全自动运行系统下站台门新增异物探测与控制功能方案研究

许敬辉

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

1 研究背景

全自动运行系统作为先进的城市轨道交通系统，实现了高可用、高可靠和高安全，是必然的技术发展趋势[1]。随着城市轨道交通技术水平不断提高，站台门系统成为了轨道交通系统的重要组成部分，功能和可靠性也日趋成熟。但截至2018年8月，国内目前按全自动运行标准设计的已运营线路只有上海10号线、北京燕房线和北京机场线，全自动运行系统处于起步阶段。全自动运行系统下站台门新增功能实施方案尚无标准可循，设计单位对全自动运行系统下的站台门设计均处在摸索阶段。因此，对全自动运行系统下站台门新增功能的实施方案有必要进行分析研究。

2 全自动运行系统站台门场景分析

依据全自动运行系统的特点，设计全自动系统下站台门系统的正常作业场景和设备故障、突发事件等情况下的处理预案，保障行车安全及效率，降低故障影响，缩短恢复时间[2]。

按站台门系统运营需求，形成如图1所示的主要运营场景[3]。

图1 全自动运行系统站台门场景

传统CBTC运行系统与全自动运行系统DTO/UTO[5]下站台门系统场景对比如表1所示。

表1 传统CBTC运行系统与DTO/UTO下站台门系统场景对比

通过对传统CBTC运行系统与全自动运行系统DTO/UTO下站台门系统场景对比，得出站台门系统新增以下功能需求。

(1)可靠的车辆与站台门间隙探测系统

站台发车时，传统CBTC运行系统是通过司机人工确认车辆与站台门间无人或障碍物，而全自动运行系统是靠间隙探测系统完成确认。因此，全自动运行系统对于车辆与站台门间隙探测系统需要高可靠性，才能保证车辆安全的发车离站[7]。

(2)对位隔离功能

当个别车站站台门故障隔离时，站台门将故障信息(站台编号及故障站台门编号)发送给信号系统，信号系统将此信息转发至车辆相关设备。列车进站停稳后，ATO自动打开车门及站台门，故障站台门(站台门系统控制)及对应的车门(车辆控制)不开启。反之，当个别车门故障隔离时，故障车门(车辆控制)及对应的站台门(站台门系统控制)不开启。同时，将故障信息通过广播告知乘客。

(3)多PSL操作

为实现全自动运行系统站台门站台级控制功能，并提供高效的控制方案，站台宜设置多部PSL，满足运营需求。

3 全自动运行系统站台门新增功能实施方案

3.1 车辆与站台门间隙探测方案

3.1.1 国内站台门与车辆间隙安全防护装置现状及全自动运行系统适用性分析

目前国内地铁站台门系统广泛采用的间隙安全防护装置主要有以下几种形式。

(1)滑动门底部防站人安全挡板[8]；

(2)滑动门防夹挡板；

(3)瞭望灯带；

(4)红外、激光光幕探测器；

(5)长距离对射式激光探测器。

各种站台门与车辆间隙安全防护装置全自动运行系统适用性分析如表2所示。

表2 各种站台门与车辆间隙安全防护装置对比

通过各种站台门与车辆间隙安全防护装置比较，可以得出以下结论。

(1)滑动门底部防站人结构和防夹挡板，可适用于全自动运行系统，但安全防护范围有限，需与其他探测装置联合设置。

(2)瞭望灯带不适用于UTO/DTO驾驶模式，在常规有人驾驶模式下由人工判断，且不适用于曲线站台。

(3)对于激光、红外电气探测装置，安装限界受控，可靠性有待提高。因此，全自动运行系统站台门与车辆间隙电气探测系统的技术方案有待进一步研究。

3.1.2 站台门与车辆间隙电气探测报警系统方案研究

(1)系统工作环境

应能适应轨道交通工程温度、湿度、风载荷及振动的要求。

(2)系统工作强度

每年运行365 d，每天连续工作20 h，最短工作间隔为每90 s探测1次。

(3)设备安装限界要求

系统设备与车辆限界之间的安全间隙不应小于25 mm[12]。

(4)可靠性[13]

探测系统的平均无故障运行周期不应小于100万个周期。

(5)探测系统功能要求

①异物监测功能

应能探测间隙异物，当间隙有异物时，应实时给出异物输出报警信号和异物定位信号，站务人员可根据报警信息及时处理。

②安全防护功能

应具备接入站台门系统安全回路的功能。接入安全回路时，检测系统的报警应使站台门系统无法向信号系统发送“所有门关闭并锁紧”信号。例如上海10号线全自动运行系统站台门安全回路原理[14]如图2所示。

图2 站台门安全回路

③旁路功能

应在PSL上具有旁路隔离异物监测系统的功能。隔离后异物监测系统应仍正常工作，并在PSL上报警，但站台门安全回路不再有异物监测系统的状态信号。

④异物位置检测功能

探测系统应能检测异物位置，将位置信息通过站台门监控系统上传至车站综合监控系统，以便于站务人员快速排查。

⑤事件存储和查询功能

应具备工作日志、报警及故障信息自动记录存储和查询功能，每侧系统报警及故障信息的存储时间应不小于6个月。报警及故障信息应能在监控终端上查询显示。

3.1.3 技术发展方向

华南理工大学和广州地铁联合研制基于机器视觉探测系统[15]已取得初步成功。其基本原理为：利用摄像头安装在站台门顶部，解决了限界受控问题，拍摄缝隙内的图像，在列车进站后滑动门开门前建立背景模板，在滑动门关闭且紧锁后进行异物检测，如有异物，断开异物检测结果继电器，使异物检测回路断开，并通过网络将信号和现场视频传送给监控主机。

3.2 车辆与站台门故障对位隔离

3.2.1 故障信息传输通道

为实现故障车门/站台门的对位隔离[16]功能，需建立站台门与车门状态信息的传输通道，并具备站台门单个滑动门的独立控制功能。通过信号系统的车-地通信[17]功能，实现站台门与车门状态信息的交互。见图3。

图3 “对位隔离”功能示意

常规线路站台门系统与信号系统均具备站台门“开门命令”、“关门命令”、“所有门关闭且锁紧”、“互锁解除”硬线接口，对于全自动运行系统，硬线接口已经不能满足功能需求，因此，需要增加站台门与信号系统冗余的通讯接口[18]，实现相互发送站台门/车门故障信息，对执行“对位隔离”的信息内容包括站台编号、站台门/车门编号及状态等数据。见图4。

图4 站台门与信号接口示意

3.2.2 控制模式

(1)当车站站台门故障或被人工锁闭隔离后，列车在该站台时，站台门系统通过信号系统将故障信息发送至车辆，车辆对乘客进行提示。站台门系统点亮故障站台门对应的故障指示灯，并进行广播提示。列车进站停稳后，故障站台门对应的车门由车辆控制不开启。

(2)当列车车门故障隔离(仅对人工切除车门适用)后，车辆通过信号系统将故障信息发送至站台门，车辆对乘客进行声光提示。站台门系统点亮故障车门对应站台门的故障指示灯。列车进站停稳后，车载VOBC自动打开车门[19]，故障车门由车辆控制不开启，故障车门对应的站台门由站台门控制系统进行软隔离。

3.2.3 对位隔离时，故障播报方案

对于车内乘客，由信号系统向PIS系统发送故障信息，并触发车内广播系统[20]播报进行提示；对于站台侧乘客，可利用既有的车站广播系统，但车站广播系统站台广播区一般按上、下行站台各2个路负载区布置功率放大器，当故障门信息播报时，对于普通乘客难以快速识别，因此，可由站台门按滑动门单元配置独立的播报系统。见图5。

图5 站台门播报系统示意

每个站台门单元设置独立的语音播报装置，可准确传递给相应的故障单元区域的乘客。同时，具备以下功能。

(1)代替传统的蜂鸣器，开关门过程与站台门状态指示灯同步工作，提示乘客。

(2)故障车门/站台门“对位隔离”时，播报相应单元的故障信息，提示该站台区域乘客选择其他车门单元乘车。

(3)播报音频率和音量可调。

(4)可播报站台门故障信息，方便运营人员快速处理。

3.3 多PSL设置方案

全自动运行系统站台门PSL设置数量应根据车站规模、运营操作要求等因素确定，对于常规编组的站台，每侧站台门设置2套PSL。

对于有司机门的列车，1套PSL设置在站台门端门外侧，便于降级模式或运营过渡期间司机操作，另一套设置在站台中部，便于站务人员紧急情况下操作。对于无司机门的列车，1套PSL设置在站台门端门内侧，另一套设置在站台中部，便于站务人员紧急情况下操作。同时，各PSL操作互锁，优先级按操作顺序确定。

4 结语

通过对全自动运行系统站台门运营场景分析，得出站台门新增间隙异物探测和车辆与站台门故障对位隔离以及多就地控制盘(PSL)控制的功能需求。并得出以下结论。

(1)全自动运行系统站台门与车辆间隙探测装置应纳入站台门系统安全回路，作为发车条件，且探测系统必须安全可靠。

(2)故障站台门与车门的对位隔离功能可通过增加与信号系统冗余的通信接口，并利用信号与车辆无线通信功能实现；对位隔离时，站台侧按每个站台门单元设置独立的语音播报装置，有利于客流引导。

(3)全自动运行系统站台门PSL设置位置及数量应根据车站规模、是否设置司机门、运营操作要求等因素确定。