运营安全保障系统

任务2　运营安全保障系统

【活动场景】

采用多媒体展示ATC系统、SCADA系统、FAS系统、BAS系统、屏蔽门系统、警示系统的运作情况并在现场观摩。

【任务要求】

了解ATC系统、SCADA系统、FAS系统、BAS系统、屏蔽门系统、警示系统的构成、运作及安全作用。

【知识准备】

（1）ATC系统

列车快速而高密度的运行是城市轨道交通的特点之一，在短时间的行车间隔下，保证安全就必须引入自动化技术。目前，世界各地均采用的是列车自动控制系统（Automatic Train Control，ATC），该系统由列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，ATP）、列车自动运行子系统（Automatic Train Operation，ATO）和列车自动监控子系统（Automatic Train Supervision，ATS）3部分组成。

1）ATP子系统

列车自动保护子系统（ATP）是列车自动控制系统中与安全相关的重要部分，它由地面信号和车载设备构成闭环高安全系统，依据铁路信号—故障原则。实现在列车运行过程中的速度控制，从而达到列车安全行驶的目的。

ATP的主要功能如下：

①列车位置速度的检测与传递

车载ATP通过轨道电路或计轴磁头读取和车轮周长计算获取本车的位置及速度，传给轨旁ATP，并通过轨旁ATP获取前车信息及线路条件信息。

②停车防护点

设置停车防护点即是在相邻的同相运行两列车间设置防护区段，区段的终点是前车位置决定的危险点，当后车越过时会发生追尾；区段的起点是后车必须停车点，即后车必须在该点前停下，若越过此点，将由ATP对后车引发紧急制动，以保证在危险点前停车。区段的长度是由ATP计算机内保存的线路坡度、限速和前后车性能等条件计算而得的。

③速度监督与防护

列车速度限制一般分为固定速度限制和临时速度限制两类，前者是由线路条件、列车允许速度、道岔允许速度等硬件条件所限定；后者为临时性施工或检修条件所限定，ATP一般监督和防护的是前者，后者多由人工完成。当列车超过限制速度一定数值（通常为3～5km/h）时，ATP将采取警告或紧制等相应措施。图4.6为速度传感器的安装。

图4.6　速度传感器的安装

④车门控制

车门控制是ATP重要安全防护措施之一，它通过开门条件的判定和发出开门命令来保证运行的安全，主要防止站外开门、开错门及开门后运行3种安全事故。

⑤列车完整性监督

通过与车辆接口，车载ATP实时检查列车完整性信号；当检测到列车完整性丢失信号时，将实施紧急制动。同时列车完整性丢失时，ATP还将禁止所有移动闭塞运行模式。

⑥前溜和后溜防护

ATP在没有任何移动指令的情况下，检测到列车的任何移动，将施加紧急制动；如果ATP检查到列车向当前运行的反方向倒溜超过一定距离，将施加紧急制动。这样也是为了保证列车在坡道上的启动，其追踪列车的移动授权将考虑前车后溜的距离。

⑦紧急停车功能

当按压站台的紧急停车按钮时，如图4.7所示。轨道电路将紧急停车信息传递给车站所辖区间的列车，使列车停止运行，以避免有关安全事故发生。

图4.7　紧急停车按钮

2）ATO子系统

列车自动运行子系统（ATO）完成通过“地-车通信”对列车运行的控制工作，ATO系统并非独立运作，需要ATP和ATS的紧密配合。ATO子系统由车载设备和轨旁设备组成。其中车载硬件设备ATO子系统与ATP子系统共用，图4.8为车载设备结构示意图。

图4.8　车载设备结构示意图

ATO的优点包括：缩短行车间隔、提高准点率和线路利用率、节约能耗、减少轮轨损耗、提升乘坐舒适度等。

ATO的主要功能如下：

①车速控制

ATO通过控制牵引和制动信号控制调速器，使列车到达限定速度，并计算速度—距离曲线，不间断地对比实时速度和限速，通过闭环控制来控制车速，如图4.9所示。

②站停控制

该功能由ATO和ATS配合完成，在依照时刻表、最大节能原则下，通过对比实施运行时间和计划时刻表时间，调整车站的停靠时间。

③定位停车

ATO根据车速、车重、线路等条件，采用阶段缓解的方式，不断修正停车位，保证列车在车站能准确定位停车。

图4.9　司机室显示器（TOD）的ATO界面

④车门控制

该功能由ATO和ATP协调完成，ATO定位停车后，传递给ATP信号并保持制动，ATP检测开门条件符合后，ATO自动打开车门。在停站时间到后，发出关门信号，ATP检测符合条件后，授权离开。

⑤自动折返

如图4.10所示，该功能由ATP和ATS配合，在ATO的控制下，列车自动从一站台驶入折返线停稳，并在换端后驶入站台另一侧停靠。

图4.10　自动折返示意图

3）ATS子系统

ATS子系统由位于OCC的远程监视系统和各车站的ATS设备组成，OCC有3种基本类型的ATS工作站，即ATS调度工作站、ATS“支持”工作站和大屏幕显示工作站。ATS调度工作站用于监视、控制线路和列车运行，包括调度员工作站和调度长工作站；ATS“支持”工作站用于维护ATS系统，培训ATS用户，生成/管理列车时刻表和运行图；大屏幕显示工作站用于在业主提供的大屏幕显示器上显示ATS图形界面。在控制中心之外有3种基本类型的ATS远程工作站。分别是ATS车站工作站、ATS车辆段/停车场工作站和试车线工作站。

ATS监视并显示实际运营的列车位置，监督列车，根据时刻表调整列车运行，并提供数据和调整服务以减小由于非规律的运行给运营服务带来的不便。

ATS子系统主要功能如下：

①列车运行监督

对投入运营列车车次号赋值和退出运营的车次号注销；通过轨道电路占用变化跟踪列车的运动状态；列车跟踪校对。

②进路控制

ATS对进路的控制主要是当列车接近时，通过系统获得的识别信息和所处区段自动控制前方道岔区段，从而完成自动建立进路。该过程也可人工介入。

③运行调整

ATS可自动调节列车的运行等级和停站时间，以维持时刻表和运行间隔。ATS设计有数个控制等级或模式，可将因操作调度异常或设备故障而产生的不良影响降至最低。

④运行图管理

ATS列车运行图是一种图形工具，可以用图解的方式说明线网上（当前和未来）所有列车的实际和计划运行情况。根据不同时段设定和保存运行图作为基本运行图，经调度人员编辑后生成计划运行图；待执行后产生实际运行图。图4.11为停车库待发车辆。

图4.11　停车库待发车辆

图4.12　中央级控制的电力调度

（2）SCADA系统

SCADA（或PSCADA）即电力监控系统，该系统用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备（包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等）的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调。图4.12为中央级控制的电力调度。

1）系统构成

目前，国内地铁电力监控大部分采用分散、分层、分布式系统结构，两级管理三级控制，两级管理为中央级和车站级管理，三级控制为中央级、车站级、现场级控制。另有三级控制划分为远程控制级、所内控制信号盘上集中控制级、设备本体控制级。中央级和车站级控制属于远程控制级，现场级控制包括所内控制信号盘上集中控制级、设备本体控制级两层。系统采用分散控制、集中管理的结构，保证即使系统网络的某一部分控制或线路受到损坏，也只有系统的这一部分瘫痪，不会影响整个系统的运行。

①中央级

图4.13　中央级SCADA控制台

如图4.13所示，中央级SCADA控制台由控制中心主备冗余系统构成，监控全线重要的监控对象（分为遥控对象、遥测对象、遥信对象），对相关数据进行实时采集显示，按一定的逻辑关系自动向监控对象发送控制命令，并可由调度员根据要求灵活调整供电方式，从控制中心的综合监控系统电力操作员工作站发布人工控制命令，实现全线供电设备的集中监控和调度管理。

②车站级

主要实现对本站供电设备监控对象的检测控制。当中央级监控系统故障时，监控将下放至车站级，由车站级完成控制范围内的供电设备控制。中央级控制系统和车站级控制系统采用环形网络传输通道，如果一端通道故障可采用另一端通道，有效降低通道故障率为通道维修提供保障。

③现场级

现场级控制台位于监控对象附近，起接口转换、信息采集、命令接收、反馈和执行等作用。设有当地/远方功能，正常运行状态下，设置为“远方”，接受远程控制；维修状态下，设为“当地”，进行现场设备操作维护。

2）系统功能

电力监控系统的基本功能有：通过选点式、选站式、选线式控制遥控对象；实时监控供电设备状态并对故障报警；遥测供电设备主要参数；状态显示与故障信息记录、报表统计、打印；系统自检功能；主、备设备切换功能等。详细内容请参阅本书相关章节。

（3）FAS系统

消防安全是安全工作中的重要项目，由于地铁运行环境密闭，消防工作的重要性更为突出。火灾报警系统（FireAlarmSystem，FAS）是地铁消防安全的保障系统，它可以及早监测火灾发生情况，及时报警。可以防止和减少火灾危害，保障地铁的安全运行及避免事故和损失的发生。FAS设备包括FAS工作站、火灾报警主机、现场设备、消防专用通信系统，各设备安装在控制中心、车站、区间、停车场等地，通过网络通信，按两级管理三级控制设置组成体系。

1）系统结构

地铁FAS系统分为中央级和车站级两级调度管理，按中央级、车站级、现场级三级控制。其中车站级包括车站、车辆段和停车场信号楼等单元。

图4.14　车站FAS机柜

①中央级

中央级FAS在控制中心设置中央级FAS工作站，该工作站实现对全线的消防集中监控管理，同时中央级使用CCTV的广播与电视监控功能，实时了解现场情况，并通过广播优先介入信息发送。该级别侧重于上层的救灾指挥和协调功能。

②车站级

如图4.14所示，车站级由火灾报警控制器、图形显示终端、手动报警按钮、电话插孔、消防专用电话等设备组成，车站级FAS系统是火灾自动报警的关键环节，负责对所辖区域的灾情监控，并在火灾发生时产生消防联动控制，指挥车站的疏散和灭火、救灾工作。

③现场级

现场级由各种火灾探测器、火灾报警装置、消防控制设备等设备组成，负责现场报警和自动消防工作的实施。

2）系统功能

火灾报警系统对地铁全线进行火灾探测和报警，并能在火灾时，发出模式指令使环境与设备监控系统运行转入火灾模式，实现消防联动。基本功能有：火灾报警功能、信息存储、故障自检、屏蔽、模拟、图形显示等。

3）系统接口

火灾报警系统分别与综合监控系统、环境与设备监控系统、气体灭火系统、防火卷帘、电动挡烟垂壁、防火阀、水流指示器、信号阀和湿式报警阀压力开关、低压配电系统、接地系统、防排烟风机、防火百叶窗、板式排烟口、消防水泵等设备或系统有相关接口。

（4）BAS系统

地铁车站、区间隧道、车辆段配有大量的机电设备，包括通风空调系统设备、自动扶梯、电梯、低压400V监控等，为确保众多设备能协调运作，达到高效、节能、安全、可靠的效果，特设立了环境与设备监控系统（BuildingAutomaticSystem，BAS），该系统分三级控制各机电设备，确保地铁舒适的地下环境，同时在火灾、阻塞等紧急情况下协调车站、区间设备运行，保证乘客的人身安全。

1）系统结构

地铁BAS系统对机电设备进行中央级、车站级、现场级3级控制。

①中央级

中央级BAS系统是中央运营管理子系统的有机组成部分，依托综合监控系统的实时服务器、历史服务器和OCC工作站，实现对各个车站的区间隧道通风设备、给排水设备进行监控，对各个车站通风空调设备、人防门等设备进行监视或控制，通过对全线环境与设备监控的数据采集和处理，完成全线环境控制和模式联动功能。

中央级BAS系统是全线BAS系统的监控核心，其功能设备面向地铁运营和维护，突出日常调度和防灾指挥功能，支持全局性的监控和管理，并实现用于调度和运营管理的数据设备、关键设备的遥控、组控及模式控制等功能，为环调及维调提供用于运营管理的、全局性的并且可实现区域性监控操作的各类高效实用的监控手段。

图4.15　车站级控制台

②车站级

如图4.15所示，BAS车站级对本车站所辖区间隧道及车站的通风空调大系统、小系统及其水系统、照明系统、导向指示标志、自动扶梯、电梯、给排水系统相关设备进行监控及管理，同时对相关设备用房和公共区的环境温湿度等参数进行监测。BAS车站级集成在综合监控系统中，车站级监控设备均由综合监控系统负责配置，功能由综合监控系统负责实现；车站级系统受控于中央级系统，在公共网发生故障时，可独立运行。

③现场级

BAS现场控制级由主、从PLC控制器（均冗余配置）、RI/O、各类通信转换接口模块、现场总线、各类变送器和调节阀、不间断电源（UPS）等组成。负责接收中央级和车站级控制指令并执行，同时反馈运行状态、参数等相关信息。

2）系统功能

BAS系统主要功能包括：对所辖机电设备进行自动化管理，实现状态监视，故障报警及程序的自动、定时、实时控制开启与关闭；实现信息采集并进行处理，管理运营历史资料，检测环境参数和调节环境的舒适度，创造舒适和安全乘车环境；实现各设备的优化节能运行；在列车阻塞和火灾发生时，优先执行防灾报警执行，控制设备执行既定运行模式，为乘客安全撤离创造条件。详细内容请参阅本书相关章节。

（5）屏蔽门系统

屏蔽门系统，主要功用是隔离车站站台与轨行区，从而保证乘客的安全。

还有车站的光带安全防护措施，以便驾驶员观察如图4.16所示。

图4.16　车站的光带安全防护措施

图4.17　屏蔽门夹板

屏蔽门的使用，大大降低了乘客候车不慎跌入轨道或物品掉进轨道的危险，节省了站台维护秩序人员的数量，但也带来了其他安全问题：如屏蔽门夹伤人和屏蔽门与车门间夹人等安全问题。其中，车门与屏蔽门夹人的危害尤甚，在间隙夹人而列车开行的情况下，常造成人员伤亡。图4.17为屏蔽门夹板。

对于上述安全隐患，目前采取的防范措施有：

A.增强屏蔽门关闭后的人员巡视。

B.屏蔽门夹物后自动弹开功能的设置。

C.车尾端门处设置光带，执行关闭屏蔽门操作前，司机首先确认光带完整状况。

D.屏蔽门设置夹板，缩短与车门间隙，减少间隙有人的可能。

（6）乘客安全警示系统

乘客安全警示系统不是单一的某类设备，而是通过多种途径传递给乘客警示信息，预防乘客伤亡，保证乘客安全的体系。从目前的发展情况看分为PIS、安全标志、语音警示3大类。

1）PIS

乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）是通过地铁出入口、站厅、站台和列车显示屏向乘客传递乘车信息、安全教育和其他咨询的系统，在火灾、地震、阻塞等应急状态下担负紧急疏散信息传递任务，如图4.18所示。从功能上分为5个子系统，分别是：中心子系统、车站子系统、车载子系统、节目制作子系统、网络传输子系统。

①中心子系统

中心子系统完成整个PIS系统的集中管理，监控系统运作，同时完成视频信息的导入导出、公共信息的编辑处理及发送等工作。

②车站子系统

车站子系统的设备包括站厅显示设备、站台显示设备和机房设备，部分地铁在车控室（或综控室）设有控制终端设备。

主要功能是接收中心发送的视频、公共信息数据，部分地铁在该子系统中保留了对本站信息的编辑处理和数据发送工作。其优点是增加了车站灵活控制现场和快速反应的能力，但对操作人员素质有严格要求。

③车载子系统

车载子系统主要分为车载显示设备和监控设备，主要功能是接收显示中心发布或发送的车载视频信息数据。接收发布数据时，只需将中心确认的数据离线导入系统即可，而接收发送数据是实时传送，需保证有良好的传播网络条件。

④节目制作子系统

节目制作子系统主要负责播放时间表的发布、视频的编排和子系统显示布局的设定。

⑤网络传输子系统

网络传输子系统采取有线和无线技术连接中心、车站、车载子系统，通过网络流媒体技术和数字电视广播技术传送播放数据。

图4.18　车站站台PIS

图4.19　香港地铁入站严禁携带物品告示

2）安全标识

安全标识通过安全色、几何图形、图形符号或文字构成组合的信息传递，安全标识的文字说明或补充称为辅助标识，同一矩形载体上含有两个或两个以上安全标识并且有相应辅助标识的标识称为多重标识，地铁车站多采用多重标识。

按国家标准，安全标识分为禁止、警告、指令、提示4类标识。

①禁止标识

禁止标识是禁止人员的不安全行为的图形标识，带斜杠圆形的红色图形为此类标识的特点，在地铁运营中，禁止标识多设于车站出入口、通道处和轨行区处，防止危险物品带入和危险行为的发生，如禁止携带易爆物品、禁止携带宠物、禁止携带气球、禁止下站台。图4.19为香港地铁入站严禁携带物品告示。

②警告标识

警告标识是提醒人员注意周边环境，避免可能发生危险的图形标识。黄底黑边的正三角形为该类标识的特点。在地铁车站的电扶梯、屏蔽门和轨行区处多见，此外，临时警示牌也常用此标识，如小心地滑。图4.20为台北捷运电扶梯禁靠标识。

③指令标识

指令标识告诉人们必须遵守“指令标识”规定的图形标识，该标识以蓝底白边的圆形为特点。在地铁建设期间常用，运营中少见。

图4.20　台北捷运电扶梯禁靠标识

图4.21　“儿童在前入闸”提示标识

④提示标识

提示标识是向人们指示某种信息的图形标识，以绿底白边的矩形为特点，为地铁运营最常用的形式，多为导向图标，通过指示减少安全隐患。如指示无障碍设施的图标设于出入口、站厅、站台，帮助老人和残疾人使用该设备，减少电扶梯等通道的客伤。图4.21为“儿童在前入闸”提示标识。图4.22为西安地铁电扶梯乘坐警示标识。

3）语音警示

语音警示由正线广播和定点广播两部分组成，负责协助紧急情况下乘客疏散和正常情况下乘客正确使用服务设备、避免安全事故。

①正线广播

正线广播是地铁广播系统的子系统之一，分为中心广播和车站广播两部分，主要用于控制中心调度人员、车站值班人员（含站台站务员）向旅客通告地铁列车运行以及安全、向导等服务，向工作人员发布作业命令和通知等信息。中心广播设备通过传输通道与车站广播设备构成一个多站址的网络化广播系统，可实现中心与车站设备间的语音传送。中心各调度员可通过各自的广播控制盒对全线各站各广播区进行广播，可选择任一车站、任一区、多个车站、多个区、全部车站或编组等广播方式；车站值班员可通过车站广播控制盒对本站各广播区进行选择广播和选择监听各广播分区的广播内容；站台值班员可通过站台无线广播手持机对本站台广播区进行语音广播。正线广播系统的优先级由高到低的顺序为：中心防灾调度员、中心行车调度员、车站行车值班员、列车进站自动广播、站台站务员广播、语音广播（线路广播）。

中心广播设备设有与通过综合监控系统、防灾系统联动的接口，当防灾系统发现险情等方面的问题时，广播系统能接收防灾系统发送的信号，自动启动广播系统播放防灾广播语音内容，并可循环播放。

图4.22　西安地铁电扶梯乘坐警示标识

图4.23　电扶梯旁的定点广播盒

②定点广播

定点广播是属于地铁广播系统之外的独立系统，设备一般设于乘客易发生客伤的区域，播放地铁设备使用指导和安全警示提示，保证乘客正确通过易发生安全问题区域。图4.23为电扶梯旁的定点广播盒。目前定点广播一般采用两类设备：不间断循环播放广播设备和感应广播设备。前者前期投入少但连续使用时间较短，且不利于节能；后者指在感应到乘客通过时才播放相关内容，因此连续使用时间较长，缺点是前期投入较大。

从各地铁的运营情况看，易发生客伤的地点多在电扶梯处，因此各地定点广播多设在此处，从效果看，明显降低了客伤发生率。

复习思考题

1.ATP的主要功能和作用有哪些？

2.SCADA系统、BAS系统和FAS系统的系统构成有哪些共同特点，这样的结构对安全保障起什么作用？

3.轨道交通增设屏蔽门系统带来的安全保障与隐患有哪些？如何减少因此带来的安全问题？

4.乘客安全警示系统对乘客的安全保障作用有哪些？