全自動運行系統(tǒng)區(qū)間水位異常聯(lián)動防護方案研究與分析

陳 云，毛新德，袁大鵬，孫紅葉

（1.天津市地下鐵道集團有限公司，天津 300011；2.交控科技股份有限公司，北京 100070）

對于地鐵來說，它本身就是建設(shè)在地下，在汛期的時候很容易發(fā)生水淹倒灌的情況，在這種情況下，列車如果還是正常運行，那么對于列車上的乘客以及地鐵內(nèi)部的工作人員都會造成生命安全的影響。因此，對于地鐵站內(nèi)來說，區(qū)間水位監(jiān)測是非常有必要的，如果檢測到水位異常上升，需要緊急扣車，疏散乘客，最大限度保證列車乘客的生命安全。所以接下來，將詳細探討一下區(qū)間水位異常聯(lián)動防護的相關(guān)內(nèi)容。

1 區(qū)間水位異常聯(lián)動防護方案

1.1 方案概述

區(qū)間檢測到水位報警，在ATS 界面顯示相關(guān)報警信息、水位圖標提示信息，提示調(diào)度人員遇到異常場景及時做出判斷。

聯(lián)動相關(guān)功能根據(jù)水位異常情況判斷，下發(fā)區(qū)間疏散或列車扣車指令，減少人為的救援時間浪費，為乘客爭取逃生時間，減少人員傷亡。

1.2 基本流程

（1）綜合監(jiān)控系統(tǒng)檢測到水位報警信息后，將區(qū)間水位異常報警信息（異常：含高水位報警信息、水位狀態(tài)未知信息）遞至ATS 系統(tǒng)。

（2）ATS 系統(tǒng)收到綜合監(jiān)控發(fā)送的區(qū)間水位報警信息后，在ATS 界面彈窗，彈窗內(nèi)容：①相鄰來車方向兩個站臺是否進行扣車；②是否主動下發(fā)區(qū)間水位異常區(qū)段的建立防護分區(qū)命令。

（3）行調(diào)人員在ATS 工作站觸發(fā)區(qū)間水位聯(lián)動分以下兩種情況[1]：

①對于已經(jīng)進入水位異常區(qū)域的列車：行調(diào)人員在聯(lián)動確認框中可操作聯(lián)動列車扣車并且建立區(qū)間防護分區(qū)。

②對于未進入水位異常區(qū)域的列車：ATS 系統(tǒng)彈出對應(yīng)扣車對話框，由行調(diào)工作人員檢查確認可以執(zhí)行，點擊扣車確認對話框，ATS 系統(tǒng)向VOBC系統(tǒng)下發(fā)扣車指令，VOBC 系統(tǒng)執(zhí)行上下行站臺來車方向扣車。

（4）由于區(qū)間發(fā)生了水位異常，需要聯(lián)動建立防護分區(qū)，將水位異常區(qū)域防護住，使用如下操作方式以免影響列車運行。

（5）行調(diào)人員點擊“一次確認”按鈕，ATS 發(fā)送水位信息（區(qū)間水位設(shè)備類型+設(shè)備ID）信息給ZC 申請建立防護分區(qū)；ZC 收到需要建立防護區(qū)信息后，檢查在電子地圖中配置好的區(qū)間水位防護表內(nèi)信息，確認需要建立防護分區(qū)的邏輯區(qū)段處于未防護狀態(tài)，并將需要設(shè)置區(qū)間水位異常防護的位置信息以邏輯區(qū)段的形式反饋給ATS 系統(tǒng)。

（6）進行二次確認，此時對話框中“二次確認”按鈕被激活，操作人員需要在規(guī)定時間（時間可配置）內(nèi)在彈出界面中再次點擊“二次確認”按鈕完成二次確認操作，同意授權(quán)申請，行調(diào)人員確認無誤后，點擊“二次確認”按鈕，ATS 系統(tǒng)將二次確認信息發(fā)送給ZC 系統(tǒng)，ZC 系統(tǒng)檢查通過后建立防護分區(qū)。

注：若設(shè)置區(qū)間疏散防護分區(qū)的區(qū)段涉及跨越兩個ZC 集中區(qū)，則ATS 同時向兩個ZC 發(fā)送建立防護分區(qū)命令，兩個ZC 分別執(zhí)行防護分區(qū)建立的指令。

（7）ZC 建立防護分區(qū)后會計算判斷列車當前位置到水位異常區(qū)域距離以及綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供給ATS，由ATS 給ZC 發(fā)送的水位高度，評估此時水位的高度是否可以允許列車越過。

如表1 所示，分如下5 種情況說明[2]：

①ZC 判斷列車當前位置觸發(fā)緊急制動，則在水位異常位置距離前可停下，故對于行駛在防護區(qū)的列車，立即施加緊急制動后啟動區(qū)間疏散功能開啟車門或逃生門由疏散平臺逃生；

②ZC 判斷列車當前位置對于水位異常位置距離前不可停下且水位高度不足以影響列車正常行駛，對于行駛在防護區(qū)的列車，保持正常的速度運行過該區(qū)間后，在下一站停車在站臺進行疏散；

③ZC 判斷列車當前位置對于水位異常位置距離前不可停下且水位高度影響列車正常行駛，對于行駛在防護區(qū)的列車，立即施加緊急制動后啟動區(qū)間疏散功能，行調(diào)工作人員上車救援；

④ZC 判斷對于該區(qū)間駛向防護區(qū)但不在防護區(qū)的列車，回撤移動授權(quán)，使列車在水位異常位置點前停車，不進入到水位異常位置，保證列車乘客安全，根據(jù)運營規(guī)章啟動疏散功能；

⑤ZC 判斷對于該區(qū)間向遠離防護區(qū)方向行駛的列車，列車正常運行至下一站停車。

（8）ZC 建立防護分區(qū)成功后，將區(qū)段處于防護分區(qū)狀態(tài)的位置信息發(fā)送給ATS 系統(tǒng)，由ATS 系統(tǒng)進行邏輯區(qū)段包絡(luò)顯示區(qū)段處于ZC 防護狀態(tài)，增加水位圖標元素顯示，如圖1 所示。

圖1 水位圖標Fig.1 Water level icon

（9）行調(diào)查看綜合監(jiān)控系統(tǒng)確認區(qū)間水位報警消失后，綜合監(jiān)控給ATS 發(fā)送正常的區(qū)間水位狀態(tài)信息，行調(diào)人員在ATS 工作站右鍵點擊水位圖標，觸發(fā)區(qū)間水位聯(lián)動取消，ATS 發(fā)送取消水位位置（區(qū)間水位設(shè)備類型+設(shè)備ID）信息給ZC，經(jīng)過二次確認信息交互后，ATS 確認ZC 已經(jīng)取消建立的防護分區(qū)，由ATS 系統(tǒng)取消邏輯區(qū)段包絡(luò)顯示和水位圖標顯示，恢復(fù)正常行車。

1.3 異常場景

（1）若綜合監(jiān)控沒有收到水位監(jiān)測設(shè)備發(fā)送的水位信息（高水位狀態(tài)未知信息），向信號系統(tǒng)發(fā)送區(qū)間水位報警狀態(tài)，信號系統(tǒng)按照區(qū)間水位聯(lián)動流程處理。

（2）若信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)間通信中斷，信號系統(tǒng)在界面產(chǎn)生與綜合監(jiān)控通信中斷報警，并顯示區(qū)間水位未知狀態(tài)圖標，由人工進行防護。

（3）當ATS 系統(tǒng)設(shè)備故障后，區(qū)間水位異常防護由人工進行防護。

區(qū)間水位異常聯(lián)動防護方案架構(gòu)數(shù)據(jù)流如圖2所示。

圖2 全模式下聯(lián)動間隙探測系統(tǒng)方案架構(gòu)數(shù)據(jù)流Fig.2 Scheme architecture and data flow of linkage gap detection system under full mode

1.4 注意事項

（1）若某一區(qū)間存在多個水位報警點，ATS 收到任一報警點信息后，聯(lián)動處理。

（2）水位報警聯(lián)動區(qū)分上下行方向。

（3）ATS 收到綜合監(jiān)控給的報警信息，僅顯示提示聯(lián)動操作，不顯示具體聯(lián)動操作內(nèi)容。

（4）當ATS 與綜合監(jiān)控通信中斷后，僅報警提示與綜合監(jiān)控通信中斷。水位正常態(tài)和與綜合監(jiān)控通信中斷圖標均不顯示。

2 研究內(nèi)容

2.1 研究發(fā)現(xiàn)

（1）當區(qū)間的水位發(fā)生異常情況，尤其是水位快速增高，那么水位異常信息會傳遞給ATS 系統(tǒng)，ATS 系統(tǒng)會直接將水位異常信息上傳到ATS 界面，這樣客運人員和行車調(diào)度人員可以快速看到這項報警，通過報警來執(zhí)行相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案，例如扣車、建立防護區(qū)等，從而避免后續(xù)水位持續(xù)升高引起的運行安全問題[3]。

（2）當ATS 系統(tǒng)將水位異常信息上傳到整個信號系統(tǒng)之后，ZC 也會建立防護區(qū)，根據(jù)水位的實際情況來對行車在該區(qū)間的車輛進行控制，如果水位沒有達到行車無法逾越的高度，那么信號系統(tǒng)會允許列車正常通過，一旦水位高度超過警戒線，就會直接扣停車輛，要求車輛上的人員啟動區(qū)間疏散功能，必要時進行上車救援。

（3）當ATS 系統(tǒng)檢測到水位異常的時候，對于不在該區(qū)間的車輛，ZC 會建立防護區(qū)，尤其是相鄰區(qū)間的車輛，會進行扣車，確保列車不會行駛到水位異常的區(qū)間。另外，對于區(qū)間水位異常的情況，可以為行車調(diào)度人員提供數(shù)據(jù)依據(jù)，幫助行車調(diào)度人員快速處理應(yīng)急突發(fā)情況，建立大小交路的方式來進行區(qū)間列車運行，既保證列車的安全性，也保證行車組織的有序性。

（4）當水位高度進行回落之后，行車值班人員可以通過區(qū)間的水位報警系統(tǒng)進行判斷，發(fā)現(xiàn)水位回落到一定程度之后，可以點擊水位聯(lián)動取消，這樣ATS 系統(tǒng)會再次確認區(qū)間水位情況，經(jīng)過二次信息確認之后，沒有任何問題，取消防護區(qū)設(shè)置，從而可以恢復(fù)行車。

2.2 研究貢獻

本文針對區(qū)間水位異常情況進行了詳細的探討，深入研究在水位異常情況下，異常區(qū)間內(nèi)的車輛以及正常區(qū)間內(nèi)的車輛行駛情況，通過水位異常報警功能可以及時扣停正常區(qū)間內(nèi)的行駛車輛，同時通過水位監(jiān)測可以為異常區(qū)間內(nèi)的行駛車輛提供準確的數(shù)據(jù)，幫助行調(diào)人員快速組織行車，為車輛安全行駛出異常區(qū)間提供保障?？偠灾瑓^(qū)間水位異常的聯(lián)動防護方案非常有必要，可以為城市汛期期間地鐵列車行駛提供保證，更是為列車上的人員提供生命保障，為列車的安全運行提供最大助力。

2.3 研究限制

本篇文章對于區(qū)間水位異常聯(lián)動防護方案進行充分的討論和驗證，對于整體的防護原理進行全面的把控，總體來說，利用ATS 系統(tǒng)來實時檢測區(qū)間水位情況，建立以ZC 區(qū)域聯(lián)動的方式進行列車控制，這種方式是非常好的，而且對于行調(diào)人員的行車組織也有很大的裨益。但是在研究的過程中，還是發(fā)現(xiàn)區(qū)間水位異常聯(lián)動防護方案存在一定的限制，具體表現(xiàn)如下：

（1）水位的快速增長會導(dǎo)致ATS 檢測效率沒有那么高。眾所周知，在汛期的時候，過多的水量會直接導(dǎo)致地鐵區(qū)間水位極速增長，尤其是在地鐵這樣的密閉空間，水位增長的速度是論秒計算的。但是ATS 檢測的效率或者說ATS 檢測的刷新率是否可以與快速上漲的水位速度相匹配，這是值得研究的問題。一旦ATS 檢測的數(shù)據(jù)不夠效率或者檢測的刷新率比較低，那么等到水位快速增長之后，ATS 才檢測到，那么一切都于事無補。

（2）對于ATS 檢測的區(qū)間水位異常來說，這只是一種手段，但是在應(yīng)急突發(fā)情況下，需要給予行調(diào)人員“雙保險”的數(shù)據(jù)保證，所以即使ATS 檢測可以做到準確、快速，對于地鐵來說，還是需要采用另外一種方式進行數(shù)據(jù)采集。這幾年，視頻即使快速發(fā)展，圖像水位檢測系統(tǒng)也是當下比較流行的方式，可以在區(qū)間內(nèi)架設(shè)多個點的CCTV 攝像頭，對于低洼地段進行實時的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)水位異常上升，可以通過CCTV系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)上傳，這樣不但可以有ATS 檢測的方式，也可以采用CCTV 檢測的方式，雙數(shù)據(jù)、雙保險，真正讓區(qū)間水位異常檢測做到時效性比較強。

（3）目前所有的方案內(nèi)容只是在實驗室進行充分的論證，但是在實際遇到問題的時候，還是沒有真正的檢驗，當然，對于地鐵運行來說，也不希望出現(xiàn)任何突發(fā)情況，但是沒有真正經(jīng)歷過現(xiàn)實的考驗，往往方案的可執(zhí)行性還是有待于提升，因此，還是需要對方案進行反復(fù)打磨，確保區(qū)間水位異常聯(lián)動防護方案更有執(zhí)行力。

3 結(jié)語

總而言之，地鐵的運行安全性是首位，尤其是當下，城市軌道交通快速發(fā)展，地鐵成為城市交通的重要工具，每天有大量的乘客乘坐地鐵。在如此形勢下，地鐵安全問題就是首當其沖的。在汛期或者雨水較多的情況下，建立區(qū)間水位異常聯(lián)動防護方案是非常有必要的，也是確保在應(yīng)急突發(fā)情況下的有力保障。因此，對于優(yōu)化區(qū)間水位異常聯(lián)動防護方案是大勢所趨，也是未來地鐵快速發(fā)展的重中之重，全面檢測，實時把控區(qū)間水位異常變動，更好地保證地鐵的安全運行，這是對乘客負責，對城市穩(wěn)定發(fā)展負責。