用或停止車門與站臺門對位隔離功能，提供了一種操作手段。通過對位隔離使能的操作手段，可避免當站臺門系統或者車輛自身存在軟件錯誤或硬件失效時，導致對位隔離功能在非預期的情況下錯誤地進行對位隔離。

（2）通過信號系統，為車站值班員和控制中心調度人員提供了一種應急處置手段，避免了運營期間因等待維護人員處置對位隔離功能的故障而造成的運營延誤，有助于提高運營服務水平，減輕運營和維護人員的工作強度。

在城市軌道交通建設過程中，站臺門系統和車輛的安裝調試工作通常情況下無法確保同步進行。在站臺門系統自身功能未調試完善的情況下，通過本技術方案，用戶可靈活選擇啟用或停止對位隔離功能，為線路建設試運行或者后期載客運營期間是否使用對位隔離功能提供了一種有效的運營組織手段。

自動對位隔離使能信息同步，是一種涉及信號系統、車輛和站臺門系統等多系統之間的聯動［8］，通過ATS 僅增加了ATS 的軟件功能，硬件無成本投入，提高了整個系統之間的聯動協作和集成度，極大程度提高了整個系統之間的聯動協作和集成度，極大程度提高了項目的自動化水平，減輕了維護人員在應急情況下的故障排除壓力，同時為調度人員提供了一種靈活的運營組織手段。

4 結語

考慮到整列車上無工作人員的實際情況，全自動列車控制系統中需要增加一些新的功能以進一步提高系統的靈活性；提供更加豐富的自動化功能以及緊急情況下的處理措施；車門和站臺門自動對位隔離功能解決了車門或站臺門發生故障的自動化處置手段，但也存在無法適用于所有應用場景和使用工況的缺點。針對車門和站臺門自動對位隔離功能方案存在的缺陷，本文詳細地闡述了全自動列車控制模式下在車門或者站臺門出現故障的情況下，增加信號系統對位隔離使能功能對于提高信號質量、系統穩定性、安全性，滿足規范要求以及降低總體成本等方面具有非常重要的意義。這一研究對于后續線路的建設、信號系統設計和運營指導有較大的意義。

參考文獻

[1] 豐文勝，王永星，薛強. 軌道交通全自動無人駕駛場景的新功能需求[J]. 鐵道通信信號，2020（2）：83-85.

[2] 公吉鵬. 全自動運行系統中信號系統新增配置和功能[J]. 鐵道通信信號，2019（3）：76-78.

[3] 中國城市軌道交通協會技術裝備專業委員會. 城市軌道交通 全自動運行系統規范第1 部分：需求：T_CAMET 04017.1-2019[S].2019.

[4] 曾恒，李剛，李金峰. 城市軌道交通全自動運行場景下的站臺門系統架構設計研究[J]. 城市軌道交通研究，2022（10）：228-232.

[5] 崔惠珊，蓋克榮，李雪枝，等.FAO下信號系統與站臺門一體化方案[J].鐵路通信信號工程技術，2023（5）：62-66.

[6] 李帥，左艷芳，郭順利，等.基于全自動運行的智能站臺門控制系統研究[J].鐵路計算機應用，2020（11）：44-48.

[7] 景順利. 城市軌道交通全自動駕駛對位隔離功能設計與實現[J]. 信息化研究，2020（2）：49-52.

[8] 陸鵬. 城市軌道交通全自動運行線路運營策略[J].城市軌道交通研究，2023（2）：65-68.