城市軌道交通全自動運行系統車輛基地分區隔離方案

王 力

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司,510010,廣州∥高級工程師)

根據國際電工協會發布的IEC 62290-1:2014[1],城市軌道交通FAO(全自動運行)的GAO(自動化等級)分為5個等級,其中GAO 4(無人干預列車運行)為最高等級。FAO系統分為GOA3(無人駕駛列車運行)和GOA4兩種[2]。

城市軌道交通FAO系統的優點包括:高度自動化,多專業系統集成度深,各系統高效聯動控制,實現列車運行的全面監控及乘客服務功能;充分的冗余配置,保證運行高可用性;更加完善的安全防護功能增強對工作人員、乘客的防護,以及障礙物、應急情況下的防護;提高效率,節能減排,實現列車運行、供電、車站機電設備的綜合節能優化運行;完全兼容常規駕駛模式。因此,FAO系統是城市軌道交通技術的發展方向[3]。本文主要研究城市軌道交通FAO系統車輛基地分區分隔方案。

1 FAO系統車輛基地功能升級項目

為確保運營效率,相較于傳統車輛基地,FAO系統車輛基地功能主要做了如下升級:

1) 設置隔離分區。全自動運行條件下,正線對列車運營控制權由車站延伸至車輛基地內的全自動運行區,該區域內的列車運行、機電設備自動化作業均由控制中心全自動控制,因此需要采取安全防護措施保證人身和車行安全[4]。而車輛基地還有部分區域屬于檢修功能區,是不需要被納入全自動運行區的。因此,對車輛基地的全自動運行區和非全自動運行區,需采取物理隔離設施進行分隔。此外,對于有試車線的車輛基地,雖然試車線一般不與全自動運行區設置到一起,但列車全自動運行動態試驗是在試車線上進行的,因此也需要對其按全自動運行區進行防護,需設置單獨的隔離設施。

2) 設置轉換軌。列車檢修時,需要從全自動運行區進入非全自動運行區,檢修完成的列車也需要從非全自動運行區進入全自動運行區,這個過程中,需進行駕駛模式的轉換,因此需設置轉換軌,以實現列車駕駛模式的轉換。

3) 增加全自動運行區內的運用庫長度,且設置防護分區。為保證停車列檢作業效率和作業人員人身安全,一般停車列檢線按100%檢查坑條件設置,每2～4根股道范圍設置一個防護分區,在庫內增設地下人行通道(接觸網供電制式)或上跨人行天橋(接觸軌供電制式)。另外,為滿足ATO(列車自動運行)控制下列車自動停車的安全防護距離要求,列車尾端與車擋之間距離至少15 m,兩列列車尾車或頭車車鉤之間距離至少為20 m。

2 FAO系統車輛基地設置隔離分區必要性

FAO系統車輛基地內的隔離分區一般分為兩類:一類是全自動運行區和非全自動運行區之間的隔離,主要是為了防止非全自動運行區的人員非法進入全自動運行區,造成安全風險;另一類是全自動運行區內部的分區隔離,主要是為了實現列檢區域與列車正常運行區域之間的分隔,確保作業人員在列檢作業時的安全,并減小對列車正常運行區域的干擾。

由于車輛基地本身就有圍蔽與外界進行隔離,一般的無關人員基本很難進入車輛基地內。因此,分區隔離的主要目的還是防止段內的工作人員,尤其是進入全自動運行區進行列檢作業人員的誤入或因圖便利而違反安全管理規章制度的闖入。這些行為總體上是可控的,但僅用管理手段進行約束還是存在安全風險的。因此,對不同分區采取有效的物理隔離措施是非常必要的。同時,分區隔離措施應該是一個完整的閉環才能起到應有的作用,也才能確保車輛基地全自動運行區的安全。

3 國內FAO系統車輛基地分區隔離現狀分析

筆者查閱了近年來關于國內FAO系統車輛基地分區隔離的研究資料及實際案例,其中主要的隔離措施如下:

1) 全自動運行區和非全自動運行區之間的隔離措施:車輛基地內全自動運行區與非自動運行區之間、軌行區與人行區之間用金屬圍蔽網或欄桿隔離,并在出入口處設置門禁系統。

2) 全自動運行區內部的分區隔離措施:對于設置庫門的車輛基地而言,實現封閉的分區管理比較容易,只要將庫門設為電動開關門,同時將開關門的邏輯與車輛基地信號聯鎖系統進行聯動,就能有效解決全自動運行區內部的分區隔離[5]。而對于不設置庫門的車輛基地,要實現封閉的分區管理就比較困難,在入庫端平過道處始終存在開口,因而就存在串區的安全隱患。

從目前筆者查閱到的研究成果來看,不設置庫門的車輛基地在解決封閉分區管理問題上主要有三種方式:一是增設庫門,增加庫門開關與信號系統的聯動;二是將分區隔離的物理圍蔽延長至平過道之外;三是不增加物理隔離設施,而是通過強化管理措施,加強對進入分區人員的軟性約束。這三種方式均存在一定的適用性和操作性的問題:①第一種方式對于全年炎熱天氣較長的南方地區而言適應性較差,因其不利于庫房通風散熱。同時,眾多庫門每天都要頻繁開關,容易產生故障點。②第二種方式通過物理圍蔽隔斷了庫外平過道,使得平過道無法發揮其作為庫房消防車道的功能,不滿足GB 51298—2018《地鐵設計防火標準》的要求。同時,庫房外面圍蔽林立,景觀視覺效果也比較差。③在具體操作中,第三種方式還是存在一定的不確定性,尤其是長期來看,還是會受到執行力因素的影響。

4 智能視頻監控報警系統

基于上述現狀分析,發現對于車輛基地內分區隔離的具體措施還有進一步優化和完善的空間。尤其是對于南方地區不設置庫門的車輛基地而言,研究一種既滿足相關規范標準要求又適應其實際需求的分區隔離方案是十分必要的。

近年來,基于智能視頻識別的監控報警技術已日益成熟,在安防領域已經得到了廣泛的應用,完全可以將其應用到城市軌道交通領域。實際上,這些技術已經應用于國內的很多城市軌道交通線路上,如車站內的智能視頻識別系統、列車上的視頻監控系統等。在車輛基地內也完全可以考慮設置類似的監控及報警系統,以解決實體圍蔽無法進行封閉分區的問題。

4.1 智能視頻監控報警系統關鍵技術

智能視頻監控報警技術是指采用智能化的視頻分析算法,利用計算機對視野范圍內目標的特定行為進行分析和提取,當發現存在符合某種規則的行為(如定向運動、越界、游蕩、遺留等)發生時,自動向監控系統發出提示信號,采取某種措施 (如聲光報警器報警)或通知監控人員進行人工干預等[6]。

智能視頻監控報警系統的關鍵技術在于視頻識別和視頻分析。在車輛基地分區隔離應用中,主要利用的是智能視頻周界檢測和入侵檢測的場景,可以采用視頻監控加智能分析報警的方法對設定區域進行無縫覆蓋,發現有目標侵入立即發出報警。設備采用低照度及感知型攝像機,并安裝聲光報警器,可以感知設定區域內突然出現和入侵的人員并及時報警。報警發生時聲光報警器響起,同時后端控制中心也能準確顯示報警位置和入侵者畫面[6]。

4.2 智能視頻監控報警系統邏輯構架

本文研究的具體思路如下:

首先,智能視頻監控報警系統應與FAO系統聯鎖子系統進行聯動。在信號系統中增加與智能視頻監控報警系統的接口,實時監測智能視頻監控報警系統的狀態,并向其發送是否觸發聲光報警及通知監控人員的指令。

其次,通過特定功能的攝像頭實現長時定位監控。在此過程中,智能視頻監控報警系統要能對所采集的圖像進行分析、處理,并自動判斷是否報警,且能根據具體的判決條件進行后續的工作。

智能視頻監控報警系統邏輯構架如圖1所示。

圖1 智能視頻監控報警系統邏輯構架圖

5 FAO系統車輛基地分區隔離方案設計

5.1 全自動運行區庫房分區隔離方案

在全自動運行區庫房內,仍采用物理圍蔽進行分區隔離,在每個分區入庫端門口處設置智能視頻監控及聲光報警裝置。當列車出庫時,根據派班計劃,信號系統發送列車喚醒命令,同時向智能視頻監控報警系統發送暫停識別指令。列車按規定動作進行準備、自檢、自動運行出庫。當列車回庫后,SPKS(人員防護開關)被激活,同時信號系統向智能視頻監控報警系統發送設定區域識別指令,啟動攝像頭圖像采集和視頻處理器圖像識別分析工作,實現防護功能。

5.2 全自動運行區與非全自動運行區隔離方案

全自動運行區與非全自動運行區人行及車行道路是通過物理圍蔽和門禁系統來實施隔離的。門禁系統的權限由DCC(車輛基地控制中心)進行控制,不需要與信號系統進行聯鎖。

雖然全自動運行區與非全自動運行區之間可以通過設置轉換軌實現列車駕駛模式的轉換,但始終存在軌道連接,而在軌道連接區域很難設置有效的物理圍蔽,因此,在轉換軌區域也應通過信號系統控制的智能視頻監控報警系統進行隔離。

6 結語

對于FAO系統的車輛基地,分區隔離是保證工作人員人身安全、確保整個車輛基地高效運營的重要措施。本文結合當前智能視頻監控技術在安防領域成熟應用的條件,對分區隔離的具體實現方案進行了探討,以期進一步提高分區隔離措施的可靠性和便利性。本文研究可為后續類似工程建設項目提供參考。