乘客触发全自动驾驶列车车门紧急手柄的防护措施研究

2021-04-03孙永生

铁路通信信号工程技术 2021年3期

关键词：客室调度员信号系统

孙永生，赵斌

(1.南京恩瑞特实业有限公司，南京 211106；2.兰州交通大学自动化与电气工程学院，兰州 730070)

1 概述

轨道交通全自动驾驶是以实现列车运行全过程自动化为目的的新一代轨道交通列车控制技术。

采用全自动驾驶技术运营的线路正常运营时，当发生接触网跳闸或停电、列车故障、火灾、爆炸、车地通信中断等紧急状况，列车不得不在区间迫停时，乘客必须在不完全具备正常上下车条件的情况下离开全自动驾驶列车进入到区间轨道区域。

而乘客必须要通过简单操作列车内相应的装置，打开停稳列车的车门，并经过相应授权和指引，才能安全离开列车。车载ATC 系统作为地铁车辆装备的一个关键子系统，对于整个车辆的运行控制起着十分重要的作用[1]。因此，车载ATC 系统必须用有序、安全、可靠的一系列信息或信号来保证车门正常打开和关闭。

在人工驾驶CBTC 线路中，列车车门紧急装置被触发后，列车紧急制动直至停车；或者由司机根据当前情况判断是否施加制动停车[2]。干线铁路、城轨交通、城际铁路，车门开关的控制，尤其是特殊情况下的联动控制，都可能会影响到列车运行、乘客上下车、紧急疏散等[3-5]。

由于全自动驾驶列车无司机跟车操控，故当乘客误操作运行中列车车门紧急装置[6]或列车停在区间但区间疏散还未得到调度人员授权时，仅靠车载ATC 系统的“门释放”信号[7]和车辆的“零速”信号，无法保证列车门仍被锁死及保持关门状态。所以需要对车载ATC 系统与车辆列车门之间的开关门信号进行改进，以保证来自信号系统的开关门信号能使列车门正常开关，而来自其他系统或装备的“门释放”信号不足以使车门打开。

2 全自动驾驶列车车门及其紧急装置

2.1 车门及紧急装置布置

由于没有司机控制台，全自动驾驶列车通常会配备客室门和逃生门，每一个门都会配备相应的解锁开门装置，供紧急情况下乘客和运维人员上下车使用。通常，列车两端车头位置配备乘客逃生门以及逃生门紧急手柄；列车两侧配备客室门以及紧急手柄，如图1 所示。

正常运营期间，乘客从车厢两侧的客室门上下车。异常情况下，车头的逃生门和两侧的客室门均可用于乘客上下车。

2.2 客室门紧急手柄

客室门紧急手柄设计为3 个档位，分别为：“正常”、“请求”和“解锁”，手柄常态为“正常”位状态，如图2 所示。

图1 列车车门及其紧急装置布置示意图Fig.1 Schematic diagram of the layout of train doors and their emergency devices

图2 客室门紧急手柄示意图Fig.2 Schematic diagram of an emergency handle of a passenger compartment door

客室门紧急手柄具有如下功能和特点：

1）非自复式手柄，如需更改档位需手动切换；

2）当由正常位转到请求位时，将输出持续的“门释放”信号，并向车载ATC 发送疏散请求信息，但车门锁闭信号不会丢失；

3）当没有开门授权时，手柄无法转到解锁位；

4）当收到开门授权时，手柄可以转到解锁位，车门锁闭信号丢失，车门可以被人工打开；

5）手柄在解锁位时，疏散请求信号继续保持；当手柄复位到正常位后，疏散请求信号消失。

2.3 逃生门紧急手柄

逃生门紧急手柄设计为2 个档位，分别为：“正常”、“请求”，手柄常态为“正常”状态位，如图3所示。

逃生门紧急手柄具有如下功能和特点：

1）为非自复式手柄，如需更改档位须手动切换；

2）当由正常位转到请求位时，将输出持续的“门释放”信号，并向车载ATC 发送疏散请求信息，但车门锁闭信号不会丢失；

图3 逃生门紧急手柄示意图Fig.3 Schematic diagram of an emergency handle of an emergency exit door

3）当没有开门授权时，逃生门无法被解锁并打开；

4）当收到开门授权时，逃生门可以被人工解锁并打开；

5）当手柄复位到正常位后，疏散请求信号消失。

2.4 紧急手柄触发

从列车运行控制系统的角度看，要想产生系统信号（或称之为信息）并使之在系统内按照既定流程自动传输和处理，源头应该是列车客室门或逃生门的紧急手柄被转动至“请求”位。

车载ATC 正常运行时，通过硬线持续向车辆输出一对车门开关电平信号：门释放/低电平、保持门关闭/高电平，如图4 所示。通过信号系统发出的列车门释放信号（低电平→高电平）将自动触发撤销保持门关闭信号（高电平→低电平），列车门可以自动或通过人工打开。

图4 车载ATC门释放信号触发保持门关闭信号Fig.4 The“release doors”signal of onboard ATC triggers the“maintain doors closed”signal

保持门关闭信号高低电平的改变由信号系统内部的门释放信号触发，门释放信号的改变可以由车载ATC 判定正常到发站时刻自动产生，也可由调度人员通过ATS 系统远程下达。

由车辆（比如车门紧急手柄）等触发的车门释放信号，不会撤销保持门关闭信号，因此车门不能够打开。此时，对于信号系统来讲，列车具备保持现有模式和状态继续运行直至下一站停车的条件，但对于车辆、乘客等对象而言需要尽可能停车，因此，这种情况属于“条件停车”，即需经过调度人员确认是否立即停车，否则信号系统将指挥列车尽可能运行至下一站对标停车，且停稳后会触发紧急制动，以保证列车不再移动。紧急手柄触发涉及的功能块和主要信号如图5 所示。

图5 紧急手柄触发的功能块和信号图Fig.5 Function module and signal diagram for triggering an emergency handle

当某一处乘客门紧急手柄被激活，车辆通过两路硬线向车载ATC 子系统发送“疏散请求”（即手柄触发）和“条件停车”电平信号。调度员通过ATS 系统的相关报警、界面显示等获知信息，并决定采取停车疏散乘客或其他措施。

列车停在区间，车门打开之前，调度员需要足够的时间按照运营规则和应急预案采取相应的措施，以保证疏散开始后人员和设备的安全，例如人工迫停相邻列车、调取CCTV 视频监控、人工广播等。当列车门打开，即疏散开始进行时，轨旁ATP 需要对相应区域进行防护。

一旦信号系统撤销保持门关闭信号（高电平→低电平），列车逃生门和客室门都可以被解锁，但逃生门只能由人工解锁并打开。

3 区间内车门紧急手柄触发

3.1 列车运行时触发客室门紧急手柄

ATS 收到“疏散请求”信息时，立即向调度员呈现相关显示、报警，调度员通过远程操作，命令全自动驾驶列车在区间停车（一般为远程紧急制动），列车停稳后会有一段时间的延时，以供调度员采取切断事发区间第三轨供电、开启通风等措施。延时结束后，信号系统自动触发车门释放、撤销保持门关闭信号，整个运营体系进入区间疏散流程，如图6 所示。

图6 触发运行中列车客室门紧急手柄信号时序Fig.6 Time sequence of signals for triggering the emergency handle of a passenger compartment door of a train in operation

t1：紧急手柄被转至请求位，触发疏散请求。

t2：列车在区间停稳后，车载ATC 开始计时。

t3：计时结束，车载ATC 自动撤销保持门关闭信号，不给出门释放信号。

t4：紧急手柄转至解锁位，门关闭且锁闭信号丢失，信号系统激活“疏散进行中”状态，并自动建立防护区域。

t5：紧急手柄复位，疏散请求取消，保持门关闭信号恢复。

t6：车门自动关闭，门关闭且锁闭信号恢复。

t7：调度员取消防护区域以及相应的疏散设置。

t8：列车重新开始移动。

3.2 远程迫停后触发客室门紧急手柄

当运营人员发现异常需要列车停在区间进行疏散时，立即命令列车停稳后，再通过广播指引乘客转动车门紧急手柄，信号时序如图7 所示。

t1：列车在区间停稳。

t2：紧急手柄被转至请求位，触发疏散请求，车载ATC 开始计时。

图7 远程迫停列车后的信号时序Fig.7 Time sequence of signals after remote forced stopping of a train

t3：计时结束，车载ATC 自动撤销保持门关闭信号，不给出门释放信号。

t4：紧急手柄转至解锁位，门关闭且锁闭信号丢失，信号系统激活“疏散进行中”状态，并自动建立防护区域。

t5：紧急手柄复位，疏散请求取消，保持门关闭信号恢复。

t6：车门自动关闭，门关闭且锁闭信号恢复。

t7：调度员取消防护区域以及相应的疏散设置。

t8：列车重新开始移动。

3.3 车地通信丢失

当车载ATC 检测到车地通信丢失，将触发紧急制动直至列车停稳。轨旁ATP 将该列车作为非位置报告列车对待，以联锁模式监督列车运行，并报告给ATS。调度员通过ATS 系统和其他途径得知并确认该列车丢失通信，采取相应措施疏散车内乘客，如图8 所示。

t1：列车在区间停稳。

t2：调度员通过ATS 建立相应的防护区域，迫停相邻列车，或相邻列车扣在站台。

t3：乘客将紧急手柄转至请求位，触发疏散请求，车载ATC 开始计时。

t4：计时结束，车载ATC 自动撤销保持门关闭信号，不给出门释放信号。

图8 车地通信丢失引发的区间疏散信号时序Fig.8 Time sequence of signals for evacuating passengers due to loss of vehicle-ground communication in a section

t5：紧急手柄转至解锁位，门关闭且锁闭信号丢失，车载ATC 激活“疏散进行中”状态。

t6：紧急手柄复位，疏散请求取消，保持门关闭信号恢复。

t7：车门自动关闭，门关闭且锁闭信号恢复。

t8：调度员取消防护区域以及相应的疏散设置。

t9：列车重新开始移动。

3.4 远程停车故障恢复

列车停稳后，短时间内故障恢复，调度人员可远程取消疏散，并指引乘客将紧急手柄恢复至初始位置，信号及动作时序如图9 所示。

t1：列车在区间停稳。

t2：乘客将紧急手柄转至请求位，触发疏散请求，车载ATC 开始计时。

t3：调度人员通过ATS 发送拒绝疏散命令，车载ATC 重新计时。

t4：计时结束前，调度人员指导乘客恢复紧急手柄至初始位置，疏散请求被撤销，区间疏散终止。

t5：列车重新开始移动。

3.5 区间停车远程授权开门

列车在区间停稳后车载ATC 开始计时，计时结束前，调度人员通过ATS 系统下发强制车门释放指令，以提前授权打开车门进入疏散流程，如图10所示。

图9 停车后故障恢复信号时序Fig.9 Time sequence of signals for returning the emergency handle to its initial position after train stopping

图10 区间停车远程开门信号时序Fig.10 Time sequence of signals for remote door opening when the train stops in a section

t1：紧急手柄被转至请求位，触发疏散请求。

t2：列车在区间停稳后，车载ATC 开始计时。

t3：计时未结束，调度员通过ATS 远程强制车门释放，车载ATC 自动撤销保持门关闭信号。

t4：调度员指导乘客将紧急手柄转至解锁位，门关闭且锁闭信号丢失，信号系统激活“疏散进行中”状态，并自动建立防护区域。

t5：紧急手柄复位，疏散请求取消，保持门关闭信号恢复。

t6：车门自动关闭，门关闭且锁闭信号恢复，车门释放信号撤销。

t7：调度员取消防护区域以及相应的疏散设置。

t8：列车重新开始移动。

4 站内车门紧急手柄触发

4.1 计划停站站内触发车门紧急手柄

当列车进站并仍在运行时，乘客触发车门紧急手柄，信号系统按照正常逻辑指挥列车对标停稳，触发紧急制动，防止列车移动。按照正常的上下客场景打开车门和站台门，乘客进行正常的上下车作业[8]。调度人员安排站内值班人员或远程指挥车内乘客恢复车门紧急手柄至初始位置。在确认事件处理结束后，缓解紧制，车门和站台门关闭，立车可以发车，如图11 所示。