地铁站台门激光扫描障碍物检测方法研究

湛洋

摘要：从目前的轨道交通建设来看，站台门从一开始一般都是采用引进国外品牌和先进的技术，现在，很多城市轨道交通建设都已实现了国产化，随着我国技术和经济的发展，站台门障碍物检测系统的研发也出现多样化。目前，城市轨道交通使用较多的有激光对射、红外对射等，在我国实际运行中，由于城市轨道交通轨行区的环境复杂，干扰因数较多，障碍物检测系统产生误报警较多，从而影响列车的运营效率。另外，中国城市人口多，在上下班高峰期，乘客为了赶时间，冲门现象时有发生，过度拥挤上车现象也多见，这样导致站台门夹人夹物的概率大大增加，进而导致列车晚点，乘客受伤的概率也升高，所以，为了解决目前存在的突出问题，以满足运营的需求，为乘客提供更安全、更可靠、更舒适的乘车体验。研制适用城市轨道交通轨行区运行环境，检测技术精准、性能稳定的激光扫描设备有其必要性。

关键词：地铁；站台门

1 研究背景

在地铁站点内设备建设中，设置站台门是很重要的一环，它不仅可以将车站公共区和操作区隔离开，保障了所有设备系统的操作安全，为正常运营提供保障；同时，也对隧道轨行区和候车区进行了有效分隔，既降低了噪声和风速，减少对站台区的环境污染，为乘客提供了一个舒适的等待环境，更是保障了轨行区的行车安全。根据我国《地铁设计规范》GB50157—2013 5.3.8车站直线地段建筑限界，应符合下列规定：车站设置站台门时，站台门的滑动门体至车辆轮廓线（未开门）之间的净距，当车辆采用塞拉门时，应采用130mm（-5～+15mm）。车辆在隧道里高速运行，确保行车安全，轨行区周边设备都要严格执行限界要求，避免侵限。

2 技术背景

由于城市轨道交通车辆基本上为多辆编组、行驶速度较快，且线路较长、站点较多，在车辆运行进站后，当乘客上下车过程中，如果上客人员过度拥挤，可能会出现车门或站台门无法关闭，导致乘客在列车车门附近区域滞留或行走，阻碍车辆启动出站的情况，从而影响运营的准点率。目前采用激光，红外对射方法检测障碍物的形式，出现误报警次数多，车体反射和漫反射的情况时常干扰检测发出报警;也有光源对数有限高度，造成漏检情况;也有由于乘客身上物件过细而漏检等多方面问题存在。导致发生危险情况时，却没有提前发出报警信息，造成列车启动前的系统性判断正常，从而危及乘客安全。

3 研究内容及目的

将异物准确识别为异物后实时显示于监控屏幕上，确保站台门在运行中准确故障定位和处置。同时，监控整个站台状态，通过实时监控站台门情况，减少不必要的工作时间并提高工作效率，对设备的运行稳定性提出了很高的要求。因此，为了能够保证站台门的安全运行，保证站台乘客有一个良好的乘车环境本文设计出一种可实时进行异常信号检测的站台门异物检测方案及解决方案。本方案是根据激光扫描技术中扫描信号进行分割处理并提取后转换成三维图形，对异物进行定位并进行处理分析后判断是否存在。最后，根据异物对站台门本体的影响程度来决定是否需要进一步检测或修改是否需要重新投入使用。

4 技术特点

目前，地铁线网站台门主要采用4种检测方法。

（1）传统扫描与基于红外传感器原理的三维检测技术。

（2）非接触式检测。

（3）检测区域不受遮挡。

（4）无须电缆、电池或继电器。

（5）非接触式检测，无须专门的检测器。

（6）可进行故障诊断。

（7）具备良好性能。

5 激光扫描方法优势分析

激光扫描技术优点：

（1）可通过简单的移动物体来进行观测，不需要复杂的设备，对场地也没有特殊要求。

（2）检测精度高，由于激光波长较为短，所以它几乎不受环境光条件的限制。可以实时检测到物体，也可以实现位置跟踪。

（3）它可以利用扫描的目标运动来区分物体，这在现场环境中是很容易实现的。

（4）检测速度快，可以快速通过复杂的光线反射回图像中。它不需要很高频率成像以产生物体位置。但是测量精度高，例如，从100～20mm不等。

（5）在轨行区侧，安装位置在站台门顶部位置，不影响行车限界要求，能解决目前侵限界问题，保证行车车体安全。

（6）扫描全覆盖，不存在遗漏过高或过低的位置无法检测到位的问题。

6 主要应用设备

基于激光扫描技术的地铁线网站台门异物检测解决方案主要包括以下几个部分：

（1）信号处理设备由激光传感器、光电接收系统和信号处理系统组成，它主要是对车厢内所有的传感器信号进行采集、编码、压缩和解码等处理，以达到对站台门实时位置信息的采集。该部分包括检测传感器（包括光接收模块以及电源模块）、光电跟踪/扫描系统（CCD和激光器等）及通信线缆。

（2）功能模块主要包括目标检测模块和信息管理系统。在该模块中包含车辆状态监测与检测装置、数据处理中心和图像存储芯片等部分，其功能主要是为了实现在线监测对站台门运行情况的实时监测及管理。

7 站台门障碍物检测激光扫描设置原理与方案

7.1 涉及工作原理

这台仪器的功能很多，比如扫描和显示，可以实现对车身和舱门的全方位的三维扫描，而选择的激光雷达，则是一阶的安全等级，无论任何时候进行发射，人类的眼睛都是看不到的，因此，不会有任何的危险，无论是设备、乘客还是驾驶员，都不会受到任何的影响。在雷达扫描器中，采用脉冲飞行时间方法，利用激光脉冲来实现目标的测距。

7.2 系统组成

对于杂质检测系统来说，它包括扫描仪、终端、控制器等多种部件。在车辆进站时，它能在检测设备的作用下，自动打开工作状态。同时，根据运行车辆的数量，可以进行识别，在检测门关闭的时候，系统会执行一种检测模式，如果检测到了目标，就会发出警报，并将其发送到屏幕上，由人工进行干涉，从而可以有效地防止误报，提高运行效率。

7.3 应用场景安装

根据两个因素，一是扫描距离，二是车身边界。一般在对扫描器进行安装时，都是以站台门为基础，在它的顶部外壳上进行安装，而且是在轨道侧区域中。从站台门的角度来看，一般滑动门是2m，而在雷达扫描器上，它的扫描角度是48°，也就是说，在滑动门的上方，雷达的位置至少要比上一层高出0.9m。由于在实际安装时，很难避免产生安装误差，所以在安装位置和地面高度上，必须保证3m以上的间距，这样才能保证100%的遮掩。选取3公尺的安装高度进行计算，经科学、合理的计算，可获得对应的扫描距离。

结语

总之，地铁站台门障碍物检测系统的应用环境比较复杂，列车运行隧道风带来的震动，隧道内粉尘的干扰，车体表面对光源的漫反射等，都会对检测设备的检测准确性造成影响。而为了防止车门与站台门之间的间隙中有异物，也为了避免乘客物品或人员卡在间隙间，所以，为了保证列车正常运行的安全和可靠，为了乘客的安全，为了运营的高效，研究适用城市轨道交通站台门激光扫描检测方法，从而提高了检测的准确性，也减少了误报警的可能，为列车运行的安全和可靠，为广大乘客创造良好的候车体验，也促进了地铁事业的科技发展。

参考文献

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