全自动运行线路间隙探测装置与行车相关系统联动方式优化方案

钱广民，阎 娟

（天津轨道交通运营集团有限公司 技术研发管理部，天津 300392）

随着全自动运行技术在我国城市轨道交通线路的应用，为满足日常乘降作业中不依靠司机瞭望实现车站站台发车功能，对站台门与列车门之间间隙探测装置的可靠性和安全性提出了更高要求。

国内针对间隙探测装置的应用研究主要涉及两个方面：（1）关注提高间隙探测装置的准确性。周天龙等人[1]基于现有探测装置误判率较高、无法保障高可靠性的问题，提出了3D激光扫描和图像识别的多传感器融合装置，但新装置在整条线路的应用效果尚不清楚；侯妍君等人[2]针对误判率较高的问题提出了改进措施，设计了一种置于列车车体的探测装置，但该装置涉及车辆改造，对建设成本没做进一步分析。（2）侧重讨论间隙探测装置与行车相关系统联动方式的优劣。许敬辉[3]对比了几种探测方式在全自动运行线路适用性，提出了站台门与间隙探测装置纳入站台门安全回路的方案；王松林[4]分析了间隙探测装置与站台门系统、与信号系统的两种联锁方式，认为间隙探测装置与信号系统联锁可以提高运营安全性，该方式的发车条件增加了一条“探测状态”信息，但没有对运行效率作进一步的讨论。

结合国内现有应用情况，本文提出了一种全自动运行线路间隙探测装置与行车相关系统联动方式的优化方案，并应用于天津地铁6号线二期工程。

1 间隙探测装置与行车相关系统联动简介

1.1 站台门与列车门之间间隙探测装置的作用

城市轨道交通线路中，站台门与列车门之间的间隙容易引起乘降时安全事故发生，许多城市的城市轨道交通线路中采用间隙探测手段监测夹人、夹物的情况。随着设备的发展及运营效率提高，全自动运行线路通常采用具备自动判断功能的间隙探测装置，常见的有红外探测、激光探测[5]、雷达探测[6]、智能间隙探测[7]等装置。

间隙探测装置的工作原理为利用红外线或激光对射等手段判断间隙是否有乘客或障碍物，将探测结果反馈至与列车运行相关的系统（如信号系统、站台门系统）并将其作为发车判断条件之一。

1.2 间隙探测装置与行车相关系统联动方式

间隙探测装置与行车相关系统联动的方式可分为两种：（1）间隙探测装置与信号系统联锁[8]，该方式应用于北京新机场线、北京17号线和北京19号线。全自动运行线路中，信号系统安全等级较高，由于间隙探测装置与信号系统联锁技术尚处于研究阶段，因此并未广泛推广；（2）间隙探测装置与站台门系统联锁，该方式广泛应用于全自动运行线路上，如上海的多条线路[9]，济南R2线，南宁5号线，成都9号线等，是目前国内主流应用方式。

2 间隙探测装置与行车相关系统基本逻辑关系

2.1 间隙探测装置与信号系统联锁

间隙探测装置与信号系统联锁方式中，间隙探测信息纳入信号联锁，是近年来提及的新方式。文献[8]提出，站台门应设置间隙防护功能，站台门与列车门间的障碍物检测信息应纳入信号联锁，检测到障碍物的信息宜单独提供给信号系统，信号系统应向站台门系统发送间隙防护功能的启动和停止命令。如图1所示，信号系统发送“间隙防护启动”命令给站台门系统，间隙探测装置开始启动，检测到无障碍物后，间隙探测装置发送“间隙防护状态”信号至信号系统；“间隙防护状态”信息独立发送给信号系统，不再接入站台门安全回路，信号系统判断满足发车条件后，允许列车离站。

图1 间隙探测信息纳入信号联锁

站台门系统与信号系统之间新增以下信息：

（1）信号系统向站台门发送间隙防护启动、间隙防护停止共2路硬线信息；

（2）站台门向信号系统发送再开门命令、再关门命令、间隙防护状态正常共3路硬线信息。

该方式的接口信息增多，发车判断条件更加复杂，对信号系统而言，设计难度增加，改动较大，目前缺少较为成熟的应用案例。

2.2 间隙探测装置与站台门系统联锁

间隙探测装置与站台门系统联锁方式中，将间隙探测信息整合到站台门系统，间隙探测结果接入站台门安全回路，如图2所示。探测到无障碍物且站台门全部关闭后，站台门才会向信号系统发送“站台门关闭且锁紧”信息，间隙探测信息由站台门系统纳入信号联锁。此方式的间隙探测属于站台门内部子系统，与信号系统没有单独接口，间隙探测结果不直接作为发车判断条件。

此方式的信号系统与站台门之间发送的信息为：

（1）信号系统向站台门发送“开门命令”“关门命令”，当站台门处于联动模式时，命令下发后实现列车门与站台门的联动；

（2）站台门向信号系统发送“站台门关闭且锁紧”“互锁解除”信息，信号系统判断发车条件，实现列车安全离站。

3 常用的间隙探测装置与站台门系统联动原理

目前，国内城市轨道交通大多数全自动运行线路采用间隙探测装置与站台门系统联锁的方式，信号系统不具有控制间隙装置启/停的功能，间隙探测信息由站台门系统纳入信号联锁。间隙探测装置通常选择红外或激光探测，由站台门专业人员负责间隙探测装置的安装维护。

3.1 控制流程

站台门系统与信号系统接口电路如图3所示。

图3 站台门系统与信号系统接口电路

（1）信号系统向列车门、站台门发送“关门命令”，列车门和站台门接收到关门命令，同时执行关门动作。

（2）站台门关闭，同时启动间隙探测。

（3）当间隙探测系统检测无障碍物时，站台门向信号系统发送“关闭且锁闭信号”，信号系统允许发车，间隙探测持续25 s（持续时间人为设定）后停止探测。

3.2 存在的设计缺陷

该方式存在的设计缺陷如下。

（1）间隙探测装置启动时间的设定问题。间隙探测装置的启动时间仅依赖站台门状态，不考虑列车门是否关闭。采用红外探测时存在探测盲区[10]，异物有可能未能识别出来；若在列车门未关闭的情况下启动间隙探测装置，将会增加异物未能识别出来的可能性，影响探测结果。

（2）间隙探测时长的设定问题。当间隙探测装置工作时，若出现列车门夹人/夹物情况，将执行3次列车门开关动作（开关次数依线路设计而定），可能会出现特殊情况，即：列车门3次开关时长超过间隙探测时长，会有列车门和站台门均关闭但间隙探测装置早已停止报警输出的情况，为保障探测需求应延长探测时长；探测时长受装置本身制约，有局限性，且探测时间不可动态调整，过长的探测时间将影响下一列车进站，影响运营效率。

4 改进方案

4.1 接口电路改进

为解决常用方案中存在的风险问题设计缺陷，同时，不改变间隙探测信息由站台门系统纳入信号联锁这一底层逻辑，本文提出了一种改进方案，将列车门状态信息发送给间隙探测装置，优化探测启动时间。将该方案应用于天津地铁6号线二期线路工程中，对信号系统、站台门系统继电器接口电路进行改进，增加了硬线接口，将“列车门关状态”信息发送给间隙探测装置，“站台门关闭”“列车门关闭”两个条件同时作为间隙探测装置启动的判断条件，改进方案的电路如图4所示。

图4 改进方案站台门与信号系统接口电路

4.2 改进方案的间隙探测装置与信号系统逻辑关系

采用改进方案的天津地铁6号线二期工程站台门间隙探测装置与信号系统逻辑关系如图5所示。在既有接口的基础上，给站台门系统增加一条“逻辑与”信号（车门关闭状态信号），解决了间隙探测装置超过25 s停止工作后又出现夹人、夹物的安全问题。

图5 站台门间隙探测装置与信号系统逻辑关系

4.3 控制流程

（1）信号系统向列车门和站台门同时发送“关门命令”，列车门和站台门同时执行关门动作。

（2）间隙探测装置接收到“列车门关状态”且“站台门关闭”信息后启动间隙探测，探测时间持续25 s（人为设定）后停止。

（3）当“站台门关闭且锁紧”且“间隙探测装置检测无障碍物”时，站台门系统向信号系统发送“站台门关闭且锁紧”信息，经信号系统判断满足发车条件后方可正常发车。

4.4 在天津地铁6号线二期工程的应用效果

改进的方案优化了间隙探测启动时间，保证了列车门、站台门关闭后对间隙状态的准确探测，提升了间隙探测装置工作时的有效性，降低了依靠延长探测时间对探测效果的影响，进一步保障了全自动运行线路乘客的人身安全。

5 结束语

相较于传统线路，城市轨道交通全自动运行线路在自动化、智能化方面进行了较大提升，同时也对设备集成度、系统之间联动程度、行车组织安全性提出了更高要求。本文分析间隙探测装置与行车相关系统联动原理，提出了一种增强列车运行安全性的优化方案，在信号系统与站台门系统之间增加了“车门关状态”硬线信息，优化了信号系统与站台门系统联动控制逻辑，解决了间隙探测装置超过25 s停止工作后有可能出现的夹人、夹物安全问题，降低了因站台门间隙探测装置引发的发车延误等问题，提高了站台门与列车门之间间隙的安全性。