適用于全自動運行信號系統(tǒng)的站臺功能研究

馮維佳

（通號城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070）

近些年來，隨著計算機技術(shù)和人工智能的不斷進步，城市軌道交通信號系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，全自動無人駕駛場景越來越普及，全自動運行功能也在不斷完善。具備全自動運行功能的軌道交通信號系統(tǒng)，可實現(xiàn)以計算機技術(shù)及自動化控制技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)提升軌道交通運營服務(wù)水平，給乘客提供更安全更有效率的軌道交通服務(wù)，通過由信號設(shè)備代替司機或運營人員進行操作，實現(xiàn)全自動運行，進一步提升軌道交通的安全與效率。為實現(xiàn)列車全自動運行，全自動運行站臺功能也是信號系統(tǒng)的重要組成部分，因此，本論文旨在研究無人駕駛的全自動運行信號系統(tǒng)中的站臺全自動化功能，以便實現(xiàn)列車全自動運行。

1 全自動運行

隨著軌道交通全自動化運行工程技術(shù)的發(fā)展，通過結(jié)合軌道交通工程建設(shè)和運營經(jīng)驗，全自動運行標準化不斷實現(xiàn)，逐步制定出GB/T 32590.1—2016標準，標準定義了適用于城市軌道交通的不同自動化等級。根據(jù)從列車運行過程所需完成各項功能下的人和設(shè)備職責劃分的角度，自動化等級劃分為GoA0、GoA1、GoA2、GoA3和GoA4。

全自動運行場景包括有人值守下列車自動運行和無人值守下的列車自動運行，兩者區(qū)別為運行異常時處理方式。無人值守下的列車自動運行場景中，所有的軌道交通信號系統(tǒng)功能均由系統(tǒng)負責實現(xiàn)；有人值守下列車自動運行場景中，則是在部分設(shè)備故障或應(yīng)急情況下，由人員介入控制系統(tǒng)，解決問題，恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。列車運行包括列車喚醒/休眠、庫內(nèi)發(fā)車、場內(nèi)運行、站臺停車、站臺發(fā)車、站臺清客、折返、回庫、洗車等正常運營作業(yè)，以及車輛火災(zāi)、站臺火災(zāi)、障礙物檢測激活等異常運營事件，全自動運行信號系統(tǒng)應(yīng)能自動實現(xiàn)列車正常運營并能處理異常事件，實現(xiàn)列車全自動運行。

2 全自動運行站臺

2.1 場景分析

軌道交通列車運營站臺場景包括列車進入站臺停車、列車站臺發(fā)車、站臺清客。

列車進入站臺停車場景是指列車在滿足條件時進站停車，打開和關(guān)閉車門和站臺門，實現(xiàn)乘客上/下車。列車站臺發(fā)車場景是指列車在站臺停穩(wěn)且開關(guān)門后，滿足條件時發(fā)車出站。站臺清客場景是指在折返站和終到站（含臨時清客站臺）提醒車上乘客下車，站臺乘客不能上車，乘客全部下車后發(fā)車出站。

對于全自動運行列車，為實現(xiàn)以上站臺功能，全自動運行信號系統(tǒng)需實現(xiàn)自動判斷列車進入站臺停車條件、站臺發(fā)車條件是否滿足，自動控制車門、站臺門開/關(guān)，并自動停車及發(fā)車。有人值守下列車自動運行時，應(yīng)設(shè)置間隙探測設(shè)備，實現(xiàn)對停站列車車門和站臺門之間的縫隙自動進行間隙探測，以減少乘客或物品夾入站臺門與車門的間隙中造成風險，同時，應(yīng)在站臺設(shè)置開門、關(guān)門及發(fā)車按鈕，并在控制中心設(shè)置按鈕旁路功能，用于站臺開門、關(guān)門作業(yè)，以及清客作業(yè)；無人值守下的列車自動運行時，應(yīng)實現(xiàn)在控制中心遠程下發(fā)開門、關(guān)門及發(fā)車命令，并增加對于故障狀態(tài)的自動處理，遠程實現(xiàn)間隙探測系統(tǒng)旁路功能，使列車在間隙探測系統(tǒng)故障時仍能自動發(fā)車。

2.2 功能方案

2.2.1 列車進入站臺停車

全自動運行模式下，信號系統(tǒng)需自動判斷列車移動授權(quán)滿足進站停車，站臺門處于關(guān)閉狀態(tài)等條件。若條件滿足，控制列車正常進入站臺停車窗內(nèi)停車，若進站欠標或過標，車載子系統(tǒng)自動控制列車向前或向后跳躍對標，直至停準停穩(wěn)，下發(fā)車門和對應(yīng)編組的站臺門開門命令，等待乘客下車后關(guān)閉車門和站臺門。

2.2.2 列車站臺發(fā)車

全自動運行列車在站臺停準停穩(wěn)后，信號系統(tǒng)開始進行停站時間計時，停站時間到時、車門站臺門關(guān)閉且鎖緊、間隙探測檢測無障礙物及出站信號開放等出站條件都滿足時，列車自動站臺發(fā)車。間隙探測功能作為全自動運行站臺發(fā)車條件之一，具有重要作用。

車載子系統(tǒng)可實現(xiàn)自動啟動和停止間隙探測。車載子系統(tǒng)啟動間隙探測的條件為車載子系統(tǒng)判斷列車在站臺停準停穩(wěn)，檢測到車門/站臺門曾處于打開狀態(tài)、當前車門/站臺門為關(guān)閉狀態(tài)，且此時未處于間隙探測狀態(tài)。車載子系統(tǒng)啟動間隙探測后，向聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)送間隙探測啟動命令，并進入間隙探測狀態(tài)。車載子系統(tǒng)處于間隙探測狀態(tài)時，若收到聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)送的已檢測且無障礙物狀態(tài)，在滿足其他發(fā)車條件后，自動發(fā)車運行；車載子系統(tǒng)判斷與聯(lián)鎖子系統(tǒng)通信故障或收到聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)送的未檢測狀態(tài)、已檢測且有障礙物狀態(tài)時，觸發(fā)緊急制動，等待故障處理；車載子系統(tǒng)判斷最小安全后端駛出聯(lián)鎖子系統(tǒng)通信軌道區(qū)段后向聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)起注銷，并退出間隙探測狀態(tài)。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)未處于間隙探測狀態(tài)時，若判斷站臺門關(guān)閉，收到車載子系統(tǒng)發(fā)送的間隙探測啟動命令，且距上一次收到間隙探測停止命令的時間間隔大于一定值時，方可采集該間隙探測啟動命令并進入間隙探測狀態(tài)，控制間隙探測系統(tǒng)啟動間隙探測。聯(lián)鎖子系統(tǒng)處于間隙探測狀態(tài)時，若判斷與發(fā)起當前間隙探測的車載子系統(tǒng)通信中斷，或收到其發(fā)送的間隙探測終止命令時，退出間隙探測狀態(tài)，并控制間隙探測系統(tǒng)停止間隙探測。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)未處于間隙探測狀態(tài)時，不可向車載子系統(tǒng)發(fā)送障礙物真實狀態(tài)，需發(fā)送未檢測狀態(tài)；聯(lián)鎖子系統(tǒng)處于間隙探測狀態(tài)時，若收到間隙探測系統(tǒng)發(fā)送的已檢測且無障礙物信息，則向車載子系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)已檢測且無障礙物狀態(tài)；聯(lián)鎖子系統(tǒng)處于間隙探測狀態(tài)時，若收到間隙探測系統(tǒng)發(fā)送的已檢測且有障礙物信息，則向車載子系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)已檢測且有障礙物狀態(tài)，并向中心子系統(tǒng)提示報警車門與站臺門之間存在障礙物。

2.2.3 站臺清客

全自動運行信號系統(tǒng)判斷列車運行至本次運行終點站、盡頭站等需清客的站臺時，可實現(xiàn)自動觸發(fā)清客，提醒車上乘客下車，站臺乘客不能上車。站臺值班員人工進行清客確認后，可通過按壓站臺關(guān)門按鈕關(guān)門，按壓發(fā)車按鈕發(fā)車或由控制中心遠程下發(fā)站臺關(guān)門和發(fā)車命令。

開始站臺清客作業(yè)后，若站臺值班員按下開門/關(guān)門按鈕，聯(lián)鎖子系統(tǒng)采集到開門/關(guān)門按鈕按下信息后，或聯(lián)鎖子系統(tǒng)收到中心子系統(tǒng)直接下發(fā)的站臺開門/關(guān)門命令，則將該命令發(fā)送給車載子系統(tǒng)；車載子系統(tǒng)收到開門/關(guān)門命令后，若門允許條件滿足，則執(zhí)行車門/站臺門聯(lián)動，將開門/關(guān)門命令通過硬線信號發(fā)送給車輛打開/關(guān)閉車門，同時向聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)送打開/關(guān)閉站臺門命令。若站臺值班員按下發(fā)車按鈕，聯(lián)鎖子系統(tǒng)采集到發(fā)車按鈕按下信息后，或聯(lián)鎖子系統(tǒng)收到中心子系統(tǒng)直接下發(fā)的站臺發(fā)車命令，將該命令發(fā)送給車載子系統(tǒng)；車載子系統(tǒng)收到發(fā)車命令后，若車門關(guān)閉且鎖閉、站臺門關(guān)閉且鎖閉，且其他發(fā)車條件均滿足，則結(jié)束站臺清客作業(yè)，按運行計劃啟動列車進入折返軌，進行折返作業(yè)或駛回場/段。

2.3 故障監(jiān)測與處理

若聯(lián)鎖子系統(tǒng)判斷啟動間隙探測一定時間（該時間應(yīng)大于間隙探測系統(tǒng)對于聯(lián)鎖子系統(tǒng)下發(fā)的啟動間隙探測命令響應(yīng)時間）后，仍未收到間隙探測系統(tǒng)的已檢測且無障礙物狀態(tài)，則向中心子系統(tǒng)提示報警間隙探測系統(tǒng)故障。待確認間隙探測故障狀態(tài)后，可通過按壓間隙探測系統(tǒng)旁路按鈕向聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)送間隙探測旁路狀態(tài)或由中心子系統(tǒng)向聯(lián)鎖子系統(tǒng)下發(fā)間隙探測系統(tǒng)旁路命令。聯(lián)鎖子系統(tǒng)若收到旁路狀態(tài)或命令，則將間隙探測系統(tǒng)狀態(tài)旁路，并向車載子系統(tǒng)發(fā)送已檢測且無障礙物狀態(tài)，列車自動發(fā)車。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)可對站臺開門、關(guān)門、發(fā)車按鈕狀態(tài)信息進行監(jiān)測，若持續(xù)一定時間收到按鈕按下狀態(tài)，則向中心子系統(tǒng)提示報警按鈕故障。待確認按鈕故障狀態(tài)后，通過中心子系統(tǒng)向聯(lián)鎖子系統(tǒng)下發(fā)按鈕旁路命令，對該按鈕進行旁路，避免影響正常站臺作業(yè)。當需要進行站臺開門、關(guān)門，以及清客作業(yè)時，站臺值班員可通過同側(cè)站臺其他門控箱進行控制或通過控制中心遠程控制。

2.4 接口設(shè)計

2.4.1 硬線接口

每側(cè)站臺設(shè)置自動間隙探測設(shè)備，與聯(lián)鎖子系統(tǒng)采用繼電接口方式，分別設(shè)置間隙探測狀態(tài)繼電器、間隙探測狀態(tài)旁路繼電器、間隙探測啟動繼電器、間隙探測終止繼電器。

每側(cè)站臺分別設(shè)置開門、關(guān)門、發(fā)車按鈕，與聯(lián)鎖子系統(tǒng)采用繼電接口方式，開門、關(guān)門、發(fā)車按鈕整合為一個門控箱（帶門鎖），在交路折返站、回場/段車站按每側(cè)站臺3個（頭/中/尾）進行設(shè)置，在其他車站按每側(cè)站臺2個（頭/尾）進行設(shè)置；發(fā)車按鈕主要用于清客確認及發(fā)車功能，只在有清客作業(yè)的車站進行設(shè)置。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)采集間隙探測狀態(tài)繼電器、間隙探測狀態(tài)旁路繼電器、開門、關(guān)門、發(fā)車按鈕繼電器；聯(lián)鎖子系統(tǒng)驅(qū)動間隙探測啟動繼電器、間隙探測終止繼電器。

2.4.2 通信接口

全自動運行站臺功能涉及全自動運行信號系統(tǒng)中的聯(lián)鎖子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)、中心子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)間通過以太網(wǎng)通信交互信息，如圖1所示。

圖1 通信接口示意Fig.1 Schematic diagram of communication interface

3 結(jié)語

本文對適用于全自動運行信號系統(tǒng)的站臺功能進行研究，分析站臺功能場景，設(shè)計站臺功能方案，設(shè)計站臺功能接口，對具體的工程應(yīng)用場景提供了一定的參考價值。后續(xù)在功能開發(fā)和工程應(yīng)用階段還可進一步拓展、進一步完善這些功能，使其更加適用于全自動運行信號系統(tǒng)，以提高城市軌道交通運行安全及運營效率。