關(guān)于FAO線路車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)間異物探測(cè)的研究

鄭志敏

（通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 概述

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）是新一代城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)，其中無(wú)司機(jī)駕駛模式（Driverless Train Operation，DTO）和無(wú)人監(jiān)督駕駛模式（Unattended Train Operation，UTO）是FAO 中自動(dòng)化程度最高、日常運(yùn)營(yíng)最常用的兩種模式。這兩種運(yùn)營(yíng)模式在列車(chē)上均無(wú)司機(jī)對(duì)車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)進(jìn)行監(jiān)督，當(dāng)乘客在上下車(chē)時(shí)不慎闖入車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)之間的間隙，而此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)判斷車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)關(guān)閉同時(shí)滿足其他發(fā)車(chē)條件，列車(chē)將自動(dòng)運(yùn)行出站，將對(duì)乘客造成嚴(yán)重的人身傷害。為防止上述事故的發(fā)生，本文將對(duì)FAO 線路中信號(hào)系統(tǒng)如何進(jìn)行車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)間的異物探測(cè)并采取安全防護(hù)措施作出分析和探討。

2 場(chǎng)景分析

車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)有重疊的場(chǎng)景發(fā)生在列車(chē)進(jìn)站、停站作業(yè)、發(fā)車(chē)作業(yè)、列車(chē)出站，以下對(duì)此4 個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行分析，用于明確哪些場(chǎng)景下信號(hào)系統(tǒng)需要對(duì)車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)間的異物進(jìn)行探測(cè)并自動(dòng)防護(hù)。

2.1 列車(chē)進(jìn)站

列車(chē)進(jìn)站過(guò)程中，車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)通常均為關(guān)閉狀態(tài)，車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)之間的間隙不存在闖入的乘客。若此時(shí)車(chē)門(mén)或站臺(tái)門(mén)被異常打開(kāi)，信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)門(mén)或站臺(tái)門(mén)監(jiān)控功能將立即實(shí)施相應(yīng)的防護(hù)措施，通常為施加緊急制動(dòng)。因此，列車(chē)進(jìn)站的場(chǎng)景信號(hào)系統(tǒng)可不對(duì)車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)之間的異物進(jìn)行探測(cè)和防護(hù)。

2.2 停站作業(yè)

列車(chē)在站臺(tái)精確停車(chē)后打開(kāi)車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)，乘客進(jìn)行正常的上下車(chē)作業(yè)，乘客進(jìn)入車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)間的間隙屬于正?，F(xiàn)象。因此此場(chǎng)景下系統(tǒng)不對(duì)車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)之間的異物進(jìn)行探測(cè)和防護(hù)。

2.3 發(fā)車(chē)作業(yè)

停站作業(yè)結(jié)束后，列車(chē)自動(dòng)防護(hù)（Automatic Train Protection，ATP）子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)，此時(shí)可能存在乘客被夾在車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)的間隙中，因此列車(chē)啟動(dòng)前車(chē)載ATP 應(yīng)確保車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)間無(wú)異物，且滿足其他發(fā)車(chē)條件后才允許發(fā)車(chē)。

2.4 列車(chē)出站

列車(chē)在發(fā)車(chē)作業(yè)時(shí)，車(chē)載ATP 已判斷車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)間無(wú)異物才允許發(fā)車(chē)。列車(chē)在出站過(guò)程中通常車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，若此時(shí)車(chē)門(mén)或站臺(tái)門(mén)被異常打開(kāi)，信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)門(mén)或站臺(tái)門(mén)監(jiān)控功能將立即實(shí)施相應(yīng)的防護(hù)措施，通常為施加緊急制動(dòng)。因此，列車(chē)出站的場(chǎng)景信號(hào)系統(tǒng)可不對(duì)車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)之間的異物進(jìn)行探測(cè)和防護(hù)。

綜上所述，乘客夾在車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)之間的間隙主要發(fā)生在列車(chē)發(fā)車(chē)作業(yè)場(chǎng)景下，本文所描述的方案也是針對(duì)此場(chǎng)景進(jìn)行分析。

3 方案介紹

3.1 方案簡(jiǎn)介

該方案由異物探測(cè)系統(tǒng)對(duì)車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)間是否有異物進(jìn)行探測(cè)并反饋探測(cè)結(jié)果至信號(hào)系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)防護(hù)。異物探測(cè)系統(tǒng)通常采用紅外線或激光進(jìn)行探測(cè)，目前該探測(cè)系統(tǒng)不能長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)，因此其開(kāi)始啟動(dòng)探測(cè)和終止探測(cè)均需要由信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)命令。該方案的流程如下：車(chē)載ATP 子系統(tǒng)判斷滿足條件后，向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（Computer-Based Interlocking，CI）子系統(tǒng)發(fā)送啟動(dòng)異物探測(cè)命令，異物探測(cè)系統(tǒng)收到CI 轉(zhuǎn)發(fā)的啟動(dòng)命令后，開(kāi)始啟動(dòng)和探測(cè)，并將探測(cè)結(jié)果發(fā)送至CI，CI 轉(zhuǎn)發(fā)此探測(cè)結(jié)果給車(chē)載ATP，車(chē)載ATP 收到無(wú)異物且其他條件滿足后自動(dòng)發(fā)車(chē)，當(dāng)列車(chē)啟動(dòng)后車(chē)載ATP 通過(guò)CI 向異物探測(cè)系統(tǒng)發(fā)送終止探測(cè)命令；若車(chē)載ATP 收到的探測(cè)結(jié)果為有異物則不允許發(fā)車(chē)，繼續(xù)等待直到收到無(wú)異物反饋。

3.2 方案詳述

3.2.1 接口介紹

車(chē)載ATP 與CI 為網(wǎng)絡(luò)接口，ATP 在進(jìn)站前一定距離（該距離可配置）與CI 建立通信，列車(chē)最大安全前端離開(kāi)站臺(tái)后斷開(kāi)通信。CI 與異物探測(cè)系統(tǒng)為繼電接口，每個(gè)站臺(tái)的異物探測(cè)系統(tǒng)均設(shè)置以下4 個(gè)繼電器：2 個(gè)動(dòng)作繼電器分別為啟動(dòng)探測(cè)繼電器和終止探測(cè)繼電器，常態(tài)為落下，由CI 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)吸起；1 個(gè)表示繼電器即異物檢測(cè)繼電器，吸起表示無(wú)異物，落下表示有異物，常態(tài)為落下，由CI 進(jìn)行采集；1 個(gè)異物旁路繼電器，常態(tài)為落下，CI 采集異物旁路繼電器狀態(tài)，當(dāng)異物探測(cè)系統(tǒng)故障后（異物探測(cè)系統(tǒng)故障或異物檢測(cè)繼電器故障），由運(yùn)營(yíng)人員人工確認(rèn)無(wú)異物時(shí)，將旁路開(kāi)關(guān)置為旁路位此時(shí)異物旁路繼電器受電吸起，當(dāng)被置為旁路位時(shí)異物探測(cè)系統(tǒng)將被切除不再工作。

3.2.2 啟動(dòng)探測(cè)

車(chē)載ATP 判斷至少同時(shí)滿足以下條件后向CI發(fā)送啟動(dòng)探測(cè)命令，并進(jìn)入異物探測(cè)狀態(tài)：

1) 處于全自動(dòng)運(yùn)行模式（FAM）/蠕動(dòng)模式（CAM）；

2) 列車(chē)停穩(wěn)停準(zhǔn)；

3) 車(chē)門(mén)/站臺(tái)門(mén)曾處于打開(kāi)狀態(tài)；

4) 當(dāng)前車(chē)門(mén)/站臺(tái)門(mén)為關(guān)閉狀態(tài)；

5) 收到CI 發(fā)送的異物探測(cè)默認(rèn)狀態(tài)；

6) 未處于異物探測(cè)狀態(tài)。

當(dāng)列車(chē)在站臺(tái)停準(zhǔn)停穩(wěn)后，若車(chē)載ATP 檢測(cè)到車(chē)門(mén)/站臺(tái)門(mén)被打開(kāi)過(guò)，則認(rèn)為車(chē)門(mén)/站臺(tái)門(mén)曾處于打開(kāi)狀態(tài)。若列車(chē)在站臺(tái)未進(jìn)行過(guò)開(kāi)門(mén)作業(yè)，且車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)未被異常打開(kāi)過(guò)，乘客通常無(wú)法進(jìn)入車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)之間的間隙，則此時(shí)不進(jìn)行異物探測(cè)。

CI 收到車(chē)載ATP 的啟動(dòng)探測(cè)命令后，才能向該車(chē)載ATP 回復(fù)異物探測(cè)系統(tǒng)發(fā)送的探測(cè)結(jié)果；對(duì)于未發(fā)送啟動(dòng)探測(cè)命令的車(chē)載ATP，CI 應(yīng)向該車(chē)載ATP 回復(fù)異物探測(cè)結(jié)果為默認(rèn)狀態(tài)。

CI 未處于異物探測(cè)狀態(tài)時(shí)，收到車(chē)載ATP 發(fā)送的啟動(dòng)探測(cè)命令，判斷距上一次驅(qū)動(dòng)終止探測(cè)繼電器吸起的時(shí)間間隔大于一定值時(shí)（該值應(yīng)不小于最不利情況下CI 采集到異物探測(cè)系統(tǒng)因該終止探測(cè)繼電器吸起而響應(yīng)的異物檢測(cè)繼電器落下），才可采信該啟動(dòng)探測(cè)命令并進(jìn)入異物探測(cè)狀態(tài)（CI 以站臺(tái)為單位啟動(dòng)異物探測(cè)狀態(tài)），驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)探測(cè)繼電器吸起。

車(chē)載ATP 向CI 發(fā)送啟動(dòng)探測(cè)命令時(shí)，應(yīng)保證發(fā)送時(shí)間足以滿足CI 能收到該命令；CI 驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)探測(cè)繼電器吸起時(shí)，應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)時(shí)間足以滿足間隙探測(cè)系統(tǒng)采集到該繼電器吸起狀態(tài)。

3.2.3 終止探測(cè)

車(chē)載A T P 進(jìn)入異物探測(cè)狀態(tài)后，當(dāng)滿足如下一項(xiàng)條件即向C I 發(fā)送終止探測(cè)命令，并退出異物探測(cè)狀態(tài)：

1) 輸出車(chē)門(mén)/站臺(tái)門(mén)開(kāi)門(mén)命令；

2) 檢測(cè)到車(chē)門(mén)/站臺(tái)門(mén)打開(kāi)；

3) 退出FAM/CAM 模式；

4) 滿足發(fā)車(chē)條件，列車(chē)啟動(dòng)。

CI 若判斷與當(dāng)前狀態(tài)發(fā)起車(chē)載ATP 通信中斷或收到其發(fā)送的終止探測(cè)命令時(shí)，退出異物探測(cè)狀態(tài)（CI 以站臺(tái)為單位退出異物探測(cè)狀態(tài)），驅(qū)動(dòng)終止探測(cè)繼電器吸起。

車(chē)載ATP 向CI 發(fā)送終止探測(cè)命令時(shí)，應(yīng)保證發(fā)送時(shí)間足以滿足CI 能收到該命令；CI 驅(qū)動(dòng)終止探測(cè)繼電器吸起時(shí)，應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)時(shí)間足以滿足間隙探測(cè)系統(tǒng)采集到該繼電器吸起狀態(tài)。

3.2.4 探測(cè)結(jié)果及防護(hù)

異物探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行以下條件的判斷：

1) 收到CI 發(fā)送的啟動(dòng)探測(cè)命令并開(kāi)始探測(cè)；

2) 探測(cè)系統(tǒng)無(wú)故障（異物探測(cè)系統(tǒng)未故障且異物檢測(cè)繼電器未故障）；

3) 未檢測(cè)到異物。

當(dāng)同時(shí)滿足以上條件時(shí)，異物探測(cè)系統(tǒng)判斷為無(wú)異物，驅(qū)動(dòng)異物檢測(cè)繼電器吸起；或異物探測(cè)系統(tǒng)被人工旁路后驅(qū)動(dòng)異物旁路繼電器吸起。CI 采集到異物檢測(cè)繼電器吸起或異物旁路繼電器吸起判斷該站臺(tái)無(wú)異物，否則判斷該站臺(tái)有異物。

對(duì)于同一站臺(tái)（區(qū)分上下行）只有一個(gè)車(chē)載ATP 與CI 建立通信時(shí)：若CI 處于異物探測(cè)狀態(tài)，向該站臺(tái)的車(chē)載ATP 發(fā)送異物探測(cè)真實(shí)狀態(tài)（有異物或無(wú)異物）；若CI 未處于異物探測(cè)狀態(tài)，向該站臺(tái)的車(chē)載ATP 發(fā)送異物探測(cè)默認(rèn)狀態(tài)。對(duì)于同一站臺(tái)（區(qū)分上下行）有多個(gè)車(chē)載ATP 與CI 建立通信時(shí)，對(duì)于該站臺(tái)的車(chē)載ATP：若CI 處于異物探測(cè)狀態(tài)，向當(dāng)前狀態(tài)發(fā)起的車(chē)載ATP 發(fā)送異物探測(cè)真實(shí)狀態(tài)，向非當(dāng)前狀態(tài)發(fā)起的車(chē)載ATP 發(fā)送異物探測(cè)默認(rèn)狀態(tài)；若CI 未處于異物探測(cè)狀態(tài)，向該站臺(tái)所有車(chē)載ATP 發(fā)送異物探測(cè)默認(rèn)狀態(tài)；CI 收到某車(chē)載ATP 發(fā)送的啟動(dòng)探測(cè)命令后，僅當(dāng)因該車(chē)載ATP 發(fā)送終止探測(cè)命令或與其斷開(kāi)通信CI 退出異物探測(cè)狀態(tài)后才能響應(yīng)其他車(chē)載ATP 發(fā)送的啟動(dòng)探測(cè)命令。

車(chē)載ATP 對(duì)探測(cè)結(jié)果的處理如下。

1) 收到CI 發(fā)送的異物探測(cè)結(jié)果為無(wú)異物：車(chē)載ATP 判斷滿足其他發(fā)車(chē)條件后自動(dòng)發(fā)車(chē)。

2) 收到CI 發(fā)送的異物探測(cè)結(jié)果為有異物：車(chē)載ATP 施加緊急制動(dòng)，禁止列車(chē)啟動(dòng)。

3) 收到CI 發(fā)送的異物探測(cè)結(jié)果為默認(rèn)狀態(tài)：默認(rèn)狀態(tài)車(chē)載ATP 視為有異物并施加緊急制動(dòng)，禁止列車(chē)啟動(dòng)。

4) 車(chē)載ATP 未啟動(dòng)過(guò)探測(cè)或者探測(cè)過(guò)程中，車(chē)載ATP 判斷與CI 通信中斷：此時(shí)車(chē)載ATP 無(wú)法獲得異物探測(cè)結(jié)果，車(chē)載ATP 施加緊急制動(dòng)，禁止列車(chē)啟動(dòng)，需人工上車(chē)上鑰匙緩解緊急制動(dòng)，并以非FAM/CAM 運(yùn)行出站。

5) 列車(chē)啟動(dòng)前，車(chē)載ATP 將持續(xù)檢測(cè)CI 發(fā)送的異物探測(cè)結(jié)果，并按1)至4)進(jìn)行處理，列車(chē)啟動(dòng)后車(chē)載ATP 不再對(duì)該站臺(tái)的異物探測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的方案在列車(chē)發(fā)車(chē)作業(yè)時(shí)能有效的對(duì)夾在車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)之間的乘客進(jìn)行檢測(cè)并作出安全防護(hù)，提高了FAO 系統(tǒng)的安全性和自動(dòng)化水平。對(duì)FAO 系統(tǒng)的功能開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。