城際客運專線站臺門車地聯(lián)控可行性探討

周志輝

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

隨著我國高鐵時代的到來，大量新建的客運專線逐步延伸到人口眾多的城市區(qū)域，如在建或將要建設的廣珠、海南東環(huán)線、成灌、廣佛、滬杭、昌九等城際客運專線，這些鐵路將承擔我國主要城區(qū)之間短途旅客的運輸任務，在更大范圍內擔負起城市軌道交通的任務，為這些城市及其沿線城鎮(zhèn)居民的出行帶來便利，也帶動了當?shù)亟洕瓌觾刃琛?/p>

1 城際客運專線的特點

（1）短途客流量大

城際客運專線主要承擔城市之間和市域內沿線城鎮(zhèn)之間的客流，以短途旅客運輸為主，其中大量乘客是需要上下班、上學、購物、商務或旅游的市民。這些客流行程距離短、上下車頻繁，尤其在上下班高峰時段或節(jié)假日時期，乘客流量會急劇上升，導致在一定時間內乘客流量驟增。

（2）行車密度高、速度高

為了滿足短時間內大量乘客運輸?shù)男枰?，城際客運專線必須采用高行車密度、高行車速度的行車組織，才能將大量聚集的乘客運走，因此，城際客運專線的行車追蹤間隔必須小，根據(jù)目前技術水平已達到180 s，接近城市軌道交通的水平（城軌遠期運行間隔一般為120 s），從而使城際客運專線已經具有城市地鐵、輕軌的運輸性質。由于城際客運專線目前主要采用速度200～250 km/h的技術建設，因此，城際客運專線又具有比城市軌道交通速度快的特點（城軌行車速度一般為80～100 km/h）。

（3）乘客站臺候車

過去鐵路通常采用旅客在候車室候車的模式，已不能滿足高峰客流、高行車密度的需求，現(xiàn)在客運專線已開始逐步取消候車室，采用站臺候車方式，以減少旅客上下車時間，提高運輸效率，但有大量乘客在站臺聚集等候上車。

（4）采用寬門的城際客車

為了適應高客流量的要求，提高旅客上下車的通過流通量，縮短列車的追蹤時間，城際客運專線開始采用與城軌交通類似的動車組，每節(jié)車廂有多扇車門，而且車門設計較寬，如新建的成都—都江堰城際客運專線，站停列車采用CRH1改進型城市動車組，該類動車組為8輛編組，車門寬度為1 200 mm。而通常動車組每節(jié)車廂只有2扇門，每扇門約700 mm寬。

（5）與城市軌道交通銜接

城際客運專線既然為城市區(qū)域內的市民服務，就必須和城市軌道交通實現(xiàn)無縫連接，才能滿足人性化服務的需求。如新建的成都—都江堰城際客運專線在犀浦站與成都地鐵線實現(xiàn)同站臺無障礙換乘，市民從市內乘地鐵到達犀浦站后，可直接換乘成灌客運專線到達都江堰、青城山站，或反之從青城山進入市區(qū)。目前新建的城市地鐵系統(tǒng)都設有站臺門，并將站臺門、車門統(tǒng)一納入信號系統(tǒng)集中控制。如果城際客運專線未設站臺門，由于站臺管理制式不同，一邊設有站臺門，另一邊未設，容易使從地鐵列車下車進入國鐵客運專線運營區(qū)的乘客產生不適應感，可能引發(fā)墜軌事故。

針對城際客運專線的上述特點，結合城市軌道交通及國鐵近年來發(fā)生多起乘客意外墜軌、自殺等突發(fā)事件導致的停車事故，一些新建的城際客運專線開始考慮在站臺設置安全門或屏蔽門，將軌道行車區(qū)與站臺乘客候車區(qū)隔離開，為站臺候車旅客提供一個安全舒適的環(huán)境。

盡管站臺安全門和屏蔽門在城市地鐵或輕軌已經廣泛應用，但在國鐵系統(tǒng)尚無應用先例。因此，對于城際客運專線的站臺門控制技術尚屬空白，由于國鐵客運專線的列車控制系統(tǒng)、行車組織與城市地鐵、輕軌均有所不同，對于城際客運專線站臺門的控制應根據(jù)其需求專門研究。

2 站臺門設置聯(lián)動的必要性

鑒于城際客運專線的高客流量、高行車密度、高速度等特點，必須建立有序的管理秩序，一旦發(fā)生旅客落軌，被車門、站臺門擠壓事件，將會引起旅客很大的混亂，給運輸帶來嚴重影響。

站臺安全門/屏蔽門如果沒有配置相應的車地聯(lián)動系統(tǒng)，列車門、站臺門的開閉就必須由司乘人員人工確認控制。一旦操控人員操作失誤，在列車沒有停到規(guī)定的位置時，錯誤打開車門或站臺門，就有可能造成站臺候車旅客或車上旅客發(fā)生落軌或擠壓事件。另外，當站臺門發(fā)生故障不能關閉，如果沒有設置聯(lián)動系統(tǒng)，列車車門有可能被關閉，而乘客還擁擠在站臺門和列車之間的區(qū)域內，這時列車發(fā)車，也有可能導致站臺旅客被擠墜軌事件發(fā)生。

城市軌道交通的應用經驗證明，站臺安全門/屏蔽門必須配置相應的車地聯(lián)控系統(tǒng)，才能充分發(fā)揮其保證安全、提高效率的作用，確保列車在“停穩(wěn)”、“停準”狀態(tài)下，聯(lián)控系統(tǒng)向司乘人員提供明確信號和開門授權，保證安全門和車門的同步開閉。沒有配置聯(lián)動系統(tǒng)的站臺門存在一定的安全隱患。同時，站臺門實現(xiàn)聯(lián)動控制后，還能在一定程度上減少站臺車務人員的數(shù)量，達到減員增效的目的。

3 聯(lián)動功能需求

城際客運專線站臺門車地聯(lián)動系統(tǒng)是基于列車司機在ATP系統(tǒng)防護下，駕駛列車人工停位的操作方式，聯(lián)動系統(tǒng)“核實”列車是否“停準”、“停穩(wěn)”，一旦列車沒有停在規(guī)定的地點或未停穩(wěn)，即使司乘人員按壓列車開門按鈕，也不允許車門和站臺門被打開。因此，站臺安全門/屏蔽門與列車車門聯(lián)動控制系統(tǒng)應滿足以下主要功能。

（1）列車未停在規(guī)定位置，不允許打開車門和站臺安全門/屏蔽門。

（2）列車未停穩(wěn)，不允許打開列車車門和站臺安全門/屏蔽門。

（3）站臺安全門/屏蔽門與列車車門按一定時序同步開關，實現(xiàn)聯(lián)動控制。

（4）車門和安全門未關閉，不允許發(fā)車。

（5）列車在進站時，如安全門/屏蔽門被錯誤打開，則信號系統(tǒng)關閉進站信號，阻止列車進入站臺；當列車在站臺區(qū)域內運行且列車還沒離開站臺區(qū)域時，如安全門/屏蔽門被錯誤打開，則信號系統(tǒng)關閉相應出站信號，列車立即停車。

（6）在司機室和機械師室給出列車停穩(wěn)和允許開門的表示信息，在車站管理室給出有關的顯示及操作界面。

（7）系統(tǒng)能根據(jù)不同車型，向站臺安全門/屏蔽門機電控制系統(tǒng)提供相應的控制信息。

（8）在系統(tǒng)發(fā)生故障時，列車司機或機械師可解除系統(tǒng)聯(lián)動控制；也可以通過地面設備解除聯(lián)動控制，并給司機提供顯示信息。

（9）系統(tǒng)不應改變站臺安全門/屏蔽門和列車門控系統(tǒng)自有的應急控制方式。

4 實現(xiàn)聯(lián)動的關鍵技術

我國新建城軌交通項目都將站臺門、車門納入了信號系統(tǒng)ATO控制，ATO能控制列車自動精確停車對位，其誤差范圍一般在±500 mm范圍內。同時，ATO系統(tǒng)具有車地通信系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)車地信息交換，滿足列車門、站臺門聯(lián)動控制的要求。

我國速度200 km/h客運專線的列控系統(tǒng)CTCS-2采用目標—距離控車模式，只具備超速防護ATP功能，沒有自動控制列車精準定位停車的功能，也不具備車地信息交換的能力，無法滿足車門與站臺門的安全聯(lián)動要求。如果修改CTCS列控系統(tǒng)以滿足精確定位停車的需求，涉及技術標準的修改，特別是停車控制方式的修改，存在與現(xiàn)有CTCS列控區(qū)段不兼容的問題，并且工程投資較高。因此，CTCS客運專線列車要實現(xiàn)站臺門和車門車地聯(lián)動，必須解決以下技術問題。

（1）列車“停準”的判定

城際客運專線動車組列控系統(tǒng)（CTCS-2）ATP模式下，由司機人工操作列車停到指定的位置,因此，檢測并判定列車是否停準是列車車門和站臺門聯(lián)動控制的關鍵技術之一。

根據(jù)目前國內外的技術現(xiàn)狀，列車停車位置判定可以采用如下方案。

方案1：信標定位方案

在列車底部適當位置安裝列車位置判定信標，定位信標中預先存儲列車類型等信息，在列車正確停車點，車體信標相應的股道中央安裝信標查詢器和通信設備，信標查詢器作用范圍即為列車停車位置檢測窗口。列車在窗口內停穩(wěn)時，信標查詢器能傳輸信息，即接收車載定位信標的信息，超出停車范圍時接收不到信息，從而得到停車對位條件。在列車站停期間，地面信標查詢器與車載信標之間的通信保持不間斷。其信標定位原理，如圖1所示。

經室內試驗和現(xiàn)場測試，信標查詢器的作用范圍可調整到900 mm左右的范圍之內。

理論上每股道只需設1處信標查詢器和通信設備，通過調整車載信標安裝位置即可滿足不同類型動車組的停準判定要求，并可根據(jù)信標提供的列車類型給出不同站臺門的開啟信號。考慮到系統(tǒng)的冗余，可在站臺每股道對稱位置設置2套定位信標，提高系統(tǒng)可靠性。

方案2：環(huán)線方案

如果列車停位精度需要放寬，也可以采用環(huán)線方式，即在地面設置環(huán)線，在列車底部安裝環(huán)線接收天線。環(huán)線長度根據(jù)停車精度進行調整，環(huán)線方式既能實現(xiàn)定位，又能實現(xiàn)車地信息交換，但其定位精度比較寬，據(jù)初步試驗測試，其精度為±1 000 mm，按照目前城際客運專線站臺門的設置情況（站臺門設在距站臺邊緣約1 000 mm的位置），能夠滿足要求。

（2）列車“停穩(wěn)”信息的采集

列車車門、站臺門是否允許打開，列車必須停穩(wěn)也是一個必備的前提條件。列車停穩(wěn)信息包含列車速度為零+列車施加制動。

我國CTCS列控系統(tǒng)具有測速和制動輸出監(jiān)測功能，理論上能夠提供列車停穩(wěn)信息。但是，CTCS列控系統(tǒng)沒有與列車車門控制系統(tǒng)發(fā)生關系的接口，無法提供車輛門控狀態(tài)信息。

目前我國CRH型動車組，車門控制系統(tǒng)為了保證安全，要求列車車速低于5 km/h以下時才能打開車門。因此，列車車門機電控制系統(tǒng)也設有測速設備，同時，為了防止列車溜逸，列車在車站股道上停車后，需要對列車施加一定的制動。通過與動車組供貨商的交流，動車組供貨商能夠很方便地以繼電器接點方式提供車速為零、防止列車溜逸的列車停穩(wěn)條件和車門“開”、“閉”的狀態(tài)信息。同時，我國動車組都具有列車啟動與車門狀態(tài)聯(lián)動的功能，當車門處于開啟狀態(tài)，列車不能啟動發(fā)車，因此，只要保證車門和站臺安全門實現(xiàn)聯(lián)動，就能實現(xiàn)對旅客安全防護功能。

由于聯(lián)控系統(tǒng)要實現(xiàn)車門和站臺門的聯(lián)動控制，需要采集車門狀態(tài)信息，并向車門控制電路內插入控制條件，因此，聯(lián)控系統(tǒng)必須和列車車門機電控制系統(tǒng)發(fā)生關系。為了減少系統(tǒng)接口，便于工程實施，聯(lián)控系統(tǒng)的列車停穩(wěn)和車門狀態(tài)信息可以由列車車門機電控制系統(tǒng)提供，而不必和ATP系統(tǒng)發(fā)生關系。

（3）車地設備信息交換

要實現(xiàn)站臺安全門和列車車門的聯(lián)動，必須有車載設備和地面設備之間的信息交換，需要無線信息傳輸設備的技術支持。

目前能夠實現(xiàn)車地信息傳輸?shù)闹饕袑Ｓ?.4 GHz擴頻數(shù)傳電臺＋專用安全通信協(xié)議、GSM-R兩個技術方案。

方案1：2.4 GHz擴頻數(shù)傳電臺+專用安全通信協(xié)議

國內無線電管理委員會已將2.4～2.483 5 GHz頻段開放為自由使用的擴頻通信ISM頻段，基于2.4 GHz ISM開放頻段擴頻通信技術已經在國內外得到日益廣泛使用，例如，城市軌道交通領域的旅客信息系統(tǒng)（PIS）、基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）等都已采用該技術，最近剛開通的廣州地鐵一號線安全門聯(lián)控系統(tǒng)車地通信也是該系統(tǒng)方案的成功運用。

客運專線站臺安全門/屏蔽門車地聯(lián)控系統(tǒng)采用2.4 GHz專用擴頻電臺+專用安全通信協(xié)議的方式構建車地雙向數(shù)據(jù)傳輸通道：在上、下行站臺終端和機車上分別設置2.4 GHz專用擴頻車地通信單元，實現(xiàn)站臺區(qū)域范圍內的短距微功率數(shù)據(jù)傳輸。軟件采用專用安全協(xié)議，軟、硬件雙重CRC校驗，再結合擴頻通信不同信道、不同PN碼調制（用于上、下行區(qū)分）雙重防護，能夠實現(xiàn)車地信息的實時、可靠雙向傳輸。

方案2：GSM-R系統(tǒng)

GSM-R系統(tǒng)是UIC選擇的鐵路專用無線通信技術，也是鐵道部選擇的鐵路綜合數(shù)字移動通信技術。GSM-R系統(tǒng)是在GSM基礎之上發(fā)展起來的，是在GSM技術基礎上增加了鐵路特殊業(yè)務的專用通信技術，具有技術成熟可靠、適合大規(guī)模組網(wǎng)、適用于高速鐵路等優(yōu)勢。

5 系統(tǒng)構架

客運專線站臺安全門/屏蔽門車地聯(lián)動控制系統(tǒng)可分為車載子系統(tǒng)與軌旁子系統(tǒng)兩大部分。其車載設備接口、地面設備接口，如圖2、3所示。

6 展望及應注意的問題

城際客運專線設置的站臺安全門/屏蔽門及其與列車車室門聯(lián)控系統(tǒng)是防止乘客候車時發(fā)生墜軌事件的有效手段，對于提高旅客候車的安全性，改善旅客候車條件，提高車站管理效率，降低車務人員勞動強度具有積極作用。其中屏蔽門還對車站環(huán)境控制系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保的作用，通過對當前國內外軌道交通和客運專線控制技術的分析研究，已具備研發(fā)適合我國客運專線特點的站臺安全門/屏蔽門與列車車門聯(lián)動控制集成系統(tǒng)的技術基礎；聯(lián)動系統(tǒng)能實現(xiàn)列車車門和站臺安全門/屏蔽門的同時開閉，滿足列車車門、站臺安全門/屏蔽門、信號系統(tǒng)的安全聯(lián)動控制功能，將旅客乘車的不安全因素“拒之門外”。該系統(tǒng)的運用能大大提升客運專線的安全水平，符合當前以人為本、重視生命價值的設計理念，具有良好的社會和經濟效益。

站臺門車地聯(lián)動系統(tǒng)是一個系統(tǒng)工程，其技術涉及信號、通信、車輛、站場、機械建筑等諸多專業(yè)，為了方便將來設置站臺門的需要，在建設初期務必在土建工程中預留站臺門的設置空間。以避免出現(xiàn)如建于上世紀60、70年代的北京地鐵1、2號線的狀況，近年來該線已發(fā)生多起乘客墜軌事件，盡管運營單位也想增設站臺門，但由于當時該線以戰(zhàn)備人防為主，兼顧城市交通，車站站臺建筑設施狹小，沒有足夠空間加裝站臺門，且站內柱子距站臺邊緣過近，如果安裝站臺門后乘客無法上下車。同時，站臺長度不足也無法安裝站臺門的端門。不具備安裝站臺門的客觀條件，成為安全隱患。因此，建議當前新建的城際客運專線的站臺設計務必預留站臺門的設置條件。