优化信号系统联动间隙探测功能方案研究与分析

韩 洁，袁大鹏，孙红叶

（1.北京城市快轨建设管理有限公司，北京 100070；2.交控科技股份有限公司，北京 100070）

由于地铁站台屏蔽门和列车车体之间的间隙客观存在，乘客登车过程中停留在该间隙中的情况时有发生， 这给地铁安全运营带来了潜在的隐患。针对屏蔽门与列车门之间的间隙，除了依靠司机眺望和站台上的站务人员人工指引外[1]，还有一种非接触式安全探测系统，这个系统通过信号系统发出的启动或停止指令， 实现全自动/非全自动模式下，信号系统与间隙探测设备的联动功能。

本文的研究目的是通过安全有效的探测方式代替人工检查，针对全模式下如何联动间隙探测系统发出探测命令，信号系统接收到间隙探测系统反馈的内容如何联动信号系统内部子系统处理，最终报警给行调人员。

1 全模式下联动间隙探测系统方案

1.1 方案概述

1.1.1 全自动模式

全自动驾驶模式（FAM）、蠕动模式（CAM）下列车在站台完成乘降作业后，当VOBC 输出关门指令时向CI 发送启动间隙探测命令。VOBC 在一定时间内持续收到CI 发送的无障碍物状态信息，检查满足发车条件后ATO 启动灯闪烁，即可发车。

1.1.2 非全自动模式

CBTC/点式级别下列车自动驾驶模式（AM）、列车自动防护下的人工驾驶模式（CM）下列车在站台完成乘降作业，当按压关门按钮或者VOBC 输出关门指令时向CI 发送启动间隙探测命令。VOBC 在一定时间内持续收到CI 发送的无障碍物状态，检查满足发车条件后，ATO 启动灯闪烁。 司机人工判断无风险后，按下ATO 启动按钮或司机手动推牵引后，列车启动。

1.2 基本流程

1）全自动模式

步骤一：全自动驾驶模式（FAM）、蠕动模式（CAM）下列车在站台完成乘降作业后，处于牵引切除状态，当VOBC 输出关门指令时，VOBC 向CI 发送启动间隙探测命令。

步骤二：CI 依据VOBC 发送的启动间隙探测命令，向间隙探测系统发送一次性启动探测指令。

步骤三： 间隙探测系统接收到启动探测命令后，在接收到停止探测命令前，持续进行探测并实时向CI 反馈间隙探测结果。

步骤四：CI 将探测结果反馈给VOBC，VOBC 在一定时间内（该时间可根据具体内容配置）持续收到CI 发送的无障碍物状态信息，VOBC 缓解上述切牵引状态， 检查满足发车条件后，ATO 启动灯闪烁即可发车。

2）非全自动模式

步骤一：CBTC/点式级别下列车自动驾驶模式（AM）、列车自动防护下的人工驾驶模式（CM）下列车在站台完成乘降作业，处于牵引切除状态，此时当司机按压关门按钮或者VOBC 输出关门指令时，VOBC 向CI 发送启动间隙探测命令。

步骤二：CI 依据VOBC 发送的启动间隙探测命令，向间隙探测系统发送一次性启动探测指令。

步骤三：间隙探测系统接收到启动探测命令后，在接收到停止探测命令前，持续进行探测并实时向CI 反馈间隙探测结果。

步骤四：VOBC 在一定时间内（该时间可根据具体内容配置）收到CI 反馈的间隙探测状态为无障碍物时，VOBC 缓解上述切牵引状态，根据当前列车的驾驶模式，司机通过MMI 显示图标，确认无障碍物状态，检查满足发车条件后，ATO 启动灯闪烁，司机再次人工判断无风险后，按下ATO 启动按钮或司机操作牵引制动手柄后，列车启动。

全自动/非全自动系统共同执行步骤五～步骤六。

步骤五：当列车已启动但尚未出清站台区域时，VOBC 持续向CI 发送启动间隙探测指令，CI 收到间隙探测指令后，持续向VOBC 反馈间隙探测状态。VOBC 收到间隙探测系统汇报的有障碍物信息，则立即施加紧急制动，等待人工上车处理。

步骤六：当列车车尾完全出清站台后，VOBC 向CI 发送停止间隙探测指令，CI 发给间隙探测系统，间隙探测系统进入待机状态，CI 将探测系统工作过程中的障碍物检测状态及间隙探测旁路状态周期上传至ATS 进行显示。

1.3 异常场景

（1）在全模式下间隙探测启动中或启动后，当CI判断与VOBC 通信中断后将自动停止探测。

（2）列车启动到列车完全出站前，CI 向VOBC汇报障碍物有效状态，VOBC 输出紧急制动后，如果持续汇报出有障碍物，此时全自动模式下需要人工登车处理。 非全自动模式下由司机与站台人员确认站台无障碍物后，切除ATP 行车或旁路间隙探测。

如果CI 向VOBC 汇报障碍物有效状态，VOBC输出紧急制动，后续恢复为无障碍物状态：

①全自动模式下（FAM/CAM 模式），列车零速停车后紧急制动不缓解，提示人工打开钥匙，向中心报警紧急制动及原因，提示调度派人员上车处理。

②非全自动模式下（CBTC/点式-AM 模式）ATO驾驶模式下会退出ATO 模式，在列车零速后该紧急制动自动缓解，人工确认站台无障碍物后手动驾驶。

③非全自动模式下（CBTC/点式-CM 模式）在列车零速后该紧急制动自动缓解，人工确认站台无障碍物后手动驾驶。

（3）列车启动到列车完全出站前，VOBC 与CI通信中断且无法恢复，此时VOBC 输出紧急制动。

①当列车处于全自动模式下（FAM/CAM 模式），列车零速停车后紧急制动不缓解，提示人工打开钥匙，向中心报警紧急制动及原因，提示调度派人员上车处理。

②非全自动模式下（CBTC/点式-AM 模式），VOBC输出紧急制动，ATO 驾驶模式下会退出ATO 模式（MMI 上显示退出ATO 模式的原因），列车零速停车后不缓解紧急制动，MMI 上提示紧急制动及原因，待司机与站务人员共同确认无障碍物后，人工降级为RM 模式缓解紧急制动后手动驾驶或等待VOBC与CI 再次建链成功通信恢复后自动缓解紧急制动，此时列车处于CBT/点式-CM 模式，VOBC 检查满足发车条件后，列车以原模式或正常操作升级流程后出站。

③非全自动模式下（CBTC/点式-CM 模式）VOBC输出紧急制动，列车零速停车后不缓解紧急制动，人工确认站台无障碍物后，降级为RM 模式缓解紧急制动后手动驾驶或等待VOBC 与CI 再次建链成功通信恢复后自动缓解紧急制动，此时列车处于CBTC/点式-CM 模式，VOBC 检查满足发车条件后，列车以原模式或正常操作升级流程后出站。

（4）特别需要注意的是在限制人工驾驶模式下（RM 模式）不支持间隙探测联动功能。

全模式下联动间隙探测系统方案架构数据流如图1 和图2 所示。

图1 全自动模式下联动间隙探测系统方案架构数据流Fig.1 Data flow of the linkage gap detection system scheme in the fully automatic mode

图2 非全制动模式下联动间隙探测系统方案架构数据流Fig.2 Data flow of linkage gap detection system scheme architecture in non-full braking mode

本文提出全自动/非全自动模式触发间隙探测功能的差异对比分析如表1 所示。

表1 差异对比分析Tab.1 Difference analysis

1.4 注意事项

（1）启动间隙探测后，车门或者屏蔽门再次打开期间，联锁向间隙探测系统发送停止命令到再次发送启动命令之前，VOBC 需要始终输出牵引切除防止列车移动，保证安全[3]。

（2）列车发车阶段检测到有障碍物，VOBC 处于切除牵引状态，如果发生站台火灾故障，需要司机立即发车出站，此时牵引切除，列车无法出站存在安全隐患。 如果需要出站，通过以下2 种方式：①切除ATP 人工驾驶列车出站；②旁路间隙探测设备。

（3）间隙探测系统进入待机模式后（即联锁未要求启动的常态下），间隙探测系统向信号系统反馈障碍物探测信息的继电器保持落下状态，即有障碍物。

（4）信号系统需要在VOBC 监督到车门与站台门均关闭锁闭后[4]，若收到有CI 发送的障碍物有效信息，方可转发至ATS 显示，提示行调工作人员障碍物有效。

（5）当间隙探测系统采集到有障碍物信息反馈给CI，CI 延迟一定的时间后， 向现地发送障碍物有效信息，防止有乘客在关门时机闯入，间隙探测系统误报警给现地，对该线路运营造成影响。

以上注意事项对全自动/非全自动系统均有效。

2 研究内容

2.1 研究发现

本文研究发现对于全自动模式、非全自动模式下对间隙探测系统与信号系统的联动，实现信号系统间隙探测功能。 对于发车方式的不同本文着重指出差异项。

全自动模式下，持续收到CI 发送的无障碍物状态信息， 检查满足发车条件后ATO 启动灯闪烁，即可发车。 非全自动模式下，持续收到CI 发送的无障碍物状态，检查满足发车条件后，ATO 启动灯闪烁。司机人工判断无风险后，按下ATO 启动按钮或司机手动推牵引后，列车启动。

2.2 研究贡献

不论是全自动模式还是非全自动模式，当VOBC输出关门指令时向CI 发送启动间隙探测命令。VOBC 在一定时间内持续收到CI 发送的无障碍物状态信息， 系统或人工判断没有任何风险之后，列车发车。 联动间隙探测功能有效地避免了乘客登车过程中停留在该间隙中，使得信号系统安全保证大大提高。

2.3 研究限制

通过研究全自动/非全自动模式下，信号系统与间隙探测设备的联动功能发现该方案需要输出如下限制条件。

对于间隙探测系统限制[5]：需要保证汇报给CI系统的信息安全完整性等级应达到SIL2 级或以上，用以保证障碍物信息来源的安全和准确性。

对于运营公司的限制：信号系统间隙探测功能基于间隙探测设备给出的正确探测结果，如果间隙探测设备给信号系统提供的探测结果是错误的（如，有障碍物但给出的是无障碍物信息），信号系统将无法提供相应的安全防护功能，此时的列车安全须交由司机或运营人员人为防护；运营公司需组织司机、站务人员培训，在信号系统持续汇报有障碍物场景下，司机与站台人员如何确认站台障碍物情况以及如何切除ATP 行车或旁路间隙探测设备。

对信号系统的限制：CI 与间隙探测之间采用继电接口方式，电路的设计需要符合故障－安全原则，接口电路用继电器必须采用安全型继电器。

3 结语

本篇文章针对乘客在登车过程中可能存在停留在该间隙中风险来进行全面的研究，探究信号系统联动间隙探测功能方案内容， 通过研究发现，可以采用信号系统发出的启动或停止指令，实现全自动/非全自动模式下，信号系统与间隙探测设备的联动功能。 即当VOBC 输出关门指令时向CI 发送启动间隙探测命令。 VOBC 在一定时间内持续收到CI发送的无障碍物状态信息，司机判断没有任何风险之后，就可以发车，从而避免出现乘客登车过程中停留在该屏蔽门和列车门之间的缝隙，降低地铁安全运营风险，为地铁的稳定、可靠运行提供最大的保障。