城軌全自動運行系統信號與站臺門接口方案優(yōu)化分析

汪世有

（北京城市軌道交通咨詢有限公司，北京 100068）

0 引言

當前全自動運行系統已經成為城市軌道交通列車控制系統的必然發(fā)展趨勢，先后已有北京、上海、成都、太原、濟南等城市全自動運行線路建成并投入運營，同時越來越多的城市也已加入全自動運行線路的規(guī)劃和建設當中。

相比傳統CBTC系統，全自動運行系統信號與站臺門間接口功能更為豐富，對接口方案設計、實施要求也更高，然而無論是對原有繼電接口的功能調整還是對新增網絡接口的方案設計，各城市目前均不盡相同且良莠不齊，由此給全自動運行系統建設質量及后續(xù)運營維護產生了不利影響，針對此問題，需對當前各城市全自動運行系統信號與站臺門接口實施方案進行歸納梳理和比選優(yōu)化，以期得出相對完善可行的接口實施方案，作為全自動運行系統信號與站臺門接口方案設計時的參考[1]。

1 全自動運行系統接口實現功能

傳統CBTC系統信號與站臺門接口功能主要包括聯動開關車門/站臺門和站臺門區(qū)域行車安全防護，全自動運行系統需在雙方既有接口基礎上進行接口功能的補充完善，以實現車門/站臺門對位隔離功能及間隙異物探測防護、再開門/再關門控制等全自動運行系統新增功能[2]。

2 接口方案比選及優(yōu)化分析

2.1 繼電接口比選優(yōu)化

2.1.1 接口描述

信號系統與站臺門采用安全繼電接口，用于站臺門安全防護、開關門聯動控制（含再開/關門控制）、車門/站臺門間隙探測防護等與行車控制安全相關功能的數據交互，目前各城市全自動運行線路針對此接口方案設計主要的區(qū)別在于間隙探測裝置的啟停指令觸發(fā)機制、間隙探測結果的反饋方式等[3]。

2.1.2 典型方案列舉

（1）方案一：信號系統直接控制間隙探測裝置啟停。信號與站臺門在傳統安全繼電接口基礎上增加硬線電路及相應的間隙探測啟動、停止及間隙探測狀態(tài)繼電器，信號系統接收到車門與站臺門關閉且鎖緊信息后，直接向間隙探測裝置發(fā)送啟動探測指令，間隙探測裝置將探測結果通過硬線接口反饋給信號系統，作為信號系統判斷是否允許發(fā)車的條件，當列車駛離站臺軌后，信號系統發(fā)送“停止探測”指令給間隙探測裝置[4]。

（2）方案二：站臺門控制間隙探測裝置啟停。此方案在傳統信號與站臺門安全繼電接口基礎上不額外增加硬線及相應的繼電器，站臺門接收信號系統關門指令后執(zhí)行，站臺門關好后，控制間隙探測裝置啟動，并將與間隙探測結果串聯整合后的“關閉且鎖緊”信息輸出給信號系統。

2.1.3 比選分析及優(yōu)化

比選分析：針對上述兩種方案，從接口安全性、可靠性、可用性、可維護性以及成本控制等多個角度進行比選分析，如表1所示。

由表1可以看出，兩種方案在安全性和可靠性上均滿足接口設計要求，可用性方面兩方案在實現功能的同時，均會對列車發(fā)車造成一定的延遲，而在可維護性和成本控制方面，方案二則有明顯優(yōu)勢，綜合考量，方案二相對更優(yōu)。

表1 不同接口方案優(yōu)缺點分析

調整間隙探測裝置的啟動時機為站臺門收到關門指令時啟動，因間隙探測啟動所需時間（約1.5秒）小于站臺門關好所需時間（約4秒），可保證站臺門關好前間隙探測已完成啟動，此措施可減小1.5秒左右的發(fā)車延遲，從而降低對線路運營指標的影響；需在接口設計階段明確車門與站臺門應同步關閉，以免影響探測效果。

2.2 網絡接口比選優(yōu)化

2.2.1 接口描述

依據中城協《城市軌道-交通全自動運行系統規(guī)范-第3部分：接口》的描述，信號系統和站臺門應采用冗余以太網接口進行通信，用于車門和站臺門的對位隔離，信號系統與站臺門可直接互傳車門或站臺門故障時的“對位隔離”信息，或通過綜合監(jiān)控系統互傳[5]。

2.2.2 典型方案列舉

（1）方案一：信號聯鎖子系統（CI）與站臺門建立網絡接口。此方案在傳統信號聯鎖子系統（CI）與站臺門安全繼電接口基礎上，新增網絡接口用于車門/站臺門對位隔離信息的傳遞，需相應增加接口交換機、通信前置機（FEP）、光纖、網線、光網轉換模塊、網絡防火墻等網絡接口設備。

當列車門被隔離后，車輛TCMS向信號車載VOBC發(fā)送車門隔離信息，車載VOBC根據車門隔離信息確定需對位隔離的站臺門，并將此信息傳遞給聯鎖子系統（CI），CI系統通過FEP向站臺門發(fā)送對位隔離站臺門信息，列車進站停穩(wěn)后，站臺門根據隔離信息控制對應的站臺門不打開。

當站臺門被隔離后，通過FEP向CI系統發(fā)送站臺門隔離信息，CI系統通過車地無線通信向待進站列車車載VOBC發(fā)送站臺門隔離信息，車載VOBC根據站臺門隔離信息確定需對位隔離的車門信息，并發(fā)送至車輛TCMS，列車進站停穩(wěn)后，車輛TCMS根據隔離車門信息控制對應的車門不打開。

（2）方案二：信號ATS子系統與站臺門建立網絡接口。此方案信號聯鎖子系統與站臺門既有繼電接口保持不變，新增ATS子系統與站臺門網絡接口,其他設備接口數據傳輸路徑與方案一相同，此方案同樣需增加接口交換機、FEP、光纖、網線、光網轉換模塊、網絡防火墻等網絡接口設備。

（3）方案三：通過綜合監(jiān)控既有網絡接口轉發(fā)對位隔離信息。此方案無需新增接口，而是利用信號ATS子系統與綜合監(jiān)控、綜合監(jiān)控與站臺門之間既有網絡接口來進行車門/站臺門對位隔離信息的傳遞,其他車輛TCMS與信號車載VOBC、VOBC與ATS子系統之間接口信息與方案二相同。

2.2.3 比選分析及優(yōu)化

比選分析：針對上述三種接口方案從安全性、可靠性、可用性、可維護性以及成本控制等多角度進行對比分析，如表2所示。

表2 不同網絡接口方案優(yōu)缺點分析

由上表可以看出，方案一雖具備高安全性和可靠性，但其主要問題在于需占用聯鎖子系統（CI）安全數據處理資源來實現非安全功能的對位隔離數據傳輸，在CI子系統安全性能保證方面風險較大，且需增加工程成本；方案二在接口安全性、可靠性、以及數據傳輸時延、正確率方面均符合對位隔離數據的傳輸要求，與方案一相同的是都增加了工程成本及運維工作量；而方案三為利用既有網絡通道，無新增工程成本及運維工作，但對位隔離數據傳遞需經車輛TCMS-信號車載VOBC-信號ATS（車站）-信號ATS（中心）-綜合監(jiān)控（中心）-綜合監(jiān)控（車站）-站臺門，中間鏈路較長導致數據傳輸可靠性差、傳輸時延大，可能影響對位隔離功能的實現[6]。綜合分析，方案二相對更優(yōu)。

3 結論

針對當前國內全自動運行線路信號與站臺門間接口方案多樣的現狀，本文從全自動運行系統功能需求出發(fā)，分別對信號與站臺門繼電接口、網絡接口進行梳理和比選優(yōu)化，得出目前較為完善可行的方案，可為全自動運行系統信號與站臺門接口設計及接口方案的標準化提供一些參考；同時我們可以看出，相較傳統繼電接口而言，網絡接口具有數據傳輸量大、接口實施簡單且易擴展、易維護等優(yōu)點，在符合數據傳輸安全性要求的前提下，未來或可逐步替代傳統繼電接口，以實現信號與站臺門接口的整合優(yōu)化，同時滿足互聯互通、不同編組混運等不斷出現的運營新需求。