全自动运行中信号系统设计方案的适应性分析

CBTC
正线
√ √ √ × √ √
车辆段
× × × × × √
√
×
×
×
√
×
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×
×
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×
FAO
正线
√ √ √ √ √ √
车辆段
√ √ √ √ √ √
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√
2.6 传统CBTC与FAO的安全对比
车上设备工
紧急制动 蠕动 FAM/CAM车辆制动车门状态 站台门
再关门 车门故障站台门故障
2.3 功能安全—完全兼容
UTO等级建设的线路具备完整的驾驶模式，即使由于意外情况系统无法继续进行全自动 运行，系统还能够通过一系列安全操作，使列车停留在站台，等待站务人员处理后自动 运行或降级为传统的CBTC列车继续运行。
2.4 应急安全—设置雨雪模式
在运营过程中，全自动运行系统能够响应各种突发紧急事故，发出告警信息并及时采取措施， 快速恢复正常运营，将乘客风险和事故影响范围控制在最小。
670
178
66
12
1522
2010 401 321
643
221
60
16
1662
人员事故百分比 51.64% 49.05% 47.44% 44.02% 38.69%
2.1 行为安全—系统替代人工
根据人因工程研究，即使是经过良好培训的有经验的操作人员，其失误概率也高达10-3到10-4， 而全自动运行系统关键安全控制设备的故障概率均小于等于10-8到10-9。 全自动运行系统通过自动化技术和智能化运行，大量通过设备或技术手段替代人员操作、固化 人员经验，不仅提高相关操作的可靠性，同时也大大提升了整体系统的安全性。
社会人员死亡人 数占比17%
乘客死wenku.baidu.com人数 占比32%
职工死亡人数占 比51%
年份 相撞 脱轨 人员事故 平交道口 列车火灾 其他事故 总数
2014 365 230
898
172
71
3
1739
2013 350 262
799
158
53
7
1629
2012 396 239
798
176
64
9
1682
2011 307 289
作状态远程
缓解 模式运行模式转换 系统故障 丢失 状态丢失
控制 隔离站台门隔离车门
监2督8
09
08
27
26
25
24 23
22 07 21
20
19 06
05
扣车 跳停 10
折返换端
站台发车
进站停车 轨道车运行
清客
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40 41
11
紧急手柄
紧急呼叫
车辆火灾
站台火灾
雨雪天气
设置 雨雪模式
降低车速 加大安全距离
天气转好
二次确认取消雨 雪模式
2.4 应急安全—障碍物/脱轨检测
系统安装有障碍物检测装置，即使出现这样的异常情况，仍可使列车安全停车，将伤害降低 至最低的程度，实时通知中心，指导乘客安全撤离。
紧急制动 切除牵引
通知 控制中心
联动CCTV
自动形成 安全防护区域
行为安全
信号系统作为全自动运行系统的核心，与车辆、通信（含PIS）、站台门、综合监控、车 辆基地等综合协调，通过系统性、综合性、多层次的安全场景分析和专项安全设计、全覆盖 的测试、验证与确认 ，有效保障全自动运行系统提供比既有系统更安全的服务。
1.1 FAO定义 查的测试项，如：车辆设备自检、车载设备自检、网络通信自检、照明测试、开门测试等。
«
运营前
列车自动唤醒功能
列车将检查结果自动上报给控制中心，控制中心根据上报的检查结果，自动决定是否唤醒备 用列车，大大提高上线列车的安全性，降低列车在正线运营故障发生的概率，保证运营效率。
2.1 行为安全—智能回库洗车
99.99% 100.00%
98.14% 100%
98.77% 100%
98.14 %
100%
折返成 功率
99.98%
运营图 兑现率
99.94%
运营图 正点率
99.94%
100.00% 100.00% 100.00%
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3
总结
3 总结—FAO安全保证
环境安全 运营安全
功能安全
应急安全
FAO
安全保证
快速的捕捉和挖掘符合行业技 术发展的用户和客户的需求
以最快的速度、最低的成本，按照 规范，把需求转化为安全可靠的产 品并推向市场
用户需求
2.1 行为安全—人员的错误
2014年，德国铁路共发生事故1739起，其中人员事故为898起，占总比例的51.6%，且在 2010至2014年间，人员事故百分比呈逐年上升趋势。人在应对日趋复杂的轨道交通系统 时，越来越容易出错。
CONTENTS
1 FAO应用介绍 2 FAO安全保证 3 总结
«
1 FAO应用介绍
1.1 FAO发展历程
基于UITP（国际公共交通协会）的数据，截止至2017年3月 -国际上已有38个城市开通运营56条，850公里，890个车站全自动运行线路。 -国外75%新线将采用FAO技术，40%的既有线改造时将采用FAO技术。 -预计2025年全球2300公里的全自动运行线路。 未来FAO发展趋势
最近10年
前25年
FAO发展趋势图（2017年国际公共交通协会）
1.2 FAO系统的优势
灵活运营
• 关键系统冗余
• 兼容常规驾驶模式
• 全自动停车场，车库门联动、 全自动洗车、人员防护、乘 客防护、障碍物脱轨检测、 应急联动
• 静动态测试，自诊断
• 节约司机操作时间，提高站 台有效停站时间，缩短列车 折返间隔
2010年某线在洗车过程中，司机 在未知原因下，把驾驶舱的窗户摇 下来，并将头和身体探出窗外。随 后，他的头部被机房内的钢铁设备 击中，头被撞得喷出鲜血。事发后， 该司机失去意识，被甩出驾驶舱， 落在铁轨上。经一个多小时的抢救， 男子最终不幸死亡。
1.1 FAO定义
全自动运行系统列车按照预先设定的计划，实现 全自动洗车，整个洗车过程无需人工参与。
更少的人为错 误，更安全
精准的应急处 理，更好的客
户服务
司机长时间 计划运行图与实际 工作后的疲劳 存在偏差
突发场景处理依 每个司机具有
靠调度经验
不同的驾驶习惯
更准时的到达和旅 行的时间
统一的用户体验， 全局调度，节约能 源
2.1 行为安全—自检唤醒列车
全自动运行系统可根据运行图自主的从休眠状态自动唤醒，自动完成列车上电自检、设备自 检、静态测试、动态测试30余项的全面列车检查，包括以往人工不进行的测试项和无法实现检
红色指示灯
u 车门/站台门整体控制变
为单个控制
u 联动车内广播、车载
对位隔离功能
CCTV
站台门防夹功能
优点：在乘客换乘时间段 内，持续对站台门与车门 间隙进行扫描，防止乘客 或物品被车门夹住，实现 安全防护。
2.2 运营安全—与乘客互动
列车上安装紧急停车按钮（紧急刹车手柄）供乘客使用，紧急停车需求激活时应告知控制中 心。列车上安装紧急呼叫设备，该设备可保证乘客和控制中心之间的通信。
障碍物 列车远程 脱轨检测 广播
远程 紧急制动
故障 复位控制
雨雪模式
其他远程 控制功能
运行中车 辆或信号
区间疏散
救援
故障
以场景和运营规则为主线 基于引导词的危害识别
正常场景：18个 异常场景：23个
01
02 03
进入 04 正线服务
停止 12 正线服务
早间上电 列车唤醒 唤醒
列车休 自动调车 洗车 日检与维修清扫
• 无需司机值守，从而摆脱司 机配置和周转的制约
• 信号车辆运行及故障信息实 时上传，加强运营功能
• 实现24小时不间断运输服务
• 列车休眠/唤醒
• 控制列车秒级运行，实 现列车合理交会，避免 集中负载
• 调整空调、照明等参数
«
2 FAO安全保证
2 安全管理体系—全生命周期、全方位
2 安全管理体系—透明厨房理论
2.6 传统CBTC与FAO的安全对比
碰撞
脱轨 人身伤害 火灾 触电 恶劣天气
危险事件
列车追尾 列车侧面相撞 列车迎面相撞 列车与轨道上的物体相撞 列车与系统结构物相撞 列车超速 未确保安全时列车进入道岔区域/不安 全的道岔移动 人员受困 人员摔倒跌落 人员被设备撞伤 站台/停车场/区间火灾 列车火灾
01
ü 区域控制，不影响运营效率 ü 系统自动建立，保证防护区域建立的正确性
SPKS（Staff Protection Key Switch）： 插入特殊钥匙并旋转一定的 角度后，封锁相应区域
02
ü 区域内列车紧急制动，快速保证环境安全 ü 列车与人员相对位置静止，保证人员安全
03
ü 物理隔离人员与列车，保证人员安全 ü 区域外列车不降级，不影响运营效率
运营后
洗车库示意图
« «
人工洗车事故 危险！
2.2 运营安全—换乘防护
车站站台门故障或被人工锁闭隔离后，列车在该站台时，该侧站台的所有列车相对应的车门
也保持锁闭，不参与停站的开、关门作业，并对乘客进行指示灯提示和车门隔离故障广播提
示，确保乘客的安全乘降功能。
1.1 FAO定义
优点：
«
u 隔离车门/站台门上方亮
人员到场处理
接近故障列车紧急制动 远离故障列车继续运行
远程缓解紧急制动
2.4 应急安全—火灾处理
全自动运行系统提供了一系列措施和方法去协助解决在监控列车运行过程中的运营故障。
人工确认 为火灾
电力 数据单元
信信号号通命用令HMI
执行火灾 联动
信号 数据单元
机电 数据单元
历史 数据库
电力设备 车站甲
立即信 扣发号 车车 车站乙
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乘客晕倒
紧急呼叫和紧急停车按钮
打架斗殴
优点：联动CCTV、语音识别， 快速定位突发点，快速处理。使 系统可以快速、有效的应对运营 过程中乘客的需求，具备更强调 整能力。进一步提升城市轨道交 通运行系统的安全与效率。
2.3 功能安全—充分的冗余配置
功能安全旨在确保列车存在系统故障时也可以安全运行。全自动运行系统建立了系统层和 设备层的备用和冗余关系来应对意外状况。 信号在既有设备冗余的基础上，增强了冗余配置。包括：头尾终端设备冗余、ATO冗余配 置、与车辆接口冗余配置、二乘二取二，三取二，控制中心和备用控制中心等。
危险源 审核
生成 危害日志
2.7 多层次、全覆盖的测试验证确认体系
测试项 预期 实际
休眠唤 醒
99.79%
99.80%
车库门 开关
99.72%
99.78%
燕房线稳定性测试预期指标与实际指标对比
站台门 车门隔离 站台门隔 紧急呼 洗车机 紧急
开关 站台门 离车门
叫
拉手
100% 100%
99.99% 100.00%
2.6 基于引导词的风险模式识别技术
01
02
03
ü FAO系统 包含所有系统及外部接口
ü 基本不同场景的危害分析
ü FAO信号系统：
ü 丰富的实践经验
包含信号系统所有子系统
ü 基本不同子系统的危害分析
开始
确定引导词
确定危害 模式
分析模版 设计
危害识别
GMHIT
安全经理 多功能小组 危险源审核委员会
眠 18
17
16
15
14
回库 13
2.6 基于场景的风险识别方式
示例：停车保证功能
不安全控制行为
致因因素
致因场景
安全需求
H1: 对应进路前的第一辆CBTC列车不能保证在当前MA终点前停车 的情况下，CI错误认为列车可以停车。
S1:对应进路前的第一辆CBTC列车不能保证在当前MA终点前停车的 情况下，ZC给CI发送对应进路前可以保证停车信息
F火A灾S设信备息
车站丙
2.5 环境安全—远程紧急制动
全自动运行系统保证可能与车辆有相互作用人员的人身安全。系统在设计过程中，不仅考虑了 乘客的安全，同样对维修人员、闯入轨道的人员的安全进行了防护。
乘客跌落
解 决 方 案
异物入侵
控制中心远程紧急制动
站台紧急停车按钮
2.5 环境安全—人工作业
在车辆段和区间，设置有SPKS开关用于人员进入轨道区域进行临时作业的防护，确 保列车无法进入作业区域。