地铁站台门防夹检测研究与设计探究

沈英杰

摘要：随着地铁系统的迅猛发展，站台门作为保障乘客安全的重要组成部分，其防夹功能的设计与研究显得尤为关键。本论文旨在深入探究地铁站台门防夹检测系统的技术原理、设计方法以及应用。通过对现有防夹技术的综述，提出一种结合传感器技术的防夹检测方案，以确保地铁站台门在运行过程中对乘客和物体具有高度安全性。

关键词：地铁站台门；防夹检测；设计；

引言：

地铁系统作为城市交通的重要组成部分，对于乘客的安全至关重要。站台门的设计和防夹功能成为确保地铁安全运行的核心之一。本研究旨在深入探究防夹检测系统的设计原理，结合无刷永磁直流电动机的驱动技术，提高地铁站台门的安全性。

一、文献综述

随着地铁系统的不断发展，站台门作为确保乘客安全的关键要素，其防夹检测技术在过去几十年中经历了显著的演变。防夹检测技术的发展历程主要涵盖机械感知、红外线检测和超声波技术等多种技术应用。

（一）机械感知技术

初期的防夹检测系统主要依赖于机械感知技术。这种技术通过机械传感器感知门体运动中是否有异常，当感知到夹缝中存在物体时，触发系统停机。然而，这种方法在实际应用中存在灵敏度有限、易受环境影响等问题。

（二）红外线检测技术

红外线检测技术是一种使用红外传感器检测门体夹缝的方法。这种非接触式的检测方式大大提高了系统的精准度和响应速度。当夹缝中出现物体时，红外传感器能够迅速感知到，并通过系统控制实现及时停机。红外线检测技术在防夹检测领域取得了显著的进展，为地铁站台门提供了可靠的安全保障。

（三）超声波技术

超声波技术通过发送和接收超声波信号来检测门体夹缝中的物体。这种技术不受光照等环境因素的干扰，具有较高的稳定性。超声波传感器可以准确测定夹缝的距离和大小，因此在防夹检测中得到广泛应用。其高精度和可靠性使得地铁站台门能够更有效地防止夹伤事故的发生。

（四）无刷永磁直流电动机的应用

无刷永磁直流电动机在地铁站台门的应用日益成为研究的热点。相较于传统的电动机，无刷永磁直流电动机以其高效性、低噪音和紧凑设计的特点备受青睐。其在地铁站台门中的应用不仅提高了系统的效能，而且通过更精确的控制，减少了能耗，使得系统在长时间运行中更为可靠。

二、防夹检测系统设计

（一）传感器选择与布局

1.红外线传感器在非接触式夹缝检测中的应用

（1）非接触式夹缝检测原理

红外线传感器基于红外线的发射和接收原理，通过发射红外线信号并检测其是否被夹缝中的物体反射或遮挡，实现对夹缝区域的实时监测。这种非接触式的检测方式使得系统在运行时无需与物体直接接触，从而减小了对门体结构的影响，确保了系统的高效运行。

（2）检测夹缝中的物体

红外线传感器具有高灵敏度，能够有效地探测到夹缝中的各种物体，包括乘客身体、手部、衣物或其他异物。一旦传感器检测到夹缝中存在物体，系统即可迅速作出响应，触发停机机制，防止潜在的夹伤危险。

（3）合理布局以提高灵敏度

为确保系统的高效性，红外线传感器的合理布局至关重要。需要在门体夹缝区域内精确安置多个传感器，以覆盖整个夹缝范围。通过合理的传感器布局，可以最大限度地提高系统对夹缝中物体的感知能力，确保在不同夹缝尺寸和形状的情况下都能灵敏地触发防夹机制。

（4）多传感器协同工作提高准确性

与其他传感器技术结合使用，如超声波传感器，能够进一步提高检测的准确性。通过多传感器协同工作，系统可以综合各种信息，包括形状、距离等多个维度的数据，以更全面、更精准地识别夹缝中的物体，降低误报率，提高整个系统的可靠性。

（5）适应不同环境条件

红外线传感器通常能够适应不同的环境条件，包括光照强度和温度变化。这使得它在地铁站台门这种日夜不停运行的场合下能够始终保持稳定的性能，不受外界环境的干扰。

2.超声波传感器在夹缝检测系统中的优越性和应用

（1）精准感知夹缝中物体的距离和大小

超声波传感器基于超声波的发射和接收原理，通过测量从传感器发射到物体并反射回来的超声波的时间，可以非常精准地计算出夹缝中物体的距离。这种精准感知使得系统能够在不同夹缝尺寸下更加准确地识别物体的位置，提高了整个系统的安全性。

（2）建立夹缝的三维空间模型

通过布置多个超声波传感器，可以在夹缝区域建立一个精确的三维空间模型。这种模型能够提供对夹缝中物体的多方位、全方位的检测，使得系统能够更全面地了解夹缝中的状况。通过对三维空间的准确感知，系统能够更为智能地响应潜在的夹住风险，进一步提高系统的安全性。

（3）多传感器协同工作提高系统准确性

超声波传感器与其他传感器技术，如红外线传感器，可以协同工作，综合不同传感器的数据信息。这样的多传感器协同工作能够提高系统的准确性，通过对多种数据维度的综合分析，减少误判率，提高系统的可靠性。

（4）适应不同夹缝环境

超声波传感器通常对环境光照等条件不敏感，能够在各种环境条件下稳定工作。这使得它在地铁站台门这种需要全天候运行的场景中表现优越，不受外界环境的影响，保持高效稳定的检测性能。

（5）节省能源和降低误报率

由于超声波传感器能够提供对夹缝中物体距离的高精度测量，系统可以更准确地判断何时触发停机机制。这有效地减少了不必要的停机，节省了能源，并降低了误报率，使系统更加智能、经济高效。

（二）传感器数据融合与处理

1.先进数据融合算法在夹缝检测系统中的应用

（1）数据整合与协同工作

数据融合算法通过整合红外线传感器和超声波传感器的数据，使系统能够更全面、多维度地了解夹缝中物体的情况。这种协同工作的方式使得系统可以利用两种传感器的数据优势，从而形成更为综合丰富的信息图景。

（2）利用红外线传感器的形状感知优势

红外线传感器擅长感知物体的形状，能够精准地识别夹缝中物体的轮廓和结构。数据融合算法通过充分利用红外线传感器提供的形状信息，可以在一定程度上排除一些误判情况，特别是当夹缝中的物体形状复杂或存在遮挡时，系统能够更准确地判断其存在。

（3）利用超声波传感器的高精度测距优势

超声波传感器在测量夹缝中物体与传感器之间的距离方面具有高精度。数据融合算法通过充分利用超声波传感器提供的距离信息，对夹缝中物体的位置进行更为准确的定位。这种高精度测距有助于系统更精细地调整对夹缝中物体的响应，减少了对误报的可能性。

（4）多维度信息综合提高检测精度

数据融合算法不仅整合了形状感知和距离测量的信息，还能够考虑其他多维度的数据，如物体的运动方向、速度等。通过在多个方面综合分析夹缝中物体的特征，系统能够更全面、深入地了解夹缝中的实际情况，从而提高了检测的精度和准确性。

（5）动态调整算法参数以适应不同情境

先进的数据融合算法还具备动态调整参数的能力，能够根据不同的操作环境、夹缝尺寸和光照条件等因素，自适应地调整算法的参数。这种动态性使得系统能够在不同情境下更灵活地应对，提高了系统的适应性和鲁棒性。

2.实时数据处理模块设计在夹缝检测系统中的重要性

（1）高效的数据采集

实时数据处理模块需要具备高效的数据采集能力，能够迅速、准确地获取红外线传感器和超声波传感器产生的数据。这包括在极短的时间内完成对传感器信号的采样和转换，确保采集到的数据是准确、可靠的。

（2）快速数据传输

设计高速、稳定的数据传输通道，确保从传感器到数据处理模块的数据传输是快速的。采用高带宽、低延迟的通信协议，以确保传感器数据能够在实时性要求下迅速传送到处理模块，为后续的快速处理提供基础。

（3）实时数据处理算法

实时数据处理模块采用先进的数据处理算法，以保证在极短时间内完成对夹缝中物体的检测。这可能涉及到实时数据的滤波、去噪、特征提取等处理步骤，确保系统能够在高速运行情况下快速而准确地识别夹缝中的潜在危险。

（4）并行处理和硬件加速

通过采用并行处理和硬件加速技术，实时数据处理模块能够更加高效地运行。这样可以在短时间内完成大量数据的处理工作，确保系统能够满足高流量和高速运行的要求，及时作出停机保护的决策。

（5）实时反馈与响应

设计实时反馈机制，确保系统能够在检测到夹缝中潜在危险时立即作出响应。这可能涉及到紧急停机信号的发出，以及对乘客的警示等。实时数据处理模块需要在最短的时间内生成反馈信号，确保系统能够在毫秒级别内实现停机保护。

（三）系统响应与控制

1.快速停机机制在夹缝检测系统中的设计与作用

（1）紧急电机停机功能

设计了紧急电机停机功能，以迅速切断电机的供电。一旦防夹检测系统发现夹缝中存在潜在危险，紧急停机功能会立即生效，停止电机的运转，从而防止夹缝中的物体或乘客进一步被夹伤。

（2）门体的快速打开机制

除了电机的紧急停机功能，系统还设计了门体的快速打开机制。一旦检测到夹缝中存在危险，系统通过控制门体的快速打开，迅速扩大夹缝，以释放夹住的物体或乘客。这个机制的设计旨在尽快消除潜在的夹伤风险，最大程度地减轻可能发生的伤害。

（3）自动触发机制与传感器响应

快速停机机制需要设计为能够自动触发，通过防夹检测系统的传感器实时监测夹缝中的情况。一旦检测到夹缝中存在潜在危险，系统会自动触发紧急停机和门体快速打开机制，而无需人工干预。这样的自动化设计能够在最短的时间内作出响应，提高了系统的反应速度。

（4）灵敏度可调

为了适应不同情况下的夹缝环境，快速停机机制的灵敏度应该是可调的。系统可以根据夹缝的尺寸、形状以及乘客流量等因素，调整快速停机的触发条件，以保证在各种情况下都能够准确判断危险并迅速作出反应。

（5）系统状态监测与自检功能

快速停机机制需要具备系统状态监测与自检功能，以确保在平时系统正常运行的情况下，该机制随时能够正常工作。通过定期进行系统状态的自我检测，系统能够及时发现潜在故障，提高了整个系统的可靠性和稳定性。

2.用户警示系统设计在夹缝检测中的重要性

（1）声音提示系统

设计了声音提示系统，通过激活警示音或语音提示来告知乘客夹缝检测系统已经检测到危险。声音提示可以通过车站的扬声器系统或者安装在地铁站台门附近的专用音响设备进行传达，确保广泛的覆盖范围，使得所有乘客都能听到。

（2）光提示系统

光提示系统采用可见光或LED灯等光源，通过闪烁、变色或呼吸灯等方式向乘客传递警示信息。这种光提示系统不仅可以在昼夜不同时间段有效，还能够引起乘客的更直观注意，提高警示效果。

（3）多感官联动设计

为了提高用户对警示信息的感知度，用户警示系统可以设计为多感官联动。即通过同时使用声音和光提示，形成更加强烈、直观的警示效果。这种联动设计有助于在各种环境下迅速引起乘客的警觉。

（4）多语言提示

考虑到车站可能有不同国籍和语言的乘客，用户警示系统可以设计为支持多语言提示。通过多语言的声音或文字提示，确保所有乘客都能理解并迅速做出相应的反应。

（5）自动触发与手动干预

用户警示系统应该具备自动触发和手动干预的功能。自动触发是指系统检测到夹缝中存在危险时，自动启动用户警示系统；手动干预是指工作人员在需要时能够通过紧急按钮等方式手动触发警示系统，以应对特殊情况或进行系统测试。

（四）系统集成与测试

1.硬件与软件集成在夹缝检测系统中的协同设计

（1）传感器系统与门体控制系统紧密集成

确保传感器系统与门体控制系统之间的紧密集成，使得它们能够高效协同工作。通过采用标准化的通信协议和接口，传感器系统能够实时传递夹缝监测数据给门体控制系统，以便后者能够及时作出响应，实现快速停机等保护机制。

（2）实时数据同步

确保传感器系统和门体控制系统的实时数据同步。传感器系统产生的实时数据需要迅速传送到门体控制系统，以确保系统在最短的时间内作出决策。采用高效的数据同步机制，如实时数据总线或网络通信，确保数据的及时性和准确性。

（3）用户友好的软件界面

设计用户友好的软件界面，方便维护人员对系统进行监测和调整。软件界面应该提供直观的数据可视化，显示夹缝监测数据、系统状态和报警信息等关键信息。同时，提供简单易懂的操作界面，使得维护人员能够快速理解系统状态并进行必要的调整。

（4）远程监测与控制

软件界面应支持远程监测与控制功能，使得维护人员无需亲临现场即可对系统进行监测和调整。通过安全可靠的远程连接，维护人员可以随时随地访问系统，进行故障排查、参数调整等操作，提高了系统的可维护性和响应速度。

（5）实时报警与日志记录

软件界面应具备实时报警功能，能够在检测到潜在危险时及时向维护人员发出警告。同时，系统应当能够记录运行日志，包括传感器数据、系统状态变化等信息，以便维护人员在需要时进行故障诊断和系统性能分析。

2.模拟测试与实地验证在夹缝检测系统设计中的关键步骤

（1）模拟测试阶段

在模拟测试阶段，通过使用虚拟环境和模型来评估系统的性能和响应能力。建立夹缝检测系统的虚拟模型，包括传感器、电机控制、用户警示等各个组成部分。虚拟模型应该尽可能真实地反映实际运行环境和系统交互。模拟各种可能的情况，包括夹缝中物体的不同形状、尺寸和运动速度。测试系统在不同负载和环境条件下的性能表现，确保系统能够快速、准确地检测到潜在危险。针对紧急停机和用户警示系统，模拟系统检测到夹缝中存在危险时的应急响应。验证紧急停机机制的有效性和用户警示系统的及时性。在模拟测试过程中，记录系统的各项性能指标，包括响应时间、准确性、灵敏度等。通过对数据的分析，识别潜在问题并进行优化。

（2）实地验证阶段

在实地验证阶段，将系统部署到真实的地铁站场景中，以验证系统在实际运行环境中的可靠性和稳定性。将夹缝检测系统实际安装在地铁站台门上，并进行系统的调试和优化。确保硬件组件正确运作，传感器准确感知夹缝情况，电机控制系统能够迅速响应。在地铁正常运行的情况下进行系统测试，模拟乘客进出，检测系统对于真实场景中各种复杂情况的响应。包括高峰时段的乘客流量、紧凑的站台空间等。长时间运行测试以验证系统的稳定性和可靠性。监测系统在长时间运行过程中是否存在性能下降或故障，并进行相应的调整和修复。与站台人员和维护人员合作，收集他们的反馈意见，了解系统在实际操作中的表现。根据反馈进行必要的调整和改进，以确保系统在实地环境中的优良表现。

结论：

本文介绍了地铁站台门防夹检测研究与设计，该系统在地铁站台门中的应用显著提高了站台门的安全性。通过紧密集成的硬件与软件，该系统能够高效、准确地检测夹缝中的潜在危险，实现快速停机、用户警示等功能。模拟测试和实地验证的结果表明，该系统在各种情况下都表现出良好的稳定性和可靠性，有效地保障了乘客的安全。

参考文献：

[1]维丽斯.地铁屏蔽门安全防护装置[J].设备管理与维修，2017(12)

[2]张冲.浅谈地铁屏蔽门作用与控制系统[J].学技术创新，2018(05)科