優(yōu)化信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)間隙探測(cè)功能方案研究與分析

韓 潔，袁大鵬，孫紅葉

（1.北京城市快軌建設(shè)管理有限公司，北京 100070；2.交控科技股份有限公司，北京 100070）

由于地鐵站臺(tái)屏蔽門和列車車體之間的間隙客觀存在，乘客登車過(guò)程中停留在該間隙中的情況時(shí)有發(fā)生， 這給地鐵安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了潛在的隱患。針對(duì)屏蔽門與列車門之間的間隙，除了依靠司機(jī)眺望和站臺(tái)上的站務(wù)人員人工指引外[1]，還有一種非接觸式安全探測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的啟動(dòng)或停止指令， 實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)/非全自動(dòng)模式下，信號(hào)系統(tǒng)與間隙探測(cè)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)功能。

本文的研究目的是通過(guò)安全有效的探測(cè)方式代替人工檢查，針對(duì)全模式下如何聯(lián)動(dòng)間隙探測(cè)系統(tǒng)發(fā)出探測(cè)命令，信號(hào)系統(tǒng)接收到間隙探測(cè)系統(tǒng)反饋的內(nèi)容如何聯(lián)動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)處理，最終報(bào)警給行調(diào)人員。

1 全模式下聯(lián)動(dòng)間隙探測(cè)系統(tǒng)方案

1.1 方案概述

1.1.1 全自動(dòng)模式

全自動(dòng)駕駛模式（FAM）、蠕動(dòng)模式（CAM）下列車在站臺(tái)完成乘降作業(yè)后，當(dāng)VOBC 輸出關(guān)門指令時(shí)向CI 發(fā)送啟動(dòng)間隙探測(cè)命令。VOBC 在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)收到CI 發(fā)送的無(wú)障礙物狀態(tài)信息，檢查滿足發(fā)車條件后ATO 啟動(dòng)燈閃爍，即可發(fā)車。

1.1.2 非全自動(dòng)模式

CBTC/點(diǎn)式級(jí)別下列車自動(dòng)駕駛模式（AM）、列車自動(dòng)防護(hù)下的人工駕駛模式（CM）下列車在站臺(tái)完成乘降作業(yè)，當(dāng)按壓關(guān)門按鈕或者VOBC 輸出關(guān)門指令時(shí)向CI 發(fā)送啟動(dòng)間隙探測(cè)命令。VOBC 在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)收到CI 發(fā)送的無(wú)障礙物狀態(tài)，檢查滿足發(fā)車條件后，ATO 啟動(dòng)燈閃爍。 司機(jī)人工判斷無(wú)風(fēng)險(xiǎn)后，按下ATO 啟動(dòng)按鈕或司機(jī)手動(dòng)推牽引后，列車啟動(dòng)。

1.2 基本流程

1）全自動(dòng)模式

步驟一：全自動(dòng)駕駛模式（FAM）、蠕動(dòng)模式（CAM）下列車在站臺(tái)完成乘降作業(yè)后，處于牽引切除狀態(tài)，當(dāng)VOBC 輸出關(guān)門指令時(shí)，VOBC 向CI 發(fā)送啟動(dòng)間隙探測(cè)命令。

步驟二：CI 依據(jù)VOBC 發(fā)送的啟動(dòng)間隙探測(cè)命令，向間隙探測(cè)系統(tǒng)發(fā)送一次性啟動(dòng)探測(cè)指令。

步驟三： 間隙探測(cè)系統(tǒng)接收到啟動(dòng)探測(cè)命令后，在接收到停止探測(cè)命令前，持續(xù)進(jìn)行探測(cè)并實(shí)時(shí)向CI 反饋間隙探測(cè)結(jié)果。

步驟四：CI 將探測(cè)結(jié)果反饋給VOBC，VOBC 在一定時(shí)間內(nèi)（該時(shí)間可根據(jù)具體內(nèi)容配置）持續(xù)收到CI 發(fā)送的無(wú)障礙物狀態(tài)信息，VOBC 緩解上述切牽引狀態(tài)， 檢查滿足發(fā)車條件后，ATO 啟動(dòng)燈閃爍即可發(fā)車。

2）非全自動(dòng)模式

步驟一：CBTC/點(diǎn)式級(jí)別下列車自動(dòng)駕駛模式（AM）、列車自動(dòng)防護(hù)下的人工駕駛模式（CM）下列車在站臺(tái)完成乘降作業(yè)，處于牽引切除狀態(tài)，此時(shí)當(dāng)司機(jī)按壓關(guān)門按鈕或者VOBC 輸出關(guān)門指令時(shí)，VOBC 向CI 發(fā)送啟動(dòng)間隙探測(cè)命令。

步驟二：CI 依據(jù)VOBC 發(fā)送的啟動(dòng)間隙探測(cè)命令，向間隙探測(cè)系統(tǒng)發(fā)送一次性啟動(dòng)探測(cè)指令。

步驟三：間隙探測(cè)系統(tǒng)接收到啟動(dòng)探測(cè)命令后，在接收到停止探測(cè)命令前，持續(xù)進(jìn)行探測(cè)并實(shí)時(shí)向CI 反饋間隙探測(cè)結(jié)果。

步驟四：VOBC 在一定時(shí)間內(nèi)（該時(shí)間可根據(jù)具體內(nèi)容配置）收到CI 反饋的間隙探測(cè)狀態(tài)為無(wú)障礙物時(shí)，VOBC 緩解上述切牽引狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前列車的駕駛模式，司機(jī)通過(guò)MMI 顯示圖標(biāo)，確認(rèn)無(wú)障礙物狀態(tài)，檢查滿足發(fā)車條件后，ATO 啟動(dòng)燈閃爍，司機(jī)再次人工判斷無(wú)風(fēng)險(xiǎn)后，按下ATO 啟動(dòng)按鈕或司機(jī)操作牽引制動(dòng)手柄后，列車啟動(dòng)。

全自動(dòng)/非全自動(dòng)系統(tǒng)共同執(zhí)行步驟五～步驟六。

步驟五：當(dāng)列車已啟動(dòng)但尚未出清站臺(tái)區(qū)域時(shí)，VOBC 持續(xù)向CI 發(fā)送啟動(dòng)間隙探測(cè)指令，CI 收到間隙探測(cè)指令后，持續(xù)向VOBC 反饋間隙探測(cè)狀態(tài)。VOBC 收到間隙探測(cè)系統(tǒng)匯報(bào)的有障礙物信息，則立即施加緊急制動(dòng)，等待人工上車處理。

步驟六：當(dāng)列車車尾完全出清站臺(tái)后，VOBC 向CI 發(fā)送停止間隙探測(cè)指令，CI 發(fā)給間隙探測(cè)系統(tǒng)，間隙探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，CI 將探測(cè)系統(tǒng)工作過(guò)程中的障礙物檢測(cè)狀態(tài)及間隙探測(cè)旁路狀態(tài)周期上傳至ATS 進(jìn)行顯示。

1.3 異常場(chǎng)景

（1）在全模式下間隙探測(cè)啟動(dòng)中或啟動(dòng)后，當(dāng)CI判斷與VOBC 通信中斷后將自動(dòng)停止探測(cè)。

（2）列車啟動(dòng)到列車完全出站前，CI 向VOBC匯報(bào)障礙物有效狀態(tài)，VOBC 輸出緊急制動(dòng)后，如果持續(xù)匯報(bào)出有障礙物，此時(shí)全自動(dòng)模式下需要人工登車處理。 非全自動(dòng)模式下由司機(jī)與站臺(tái)人員確認(rèn)站臺(tái)無(wú)障礙物后，切除ATP 行車或旁路間隙探測(cè)。

如果CI 向VOBC 匯報(bào)障礙物有效狀態(tài)，VOBC輸出緊急制動(dòng)，后續(xù)恢復(fù)為無(wú)障礙物狀態(tài)：

①全自動(dòng)模式下（FAM/CAM 模式），列車零速停車后緊急制動(dòng)不緩解，提示人工打開(kāi)鑰匙，向中心報(bào)警緊急制動(dòng)及原因，提示調(diào)度派人員上車處理。

②非全自動(dòng)模式下（CBTC/點(diǎn)式-AM 模式）ATO駕駛模式下會(huì)退出ATO 模式，在列車零速后該緊急制動(dòng)自動(dòng)緩解，人工確認(rèn)站臺(tái)無(wú)障礙物后手動(dòng)駕駛。

③非全自動(dòng)模式下（CBTC/點(diǎn)式-CM 模式）在列車零速后該緊急制動(dòng)自動(dòng)緩解，人工確認(rèn)站臺(tái)無(wú)障礙物后手動(dòng)駕駛。

（3）列車啟動(dòng)到列車完全出站前，VOBC 與CI通信中斷且無(wú)法恢復(fù)，此時(shí)VOBC 輸出緊急制動(dòng)。

①當(dāng)列車處于全自動(dòng)模式下（FAM/CAM 模式），列車零速停車后緊急制動(dòng)不緩解，提示人工打開(kāi)鑰匙，向中心報(bào)警緊急制動(dòng)及原因，提示調(diào)度派人員上車處理。

②非全自動(dòng)模式下（CBTC/點(diǎn)式-AM 模式），VOBC輸出緊急制動(dòng)，ATO 駕駛模式下會(huì)退出ATO 模式（MMI 上顯示退出ATO 模式的原因），列車零速停車后不緩解緊急制動(dòng)，MMI 上提示緊急制動(dòng)及原因，待司機(jī)與站務(wù)人員共同確認(rèn)無(wú)障礙物后，人工降級(jí)為RM 模式緩解緊急制動(dòng)后手動(dòng)駕駛或等待VOBC與CI 再次建鏈成功通信恢復(fù)后自動(dòng)緩解緊急制動(dòng)，此時(shí)列車處于CBT/點(diǎn)式-CM 模式，VOBC 檢查滿足發(fā)車條件后，列車以原模式或正常操作升級(jí)流程后出站。

③非全自動(dòng)模式下（CBTC/點(diǎn)式-CM 模式）VOBC輸出緊急制動(dòng)，列車零速停車后不緩解緊急制動(dòng)，人工確認(rèn)站臺(tái)無(wú)障礙物后，降級(jí)為RM 模式緩解緊急制動(dòng)后手動(dòng)駕駛或等待VOBC 與CI 再次建鏈成功通信恢復(fù)后自動(dòng)緩解緊急制動(dòng)，此時(shí)列車處于CBTC/點(diǎn)式-CM 模式，VOBC 檢查滿足發(fā)車條件后，列車以原模式或正常操作升級(jí)流程后出站。

（4）特別需要注意的是在限制人工駕駛模式下（RM 模式）不支持間隙探測(cè)聯(lián)動(dòng)功能。

全模式下聯(lián)動(dòng)間隙探測(cè)系統(tǒng)方案架構(gòu)數(shù)據(jù)流如圖1 和圖2 所示。

圖1 全自動(dòng)模式下聯(lián)動(dòng)間隙探測(cè)系統(tǒng)方案架構(gòu)數(shù)據(jù)流Fig.1 Data flow of the linkage gap detection system scheme in the fully automatic mode

圖2 非全制動(dòng)模式下聯(lián)動(dòng)間隙探測(cè)系統(tǒng)方案架構(gòu)數(shù)據(jù)流Fig.2 Data flow of linkage gap detection system scheme architecture in non-full braking mode

本文提出全自動(dòng)/非全自動(dòng)模式觸發(fā)間隙探測(cè)功能的差異對(duì)比分析如表1 所示。

表1 差異對(duì)比分析Tab.1 Difference analysis

1.4 注意事項(xiàng)

（1）啟動(dòng)間隙探測(cè)后，車門或者屏蔽門再次打開(kāi)期間，聯(lián)鎖向間隙探測(cè)系統(tǒng)發(fā)送停止命令到再次發(fā)送啟動(dòng)命令之前，VOBC 需要始終輸出牽引切除防止列車移動(dòng)，保證安全[3]。

（2）列車發(fā)車階段檢測(cè)到有障礙物，VOBC 處于切除牽引狀態(tài)，如果發(fā)生站臺(tái)火災(zāi)故障，需要司機(jī)立即發(fā)車出站，此時(shí)牽引切除，列車無(wú)法出站存在安全隱患。 如果需要出站，通過(guò)以下2 種方式：①切除ATP 人工駕駛列車出站；②旁路間隙探測(cè)設(shè)備。

（3）間隙探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式后（即聯(lián)鎖未要求啟動(dòng)的常態(tài)下），間隙探測(cè)系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)反饋障礙物探測(cè)信息的繼電器保持落下?tīng)顟B(tài)，即有障礙物。

（4）信號(hào)系統(tǒng)需要在VOBC 監(jiān)督到車門與站臺(tái)門均關(guān)閉鎖閉后[4]，若收到有CI 發(fā)送的障礙物有效信息，方可轉(zhuǎn)發(fā)至ATS 顯示，提示行調(diào)工作人員障礙物有效。

（5）當(dāng)間隙探測(cè)系統(tǒng)采集到有障礙物信息反饋給CI，CI 延遲一定的時(shí)間后， 向現(xiàn)地發(fā)送障礙物有效信息，防止有乘客在關(guān)門時(shí)機(jī)闖入，間隙探測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警給現(xiàn)地，對(duì)該線路運(yùn)營(yíng)造成影響。

以上注意事項(xiàng)對(duì)全自動(dòng)/非全自動(dòng)系統(tǒng)均有效。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 研究發(fā)現(xiàn)

本文研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于全自動(dòng)模式、非全自動(dòng)模式下對(duì)間隙探測(cè)系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)間隙探測(cè)功能。 對(duì)于發(fā)車方式的不同本文著重指出差異項(xiàng)。

全自動(dòng)模式下，持續(xù)收到CI 發(fā)送的無(wú)障礙物狀態(tài)信息， 檢查滿足發(fā)車條件后ATO 啟動(dòng)燈閃爍，即可發(fā)車。 非全自動(dòng)模式下，持續(xù)收到CI 發(fā)送的無(wú)障礙物狀態(tài)，檢查滿足發(fā)車條件后，ATO 啟動(dòng)燈閃爍。司機(jī)人工判斷無(wú)風(fēng)險(xiǎn)后，按下ATO 啟動(dòng)按鈕或司機(jī)手動(dòng)推牽引后，列車啟動(dòng)。

2.2 研究貢獻(xiàn)

不論是全自動(dòng)模式還是非全自動(dòng)模式，當(dāng)VOBC輸出關(guān)門指令時(shí)向CI 發(fā)送啟動(dòng)間隙探測(cè)命令。VOBC 在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)收到CI 發(fā)送的無(wú)障礙物狀態(tài)信息， 系統(tǒng)或人工判斷沒(méi)有任何風(fēng)險(xiǎn)之后，列車發(fā)車。 聯(lián)動(dòng)間隙探測(cè)功能有效地避免了乘客登車過(guò)程中停留在該間隙中，使得信號(hào)系統(tǒng)安全保證大大提高。

2.3 研究限制

通過(guò)研究全自動(dòng)/非全自動(dòng)模式下，信號(hào)系統(tǒng)與間隙探測(cè)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)功能發(fā)現(xiàn)該方案需要輸出如下限制條件。

對(duì)于間隙探測(cè)系統(tǒng)限制[5]：需要保證匯報(bào)給CI系統(tǒng)的信息安全完整性等級(jí)應(yīng)達(dá)到SIL2 級(jí)或以上，用以保證障礙物信息來(lái)源的安全和準(zhǔn)確性。

對(duì)于運(yùn)營(yíng)公司的限制：信號(hào)系統(tǒng)間隙探測(cè)功能基于間隙探測(cè)設(shè)備給出的正確探測(cè)結(jié)果，如果間隙探測(cè)設(shè)備給信號(hào)系統(tǒng)提供的探測(cè)結(jié)果是錯(cuò)誤的（如，有障礙物但給出的是無(wú)障礙物信息），信號(hào)系統(tǒng)將無(wú)法提供相應(yīng)的安全防護(hù)功能，此時(shí)的列車安全須交由司機(jī)或運(yùn)營(yíng)人員人為防護(hù)；運(yùn)營(yíng)公司需組織司機(jī)、站務(wù)人員培訓(xùn)，在信號(hào)系統(tǒng)持續(xù)匯報(bào)有障礙物場(chǎng)景下，司機(jī)與站臺(tái)人員如何確認(rèn)站臺(tái)障礙物情況以及如何切除ATP 行車或旁路間隙探測(cè)設(shè)備。

對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的限制：CI 與間隙探測(cè)之間采用繼電接口方式，電路的設(shè)計(jì)需要符合故障－安全原則，接口電路用繼電器必須采用安全型繼電器。

3 結(jié)語(yǔ)

本篇文章針對(duì)乘客在登車過(guò)程中可能存在停留在該間隙中風(fēng)險(xiǎn)來(lái)進(jìn)行全面的研究，探究信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)間隙探測(cè)功能方案內(nèi)容， 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，可以采用信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的啟動(dòng)或停止指令，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)/非全自動(dòng)模式下，信號(hào)系統(tǒng)與間隙探測(cè)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)功能。 即當(dāng)VOBC 輸出關(guān)門指令時(shí)向CI 發(fā)送啟動(dòng)間隙探測(cè)命令。 VOBC 在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)收到CI發(fā)送的無(wú)障礙物狀態(tài)信息，司機(jī)判斷沒(méi)有任何風(fēng)險(xiǎn)之后，就可以發(fā)車，從而避免出現(xiàn)乘客登車過(guò)程中停留在該屏蔽門和列車門之間的縫隙，降低地鐵安全運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，為地鐵的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供最大的保障。