城轨全自动运行系统信号与站台门接口方案优化分析

汪世有

（北京城市轨道交通咨询有限公司，北京 100068）

0 引言

当前全自动运行系统已经成为城市轨道交通列车控制系统的必然发展趋势，先后已有北京、上海、成都、太原、济南等城市全自动运行线路建成并投入运营，同时越来越多的城市也已加入全自动运行线路的规划和建设当中。

相比传统CBTC系统，全自动运行系统信号与站台门间接口功能更为丰富，对接口方案设计、实施要求也更高，然而无论是对原有继电接口的功能调整还是对新增网络接口的方案设计，各城市目前均不尽相同且良莠不齐，由此给全自动运行系统建设质量及后续运营维护产生了不利影响，针对此问题，需对当前各城市全自动运行系统信号与站台门接口实施方案进行归纳梳理和比选优化，以期得出相对完善可行的接口实施方案，作为全自动运行系统信号与站台门接口方案设计时的参考[1]。

1 全自动运行系统接口实现功能

传统CBTC系统信号与站台门接口功能主要包括联动开关车门/站台门和站台门区域行车安全防护，全自动运行系统需在双方既有接口基础上进行接口功能的补充完善，以实现车门/站台门对位隔离功能及间隙异物探测防护、再开门/再关门控制等全自动运行系统新增功能[2]。

2 接口方案比选及优化分析

2.1 继电接口比选优化

2.1.1 接口描述

信号系统与站台门采用安全继电接口，用于站台门安全防护、开关门联动控制（含再开/关门控制）、车门/站台门间隙探测防护等与行车控制安全相关功能的数据交互，目前各城市全自动运行线路针对此接口方案设计主要的区别在于间隙探测装置的启停指令触发机制、间隙探测结果的反馈方式等[3]。

2.1.2 典型方案列举

（1）方案一：信号系统直接控制间隙探测装置启停。信号与站台门在传统安全继电接口基础上增加硬线电路及相应的间隙探测启动、停止及间隙探测状态继电器，信号系统接收到车门与站台门关闭且锁紧信息后，直接向间隙探测装置发送启动探测指令，间隙探测装置将探测结果通过硬线接口反馈给信号系统，作为信号系统判断是否允许发车的条件，当列车驶离站台轨后，信号系统发送“停止探测”指令给间隙探测装置[4]。

（2）方案二：站台门控制间隙探测装置启停。此方案在传统信号与站台门安全继电接口基础上不额外增加硬线及相应的继电器，站台门接收信号系统关门指令后执行，站台门关好后，控制间隙探测装置启动，并将与间隙探测结果串联整合后的“关闭且锁紧”信息输出给信号系统。

2.1.3 比选分析及优化

比选分析：针对上述两种方案，从接口安全性、可靠性、可用性、可维护性以及成本控制等多个角度进行比选分析，如表1所示。

由表1可以看出，两种方案在安全性和可靠性上均满足接口设计要求，可用性方面两方案在实现功能的同时，均会对列车发车造成一定的延迟，而在可维护性和成本控制方面，方案二则有明显优势，综合考量，方案二相对更优。

表1 不同接口方案优缺点分析

调整间隙探测装置的启动时机为站台门收到关门指令时启动，因间隙探测启动所需时间（约1.5秒）小于站台门关好所需时间（约4秒），可保证站台门关好前间隙探测已完成启动，此措施可减小1.5秒左右的发车延迟，从而降低对线路运营指标的影响；需在接口设计阶段明确车门与站台门应同步关闭，以免影响探测效果。

2.2 网络接口比选优化

2.2.1 接口描述

依据中城协《城市轨道-交通全自动运行系统规范-第3部分：接口》的描述，信号系统和站台门应采用冗余以太网接口进行通信，用于车门和站台门的对位隔离，信号系统与站台门可直接互传车门或站台门故障时的“对位隔离”信息，或通过综合监控系统互传[5]。

2.2.2 典型方案列举

（1）方案一：信号联锁子系统（CI）与站台门建立网络接口。此方案在传统信号联锁子系统（CI）与站台门安全继电接口基础上，新增网络接口用于车门/站台门对位隔离信息的传递，需相应增加接口交换机、通信前置机（FEP）、光纤、网线、光网转换模块、网络防火墙等网络接口设备。

当列车门被隔离后，车辆TCMS向信号车载VOBC发送车门隔离信息，车载VOBC根据车门隔离信息确定需对位隔离的站台门，并将此信息传递给联锁子系统（CI），CI系统通过FEP向站台门发送对位隔离站台门信息，列车进站停稳后，站台门根据隔离信息控制对应的站台门不打开。

当站台门被隔离后，通过FEP向CI系统发送站台门隔离信息，CI系统通过车地无线通信向待进站列车车载VOBC发送站台门隔离信息，车载VOBC根据站台门隔离信息确定需对位隔离的车门信息，并发送至车辆TCMS，列车进站停稳后，车辆TCMS根据隔离车门信息控制对应的车门不打开。

（2）方案二：信号ATS子系统与站台门建立网络接口。此方案信号联锁子系统与站台门既有继电接口保持不变，新增ATS子系统与站台门网络接口,其他设备接口数据传输路径与方案一相同，此方案同样需增加接口交换机、FEP、光纤、网线、光网转换模块、网络防火墙等网络接口设备。

（3）方案三：通过综合监控既有网络接口转发对位隔离信息。此方案无需新增接口，而是利用信号ATS子系统与综合监控、综合监控与站台门之间既有网络接口来进行车门/站台门对位隔离信息的传递,其他车辆TCMS与信号车载VOBC、VOBC与ATS子系统之间接口信息与方案二相同。

2.2.3 比选分析及优化

比选分析：针对上述三种接口方案从安全性、可靠性、可用性、可维护性以及成本控制等多角度进行对比分析，如表2所示。

表2 不同网络接口方案优缺点分析

由上表可以看出，方案一虽具备高安全性和可靠性，但其主要问题在于需占用联锁子系统（CI）安全数据处理资源来实现非安全功能的对位隔离数据传输，在CI子系统安全性能保证方面风险较大，且需增加工程成本；方案二在接口安全性、可靠性、以及数据传输时延、正确率方面均符合对位隔离数据的传输要求，与方案一相同的是都增加了工程成本及运维工作量；而方案三为利用既有网络通道，无新增工程成本及运维工作，但对位隔离数据传递需经车辆TCMS-信号车载VOBC-信号ATS（车站）-信号ATS（中心）-综合监控（中心）-综合监控（车站）-站台门，中间链路较长导致数据传输可靠性差、传输时延大，可能影响对位隔离功能的实现[6]。综合分析，方案二相对更优。

3 结论

针对当前国内全自动运行线路信号与站台门间接口方案多样的现状，本文从全自动运行系统功能需求出发，分别对信号与站台门继电接口、网络接口进行梳理和比选优化，得出目前较为完善可行的方案，可为全自动运行系统信号与站台门接口设计及接口方案的标准化提供一些参考；同时我们可以看出，相较传统继电接口而言，网络接口具有数据传输量大、接口实施简单且易扩展、易维护等优点，在符合数据传输安全性要求的前提下，未来或可逐步替代传统继电接口，以实现信号与站台门接口的整合优化，同时满足互联互通、不同编组混运等不断出现的运营新需求。