陳春輝 趙廷龍 王 飛 黃萬亮

(1. 深圳鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司, 518066, 深圳; 2. 成都運達(dá)科技股份有限公司, 611731, 成都)

城市軌道交通全自動運行線路(以下簡稱“全自動運行線路”)具有安全、高效、低成本等突出優(yōu)點。截至2020年底,我國各城市已開通運營多條全自動運行線路。在其車輛基地內(nèi),列車仍采用全自動運行模式,這雖然能減少車輛基地檢修作業(yè)的調(diào)度時間,降低人力成本,提高車輛基地工作效率,但也將引入新的安全問題[1-3]。在工作人員較多的車輛基地,在常規(guī)作業(yè)、檢查、設(shè)備維修等時,可能會有相關(guān)人員出現(xiàn)在軌行區(qū),存在一定安全隱患。因此,如何同時做到更好地保障作業(yè)人員安全和列車正常運行是一個需要重點研究的課題。

文獻(xiàn)[4]提出使車輛基地利用隔離欄分區(qū)作業(yè)。文獻(xiàn)[5]提出車輛基地行車防護(hù)的建設(shè)思路,并進(jìn)行功能的系統(tǒng)性設(shè)計,但未考慮對斷送電關(guān)鍵項點的安全防護(hù)。文獻(xiàn)[6]提出通過硬線接口將車庫門機電控制電路接入全自動運行系統(tǒng)中,從而實現(xiàn)全自動運行列檢庫、洗車庫的車庫門安全防護(hù)。本文在既有研究成果基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析全自動運行線路車輛基地現(xiàn)場安全防護(hù)需求,并對關(guān)鍵防護(hù)技術(shù)的實現(xiàn)進(jìn)行深入研究。

1 安全防護(hù)需求

城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)主要由OCC(全線控制中心)、車輛基地(含DCC(車輛基地控制中心))、列車、車站、接觸網(wǎng)和供電、軌道、通信及信號等子系統(tǒng)組成。全自動運行系統(tǒng)已取消了傳統(tǒng)人工駕駛系統(tǒng)中的司機常規(guī)工作職責(zé)及其緊急情況時的確認(rèn)職責(zé),故全自動運行系統(tǒng)的運營場景需重新劃分。結(jié)合深圳地鐵20號線現(xiàn)場運營現(xiàn)狀及全自動運行系統(tǒng)的典型特征, 全自動運行系統(tǒng)的運營場景如表1所示。

表1 全自動運行系統(tǒng)的運營場景

1.1 股道斷送電的防護(hù)需求

我國既有動車組和普速列車均采用接觸網(wǎng)AC 25 kV單向供電,地鐵列車一般采用DC 1 500 V或DC 750 V供電。無論是采用何種供電制式,供電電壓等級都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體安全電壓。

部分采用第三軌供電技術(shù)的城市軌道交通線路接觸軌安裝在地面上,距作業(yè)人員較近。通常車輛基地檢修作業(yè)多在夜間,故人員長時間夜間作業(yè)后易出現(xiàn)精神恍惚等情況,其觸電風(fēng)險較大。

目前,城市軌道交通車輛基地在對股道斷送電時,通常以人工操作隔離開關(guān)驅(qū)動裝置并手動舉掛接地桿的方式完成斷電作業(yè),之后按規(guī)定作業(yè)順序完成送電作業(yè)。此傳統(tǒng)方法存在兩大弊端,一是效率低下,二是觸電風(fēng)險較大。對此,運營單位要求股道斷送電時期望作業(yè)人員能遠(yuǎn)離高壓設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動斷送電。

1.2 庫區(qū)整體防護(hù)需求

在我國,全自動運行線路的車輛基地占地面積一般為10～35 hm2,其軌行區(qū)覆蓋范圍較廣。以成都武青車輛基地為例,其占地面積為26.5 hm2,車輛基地由檢修主廠房庫、運用庫、調(diào)機工程車庫、鏇輪庫、洗車機庫、輪對踏面檢測棚、物資總庫、試車線、辦公區(qū)等多個功能分區(qū)組成。龐大的車輛基地需要按區(qū)域進(jìn)行有效安全防護(hù),尤其是全自動運行區(qū)的安全防護(hù)更加復(fù)雜。

現(xiàn)階段,車輛基地一般實行保安值守,其人員進(jìn)出防護(hù)區(qū)(包括整個運用庫及關(guān)鍵區(qū)域)均采用紙質(zhì)登記的方式,不僅進(jìn)出通道效率低,而且權(quán)限控制不嚴(yán)格。對此,需對車輛基地的防護(hù)區(qū)進(jìn)行智能化權(quán)限管理,只有得到授權(quán)的人員才有資格進(jìn)入防護(hù)區(qū),無授權(quán)的人員不能進(jìn)入防護(hù)區(qū)。

1.3 作業(yè)區(qū)域的防護(hù)需求

車輛基地運用庫內(nèi)列位布局相對密集,一般包含數(shù)十條停車列檢線。在全自動運行區(qū)域一般通過柵欄來實現(xiàn)列位之間的物理阻隔,從而防止交叉作業(yè)。受現(xiàn)場環(huán)境限制,同一場地內(nèi)難免出現(xiàn)部分列位需帶電作業(yè),部分列位要進(jìn)行無電檢修的情況。可見,明確每個列位帶電情況并對作業(yè)區(qū)域進(jìn)行必要的安全防護(hù)十分必要。

1.4 區(qū)域入侵防護(hù)需求

在車輛基地全自動運行區(qū)域易出現(xiàn)作業(yè)人員與車輛發(fā)生碰撞及行車設(shè)施受到碰壞等現(xiàn)象。車輛基地咽喉區(qū)等關(guān)鍵區(qū)域防護(hù)一般通過智能門禁系統(tǒng)來管控。但受全自動運行系統(tǒng)特殊性的限制,在車輛基地運用庫門口及不規(guī)則咽喉區(qū)附近等通道都無法實施物理阻隔和門禁管控。由此,需使用新技術(shù)來實現(xiàn)非物理實體阻隔防護(hù)。

1.5 列車接近的防護(hù)需求

在全自動運行模式下,列車出入車輛基地沒有司機瞭望觀察和鳴笛。當(dāng)列車經(jīng)過平交路口時,若周邊作業(yè)人員察覺不及時,則存在被碾壓風(fēng)險。對此,需在特定區(qū)域設(shè)置列車接近檢測裝置和自動報警設(shè)備。

1.6 綜合監(jiān)控的顯示需求

通過對大量全自動運行線路車輛基地DCC調(diào)度室的調(diào)研發(fā)現(xiàn),很多車輛基地調(diào)度室的監(jiān)控設(shè)備仍十分落后,沒有配備拼接大屏,甚至采用磁吸式模擬屏用于顯示各股道占有情況。部分車輛基地的生產(chǎn)調(diào)度仍依靠紙質(zhì)單據(jù)傳送和口呼手指,個別車輛基地全憑經(jīng)驗進(jìn)行管控。傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)方式留下的安全隱患是工作人員在未能準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場情況下進(jìn)行調(diào)車作業(yè),在信息傳遞過程極可能失真,調(diào)度決策者一旦誤判,帶來的安全隱患將無法估量。因此,將現(xiàn)場作業(yè)人員狀態(tài)、車輛股道占有情況、關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)實時反饋至調(diào)度室,并通過電子占線板等形式綜合展示出來的迫切需求。

2 車輛基地安全防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

基于運營場景分析和主要安全防護(hù)需求梳理,全自動運行線路的車輛基地安全防護(hù)需攻克六大關(guān)鍵技術(shù):自動斷送電技術(shù)、庫區(qū)整體防護(hù)技術(shù)、作業(yè)區(qū)域防護(hù)技術(shù)、區(qū)域防入侵技術(shù)、列車接近報警技術(shù)、DCC綜合顯示技術(shù)。

2.1 自動斷送電技術(shù)

傳統(tǒng)車輛基地通常通過小五防技術(shù)來實現(xiàn)斷送電的。所謂小五防即:一防帶負(fù)荷分合隔離開關(guān),二防帶接地桿分合隔離開關(guān),三防帶電掛接地桿,四防誤入有電區(qū),五防誤操作(誤分、誤合斷路器)。小五防技術(shù)雖在一定程度上解決了隔離開關(guān)分合閘的秩序問題,但其主要通過人工依次打開鎖具的方式來實現(xiàn)斷送電,并不是真正意義上的自動斷送電。

全自動運行線路車輛基地通過工業(yè)級PLC(可編程邏輯控制器)主動采集隔離開關(guān)、驗電裝置及門禁等關(guān)鍵設(shè)備的實時狀態(tài),并在PLC內(nèi)部置入安全聯(lián)鎖程序,通過干觸點與隔離開關(guān)柜驅(qū)動機構(gòu)控制信號串聯(lián),來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制股道斷送電。

通過類似的手段還能實現(xiàn)列位自動驗電功能。

2.2 庫區(qū)整體防護(hù)技術(shù)

采用庫區(qū)整體防護(hù)技術(shù)時,需在防護(hù)區(qū)智能門禁前設(shè)置穿戴識別裝置,既要審核進(jìn)入防護(hù)區(qū)作業(yè)人員的權(quán)限,又要能檢測作業(yè)人員防護(hù)著裝。

穿戴識別裝置通過圖像識別技術(shù)判斷作業(yè)人員是否穿戴安全帽、防護(hù)服、絕緣鞋。只有人員的穿戴識別驗證通過后,防護(hù)區(qū)門禁才允許激活。在門禁處還需設(shè)置人臉識別機,只有正常請點且通過穿戴識別的人員才能通過人臉識別機打開門禁電控鎖。同時在門禁處設(shè)置客流計,對尾隨通過人員進(jìn)行警報提醒。

2.3 作業(yè)區(qū)域防護(hù)技術(shù)

作業(yè)區(qū)域防護(hù)技術(shù)主要針對日檢、雙周檢等單列位作業(yè)股道進(jìn)行安全防護(hù)。

在作業(yè)股道的列頭、列中及列尾部位依次設(shè)置LED(發(fā)光二極管)有無電顯示屏,通過PLC控制終端將斷送電結(jié)果及驗電結(jié)果實時傳至顯示屏,并進(jìn)行字幕提醒。對股道周界通過光柵及燈帶等手段,實現(xiàn)特定區(qū)域防護(hù),若有作業(yè)人員誤入非作業(yè)股道,則立刻實時報警,并通過視頻聯(lián)動技術(shù)對入侵人員進(jìn)行抓拍警示。

2.4 區(qū)域防入侵技術(shù)

區(qū)域防入侵技術(shù)主要由虛擬區(qū)域設(shè)定和入侵行為檢測兩部分組成。與傳統(tǒng)物理阻隔相比,區(qū)域防入侵技術(shù)的應(yīng)用更加靈活。

在虛擬區(qū)域設(shè)定中,一般可通過對射式光電傳感器并結(jié)合防護(hù)點現(xiàn)場情況部署構(gòu)建虛擬防護(hù)區(qū)域。目前比較流行的虛擬區(qū)域劃分通過拌線入侵檢測實現(xiàn),即在圖像數(shù)據(jù)中對防護(hù)區(qū)域進(jìn)行劃分。

入侵行為檢測方式跟虛擬區(qū)域的設(shè)定技術(shù)密切相關(guān),比如通過對射式光電傳感器布局的防護(hù)區(qū)域,其檢測方式主要是通過判斷紅外線是否被遮擋來判斷闖入行為;通過虛擬拌線布防的入侵檢測設(shè)備,主要是利用圖像算法識別技術(shù),判斷是否有物體跨過預(yù)設(shè)拌線且符合標(biāo)定方向,并對人、動物、車輛進(jìn)行數(shù)值分析與模型訓(xùn)練,實現(xiàn)對入侵體類別的準(zhǔn)確判斷。

2.5 列車接近報警技術(shù)

時刻檢測車輛基地內(nèi)車輛股道占有情況及車輛運行狀態(tài),有助于合理安排調(diào)車作業(yè),同時能有效降低全自動運行車輛碾傷股道周界作業(yè)人員風(fēng)險。解決思路:在股道兩側(cè)安裝車位傳感器,對經(jīng)過地鐵車輛進(jìn)行實時檢測,并通過控制裝置直接觸發(fā)現(xiàn)場聲光報警裝置,從而實現(xiàn)列車接近報警。與此同時,也可通過AI識別攝像機對列車號進(jìn)行圖像識別,將段內(nèi)車輛運行狀態(tài)推送至電子占線板,供調(diào)度人員掌握。

2.6 DCC綜合顯示技術(shù)

DCC綜合顯示技術(shù)旨在為調(diào)度人員提供整個車輛基地生產(chǎn)運作的實時狀態(tài)信息,實現(xiàn)調(diào)度遠(yuǎn)程、可視化管理。解決思路:通過PLC采集現(xiàn)場將股道有無電情況、車輛占有情況、門禁狀態(tài)、關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)、防護(hù)區(qū)作業(yè)人員授權(quán)和銷權(quán)情況等,實時傳送至DCC信息化系統(tǒng)進(jìn)行綜合顯示。在防護(hù)區(qū)通過安裝攝像機對關(guān)鍵設(shè)備和列位通道等進(jìn)行全域監(jiān)視,將現(xiàn)場安防圖像滾動式展示在調(diào)度室拼接大屏上,供管理人員掌握。

3 應(yīng)用實例

城市軌道交通全自動運行線路建設(shè)應(yīng)用的時間并不長,其車輛基地安全防護(hù)配套設(shè)施仍處于不斷完善的過程中。在近期現(xiàn)場調(diào)研中發(fā)現(xiàn),深圳地鐵12號線、深圳地鐵20號線、無錫地鐵4號線、成都地鐵9號線的車輛基地均存在安全防護(hù)升級的需求,且都已采用了自動斷送電技術(shù)、庫區(qū)整體防護(hù)技術(shù)、DCC綜合顯示技術(shù)。其中無錫地鐵4號線僅應(yīng)用了作業(yè)區(qū)域防護(hù)技術(shù)、穿戴識別防護(hù)技術(shù);深圳地鐵20號線新增配置區(qū)域防入侵防護(hù)技術(shù),對無權(quán)限人員非法入侵軌行區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)控和警告。深圳地鐵12號線新增配置列車接近報警技術(shù),有效保障了軌行區(qū)作業(yè)人員安全。

成都地鐵9號線于2020年底開通運營,為西南地區(qū)首條地鐵全自動運行線路。其車輛檢修基地為武青車輛基地,有停車列檢線16股道32列位,周月檢4股道4列位,定臨修4股道4列位。武青車輛基地主要承擔(dān)9號線全部車輛的日檢、周月檢、定修、臨修及部分車輛的停放任務(wù)等。武青車輛基地的信號設(shè)備、全自動運行管理系統(tǒng)、聲光報警設(shè)備、地下通道、人員防護(hù)開關(guān)、有無人轉(zhuǎn)換區(qū)、全自動運行試車線、全自動洗車線等安全防護(hù)設(shè)施在傳統(tǒng)車輛基地的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新升級,以提高全自動化運行模式下的檢修運用效率。然而,武青車輛基地的庫區(qū)整體防護(hù)技術(shù),未采用當(dāng)前比較成熟的人臉權(quán)限識別裝置,也未采用作業(yè)區(qū)域防護(hù)技術(shù)、區(qū)域入侵技術(shù)和列車接近報警技術(shù)。

值得一提的是,在區(qū)域防護(hù)方面,武青車輛基地用顏色將作業(yè)區(qū)直觀地劃分為兩個不同的分區(qū),并分別采用不同的管理模式:粉色為全自動運行區(qū),藍(lán)色為非全自動運行區(qū)。全自動運行區(qū)的管理顯然更加嚴(yán)格。

4 結(jié)語

車輛基地是城市軌道交通系統(tǒng)重要組成部分。隨著全自動運行技術(shù)持續(xù)推廣,車輛基地應(yīng)安全、可靠、高效的運行,有效實現(xiàn)智能安全的防護(hù)。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn),全自動運行線路車輛基地的最緊迫防護(hù)需求主要體現(xiàn)在斷送電防護(hù)、區(qū)域防護(hù)、入侵報警防護(hù)和綜合調(diào)度顯示4個方面。根據(jù)對全自動運行車輛基地運營場景分析和現(xiàn)場安全防護(hù)需求,梳理出6項車輛基地安全防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)——自動斷送電技術(shù)、庫區(qū)整體防護(hù)技術(shù)、作業(yè)區(qū)域防護(hù)技術(shù)、區(qū)域防入侵技術(shù)、列車接近報警技術(shù)和DCC綜合顯示技術(shù)。

由成都、深圳及無錫等城市的全自動運行線路車輛檢修基地應(yīng)用實例可知,現(xiàn)階段全自動運行線路的車輛基地安全防護(hù)技術(shù)仍有提高改善的空間,亟需加快智能安全防護(hù)技術(shù)的深入研發(fā)和應(yīng)用推廣。