軌道交通車站出入口控制系統(tǒng)分析與集成

沈惠鑫，董守放

（1.上海地鐵第一運(yùn)營(yíng)有限公司設(shè)施部，上海,200000;2.上海工程技術(shù)大學(xué)，上海,200000）

軌道交通車站出入口控制系統(tǒng)分析與集成

沈惠鑫1，董守放2

（1.上海地鐵第一運(yùn)營(yíng)有限公司設(shè)施部，上海,200000;2.上海工程技術(shù)大學(xué)，上海,200000）

根據(jù)上海軌道交通超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的背景，對(duì)上海軌道交通車站卷簾門(mén)集中控制提出功能分析和初步方案。創(chuàng)新設(shè)計(jì)車站卷簾門(mén)智能控制系統(tǒng)，能提供視頻監(jiān)視、語(yǔ)音報(bào)警及遠(yuǎn)程控制等管理功能，確保乘客人身安全和設(shè)備安全運(yùn)行，以滿足上海軌道交通適應(yīng)超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對(duì)車站機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化管理的需求。

出入口控制系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)集成

0 引言

城市軌道交通具有快速、大運(yùn)量、人均能耗低等特點(diǎn)，隨著城市的發(fā)展軌道交通成為治理交通擁堵的重要途徑。聚焦上海軌道交通發(fā)展過(guò)程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，切實(shí)保障軌道交通正常運(yùn)行已經(jīng)成為一個(gè)亟需解決的課題。經(jīng)調(diào)研車站卷簾門(mén)的監(jiān)控一直未并入設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)，車站對(duì)卷簾門(mén)操作控制均需由車站運(yùn)營(yíng)人員就地直接進(jìn)行操作，尤其是離車控室或服務(wù)中心較遠(yuǎn)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)門(mén)處置時(shí)間較長(zhǎng)，并存在一定安全隱患且工作效率低下。

1 必要性分析

實(shí)現(xiàn)車站卷簾門(mén)集中智能控制，將常態(tài)情況下無(wú)人值守的車站卷簾門(mén)納入車站機(jī)電系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一管理，提升安全管控等級(jí)，提升了車站運(yùn)營(yíng)效率?？傮w而言，可以體現(xiàn)在四個(gè)方面：

1.1 降低人工成本，適應(yīng)一崗多能要求

根據(jù)上海軌道交通未來(lái)發(fā)展目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)從“數(shù)量增長(zhǎng)”到“質(zhì)量提升”的轉(zhuǎn)型，就需要在設(shè)施設(shè)備方面給予大力的支持，由原始的人防提升為技防為主，人防兼顧的管理模式。

1.2 減少行車值班員工作強(qiáng)度

行車值班員作為車站最為重要的工作崗位，承擔(dān)了日常運(yùn)營(yíng)及應(yīng)急處置情況下的職責(zé)，原則上不能離開(kāi)車控室至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作。采用卷簾門(mén)集中控制，可以將業(yè)務(wù)集中在車控室內(nèi)處理，大大提高了工作效率。

以一座4個(gè)出入口的標(biāo)準(zhǔn)車站為例，工作人員在站廳層平面行走距離為450米，加上每個(gè)出入口行走距離以往返60米計(jì)算，總行走距離為，其中由上向下行走總距離。下表為統(tǒng)計(jì)的人員行走速度舉例表。

表1 不同人員不同狀態(tài)下行走速度舉例m/s

以女性工作人員正常狀態(tài)走行速度為測(cè)算依據(jù)，加上每扇卷簾門(mén)關(guān)閉或打開(kāi)的行程時(shí)間以45秒計(jì)。

總行走時(shí)間為：T=T1+T2+T3

其中T1為水平行走時(shí)間，T2為從上向下行走時(shí)間，T3為卷簾門(mén)啟閉的時(shí)間。

T1=（690-80）/0.75=813s

T2=80/0.3=266s

T3=45*4=180s

T=813+266+180=1259s

1259s/60=20min

按標(biāo)準(zhǔn)車站4座出入口4扇卷簾門(mén)對(duì)比，單名女性工作人員開(kāi)啟或關(guān)閉一次需要20分鐘左右，而使用車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)后，開(kāi)啟4個(gè)出入口的總時(shí)間約為45秒，大大提高了工作效率。當(dāng)出入口數(shù)量多，并且出入口長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí)，所耗費(fèi)的時(shí)將更長(zhǎng)。

1.3 運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)完善車站日常管理

目前，車站日常卷簾門(mén)開(kāi)閉工作均由工作人員至現(xiàn)場(chǎng)操作，耗時(shí)較長(zhǎng)且工作效率低下。隨著新線不斷開(kāi)通、與地塊結(jié)合開(kāi)發(fā)等情況，車站出入口總數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)。通過(guò)車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)，增加了智能化的控制策略，可設(shè)定開(kāi)啟和關(guān)閉卷簾門(mén)的時(shí)間，在早上運(yùn)營(yíng)開(kāi)始時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟卷簾門(mén)，在晚上運(yùn)營(yíng)結(jié)束時(shí)自動(dòng)關(guān)閉卷簾門(mén)。同時(shí)，也可以設(shè)置組合控制策略，不同線路的卷簾門(mén)可同時(shí)啟閉或分別啟閉，達(dá)到控制人流的功能。車站工作人員只需在服務(wù)中心通過(guò)視頻和反饋信號(hào)確認(rèn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否完成，無(wú)需至現(xiàn)場(chǎng)操作，可大大節(jié)約人力資源。

1.4 應(yīng)急情況下高效處置要求

在故障情況下，一方面要有效對(duì)客流進(jìn)行疏導(dǎo)，另一方面要盡快處理故障，如果還需要人員至現(xiàn)場(chǎng)對(duì)卷簾門(mén)進(jìn)行操作，浪費(fèi)了有限的人力資源，并增加故障影響時(shí)間，而采用遠(yuǎn)程監(jiān)控后，可以在故障處置的同時(shí)對(duì)卷簾門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在保障安全的同時(shí)提高了故障處置效率。

2 設(shè)計(jì)原則及功能實(shí)現(xiàn)

針對(duì)上海軌道交通車站實(shí)際情況，完整的新增一套設(shè)備需要對(duì)既有設(shè)施進(jìn)行改造，成本較大且實(shí)施性較低，因此，本研究提出基于既有車站操作系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)充和延伸，在保證安全的前提下，實(shí)現(xiàn)卷簾門(mén)視頻監(jiān)視、語(yǔ)音報(bào)警及遠(yuǎn)程控制等管理功能。

2.1 兼容原則

車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)可以完全融入車站既有操作系統(tǒng)，作為原車站EMCS（機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）系統(tǒng)的功能擴(kuò)展，不再形成額外的獨(dú)立控制系統(tǒng)，保證了原車站操作系統(tǒng)高度完整性，避免項(xiàng)目實(shí)施后增加額外維保費(fèi)用。

另在設(shè)備選型上可以完全貼合車站既有操作系統(tǒng)，便于設(shè)備采購(gòu)和維護(hù)，避免由于備件不一，帶來(lái)新的委外內(nèi)容而發(fā)生不必要費(fèi)用。

現(xiàn)地鐵EMCS均采用PLC（可編程序控制器）系統(tǒng)控制，車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)可采用與車站PLC相同品牌或型號(hào)的PLC，在與車站系統(tǒng)的集成上不需要額外的硬件和軟件成本，沒(méi)有系統(tǒng)集成的環(huán)節(jié)，可加快系統(tǒng)的建設(shè)的進(jìn)度周期。

2.2 安全原則

如何提高安全性的保護(hù)為另一重要原則，所有的遠(yuǎn)程控制，即無(wú)人值守時(shí)對(duì)設(shè)備的操作，必須建立在安全的基礎(chǔ)上，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須確保乘客的人身安全和設(shè)備的安全，提供多方位保護(hù)，利用系統(tǒng)集成優(yōu)勢(shì)使安全系數(shù)大大提高，體現(xiàn)在以下四重防護(hù)。

（1）完善既有卷簾門(mén)的限位開(kāi)關(guān)保護(hù)，為第一重防護(hù)。

（2）卷簾門(mén)下設(shè)置紅外對(duì)射接近開(kāi)關(guān)，為第二重防護(hù)。

（3）增設(shè)碰撞探測(cè)，為第三重防護(hù)。

（4）增設(shè)語(yǔ)音提示，為第四重防護(hù)。

安全保護(hù)的策略可通過(guò)以上4重防護(hù)得到確保。以下通過(guò)實(shí)例場(chǎng)景描述，可判斷系統(tǒng)的安全可靠性通過(guò)4重防護(hù)已完全避免了意外的發(fā)生。

通過(guò)以上的場(chǎng)景描述可以認(rèn)為車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)的安全性是有充分保證的。

表2 實(shí)例場(chǎng)景

2.3 功能實(shí)現(xiàn)

（1）實(shí)現(xiàn)在車站既有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)上對(duì)車站出入口卷簾門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。將車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)直接無(wú)縫連接于車站既有的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)并入圖控系統(tǒng)，包括合理規(guī)劃車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)籌管理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)PLC地址及程序變量、所有外部連接通過(guò)硬線可靠連接，而非通過(guò)任何通信協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，從而避免新增系統(tǒng)與既有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生無(wú)謂“縫隙”，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另外也可方便對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)。同時(shí)，在新增系統(tǒng)接入后，不影響原先在各出入口的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。每套卷簾門(mén)設(shè)若干監(jiān)視點(diǎn)與控制點(diǎn)，詳細(xì)情況見(jiàn)下表。

表3 卷簾門(mén)監(jiān)視點(diǎn)與控制點(diǎn)表

將以上輸入及輸出點(diǎn)通過(guò)硬接點(diǎn)方式敷設(shè)電纜連接到系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)每個(gè)需要集中控制的卷簾門(mén)進(jìn)行接入到系統(tǒng)中，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。

（2）實(shí)現(xiàn)可在車站服務(wù)中心處（或車站控制室）對(duì)車站出入口的卷簾門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。卷簾門(mén)控制操作盤(pán)（觸摸屏）的增設(shè)，也能同時(shí)滿足無(wú)縫接入既有的車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的要求。除了可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急單點(diǎn)對(duì)某扇出入口卷簾門(mén)單點(diǎn)開(kāi)啟和關(guān)閉控制要求外，也能作為其他功能控制要求的擴(kuò)展，如模式控制、就地操作/遠(yuǎn)程控制允許等自動(dòng)控制方面的要求，具體如下。

A.可以根據(jù)車站要求靈活設(shè)置模式控制要求，如運(yùn)營(yíng)模式、非運(yùn)營(yíng)模式、應(yīng)急模式等。

B.手動(dòng)正常運(yùn)營(yíng)模式：一鍵開(kāi)啟所有正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)該開(kāi)啟的出入口卷簾門(mén)。

C.自動(dòng)正常運(yùn)營(yíng)模式：根據(jù)運(yùn)營(yíng)時(shí)間表自動(dòng)開(kāi)啟所有正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)該開(kāi)啟的出入口卷簾門(mén)。

D.手動(dòng)非運(yùn)營(yíng)模式：一鍵關(guān)閉所有在非運(yùn)營(yíng)時(shí)間應(yīng)該關(guān)閉的出入口卷簾門(mén)。

E.自動(dòng)非運(yùn)營(yíng)模式：根據(jù)運(yùn)營(yíng)時(shí)間表自動(dòng)關(guān)閉所有在非運(yùn)營(yíng)時(shí)間應(yīng)該關(guān)閉的出入口卷簾門(mén)。

F.應(yīng)急模式：可以針對(duì)不同的應(yīng)急情況觸發(fā)不同的應(yīng)急模式，根據(jù)控制要求自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉某些出入口卷簾門(mén)。

車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)圖1如下所示。

圖1 車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)

3 工程實(shí)例

通過(guò)對(duì)10號(hào)線新江灣城站有4個(gè)設(shè)有卷簾門(mén)出入口進(jìn)行試點(diǎn)，驗(yàn)證車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)的可行性。

圖2 10號(hào)線新江灣城站4個(gè)試點(diǎn)出入口

3.1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置在新江灣城站服務(wù)中心的觸摸屏，并通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)定制了系統(tǒng)的人機(jī)界面。

車站卷簾門(mén)集中控制系統(tǒng)通過(guò)以上人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)出入口的卷簾門(mén)進(jìn)行如下功能控制。

◎手動(dòng)下降控制

◎手動(dòng)上升控制

◎卷簾門(mén)急?？刂?/p>

◎報(bào)警器停手動(dòng)停止控制

◎并可以觀察到如下信息

◎卷簾門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)

◎卷簾門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)

◎紅外對(duì)射1處于報(bào)警狀態(tài)

◎紅外對(duì)射2處于報(bào)警狀態(tài)

◎碰撞探測(cè)器報(bào)警狀態(tài)

3.2 系統(tǒng)接入

首先將系統(tǒng)無(wú)縫接入車站既有EMSC系統(tǒng)，同時(shí)并入ISCS（綜合監(jiān)控系統(tǒng)）圖控系統(tǒng)，包括合理規(guī)劃車站EMSC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)籌管理EMCS系統(tǒng)PLC地址及程序變量、所有外部連接通過(guò)硬線可靠連接，而非通過(guò)任何通信協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，從而避免新增系統(tǒng)與既有EMCS系統(tǒng)產(chǎn)生無(wú)謂“縫隙”，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另外也可方便今后對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)。在新增系統(tǒng)接入后，不影響原先在各出入口的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，如圖3所示。

3.3 操作盤(pán)

在車站服務(wù)中心處新增一臺(tái)觸摸屏，做為卷簾門(mén)控制操作盤(pán)。同時(shí)并入現(xiàn)有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的車站級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

圖3 卷簾門(mén)現(xiàn)場(chǎng)操作開(kāi)關(guān)

3.4 遠(yuǎn)程控制箱

在車站服務(wù)中心或車站設(shè)備房區(qū)，增加一個(gè)PLC遠(yuǎn)程控制箱，同時(shí)接入現(xiàn)有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的車站級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

3.5 碰撞探測(cè)器

在每個(gè)卷簾門(mén)底部增加了碰撞探測(cè)器，當(dāng)卷簾門(mén)下降時(shí)，碰到任何阻礙物，將直接將卷簾門(mén)電機(jī)停止，加強(qiáng)對(duì)卷簾門(mén)安全控制。

3.6 紅外線對(duì)射探頭

在每個(gè)卷簾門(mén)離地1.5米處設(shè)置二對(duì)紅外線對(duì)射探頭2，除了卷簾門(mén)自身機(jī)械限位的保護(hù)裝置外，在遠(yuǎn)程控制時(shí)通過(guò)非機(jī)械方式限位保護(hù)作為額外保護(hù)之一，如紅外探測(cè)報(bào)警信號(hào)，作為卷簾門(mén)啟?？刂票Ｗo(hù)的依據(jù)，如有乘客在卷簾門(mén)下方時(shí)，將即刻自動(dòng)取消遠(yuǎn)程控制命令，無(wú)須人為干預(yù)，保證在卷簾門(mén)關(guān)閉時(shí)對(duì)乘客的保護(hù)。

3.7 語(yǔ)音報(bào)警

在每個(gè)卷簾門(mén)側(cè)設(shè)置語(yǔ)音報(bào)警器3，即卷簾門(mén)動(dòng)作時(shí)輸出語(yǔ)音報(bào)警，提示乘客注意安全。為了進(jìn)一步加強(qiáng)安全，在遠(yuǎn)程控制時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)階段報(bào)警方式。

將要?jiǎng)幼麟A段：在卷簾門(mén)動(dòng)作前若干秒前，語(yǔ)音報(bào)警輸出“卷簾門(mén)將要關(guān)閉，請(qǐng)勿穿行出入口”；動(dòng)作階段：語(yǔ)音報(bào)警輸出“卷簾門(mén)正在關(guān)閉，請(qǐng)注意安全”。

3.8 系統(tǒng)整合

將觸摸屏、碰撞探測(cè)器、紅外線對(duì)射探頭、語(yǔ)音報(bào)警器和卷簾門(mén)電機(jī)與PLC遠(yuǎn)程控制箱連接，通過(guò)編寫(xiě)PLC程序，實(shí)現(xiàn)卷簾門(mén)自動(dòng)化控制。系統(tǒng)整合圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)整合圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)10號(hào)線新江灣城站4個(gè)設(shè)有卷簾門(mén)出入口試點(diǎn)卷簾門(mén)集中控制，取得了一定的成功，表明該系統(tǒng)確實(shí)可以利用于軌道交通車站卷簾門(mén)控制。下一步需要進(jìn)一步分析應(yīng)用于除EMCS外其它車站操作系統(tǒng)的可行性，并進(jìn)一步擴(kuò)展至其它目前由人工操作的車站機(jī)電設(shè)備從來(lái)體現(xiàn)“降本增效”和“智慧地鐵”的理念，為上海軌道交通超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供助力。

[1]徐華.軌道交通機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連理工大學(xué),2014.

[2]薛靜瑋.防火卷簾門(mén)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].福建電腦,2014,30(6):115-117.

[3]王志寬,李建朝.試論防火卷簾控制功能優(yōu)化及維護(hù)[J].魅力中國(guó),2009(36):225-226.

[4]劉麗平.某地鐵車站消防系統(tǒng)功能及接口設(shè)計(jì)[J].城市地理,2015(10X):128.

[5]朱燁中.城市軌道交通機(jī)電設(shè)備與公共安全防范系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)模式[J].城市軌道交通研究,2011,(S1):29-34.

Rail Transit Station Entrance Control System Analysis and Integration

Shen Huixin,Dong Shoufang
(1.The Facilities Department First Operation Co., Ltd. of Shanghai Metro,Shanghai, 200000;2.Shanghai University of Engineering Science，Shanghai,200000)

According to the background of the development of very large scale network of Shanghai rail transit, the function analysis and the preliminary scheme for the centralized control of the rolling shutter door of Shanghai rail transit station is put forward Innovating design station rolling shutter doors intelligent control system can provide video surveillance, voice alarm and remote control management functions to ensure safety of the passenger and equipment to meet the requirements that the Shanghai rail transit adapts to the development of very large scale network for the mechanical and electrical equipment automation management in station

import and export control system;remote monitoring;mechanical and electrical equipment monitoring and control system integration