高架單軌觀光車防撞系統(tǒng)的研究

廖巧云

中國中車株洲電機機車有限公司，湖南株洲 412001

高架單軌觀光車防撞系統(tǒng)的研究

廖巧云

中國中車株洲電機機車有限公司，湖南株洲 412001

高架觀光單軌車多車在同一環(huán)形軌道上運行時需重點考慮其安全距離，以防止碰撞。其多運行于山區(qū)且多彎道，周圍環(huán)境因素對防撞系統(tǒng)干擾較大，防止誤動作是防撞系統(tǒng)的關鍵。多種方法比較，闡明了視覺防撞系統(tǒng)的準確性。

高架單軌觀光車；視覺；防撞系統(tǒng)；安全距離

高架單軌觀光車是指用于景區(qū)旅游觀光或小區(qū)域特色專用運輸?shù)男⌒蛦诬壗煌ㄏ到y(tǒng)，有別于城市軌道交通，其速度基本在15km/h以下，多為人工駕駛，其控制系統(tǒng)相對簡單，無相應信號系統(tǒng)。當多車在同一環(huán)形軌道上運行時需要考慮安全運行距離，以防止碰撞給設備和游客帶來傷害。

傳統(tǒng)的防撞一般采用紅外線對射、超聲波對射、激光掃描雷達，但是由于觀光車一般運行在山區(qū)，軌道為箱型鋼軌，且運行軌道存在＞20米的彎曲半徑和〈10%的坡度，其運行環(huán)境（主要指雨霧、強光、軌旁樹木花草、戶外高溫、不規(guī)則的風、振動、防護柵欄、彎道）易使其產(chǎn)品誤動作或者檢測不到。近年隨著機器視覺的發(fā)展，讓其識別特定的標識物，并根據(jù)相應的特征參數(shù)計算出距離，可以有效地防止誤動作，提高了防撞系統(tǒng)的可靠性、準確性。

1 傳統(tǒng)的防撞方式

傳統(tǒng)的防撞方式一般是在高架單軌觀光車的車頭、車尾（運行在其前方的車）安裝紅外線/超聲波接收、發(fā)射裝置或者激光掃描雷達。采用對射的方式主要是為了避免其他物體的反射，使其產(chǎn)生誤動作。

器件關鍵參數(shù)的選擇。高架單軌游覽車的正常制動距離≤15m，緊急制動距離≤7.5m，故其安全運行距離選擇在30m。根據(jù)軌道拐彎半徑及其坡度計算其視角應當±43°（見圖1）。

故器件的關鍵選型參數(shù)為：工作距離7.5～30米，視角45°。

防撞系統(tǒng)的基本工作原理（詳見圖2），PLC根據(jù)器件反饋的距離，對變頻器做出相應的動作指示，防撞系統(tǒng)動作如表1所示。

圖1 器件視角選擇

圖2 防撞系統(tǒng)基本工作原理

表1 防撞系統(tǒng)對應動作表

傳統(tǒng)防撞方式的試驗結(jié)果如下。

相應器件安裝在觀光車上后，按照15km/h在試驗線上運行，試驗運行結(jié)果如下表2。

表2 試驗運行結(jié)果

紅外線主要對強光、高溫、振動敏感，易產(chǎn)生誤動作，且前后車更換后需要重新調(diào)整安裝位置。超聲波在提高安裝高度后，主要對不規(guī)則的強風敏感，易產(chǎn)生誤動作，而且前后車更換要調(diào)整位置。激光掃描雷達主要對軌道旁的花木、及其周邊防護墻體等無法識別，容易產(chǎn)生誤動作。

為了適應彎道和距離等工況需要，相應器件的工作距離和視角都較大，可以選擇的范圍收到限制。

為保證車輛的順暢運行，避免緊急制動給游客帶來的恐慌，以上防撞方式存在缺陷。

2 機器視覺防撞系統(tǒng)

機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設備動作。

2.1 系統(tǒng)構成

攝像機：拍攝頻率25Hz，視角45°，視距＞30米。此方案中為了安裝方便，將光源加在攝像機側(cè)。

工業(yè)計算機：防震動，計算輸出響應時間≤20ms。

檢測目標：前方車輛尾部的本公司的LOGO（公司在輸出產(chǎn)品時均會在同一位置噴繪本公司LOGO）。

與控制系統(tǒng)接口：根據(jù)計算軟件得出的距離參數(shù)，動作輸出同表1，相應輸出3個繼電器信號?？紤]到該信號為安全信號，繼電器信號為常閉點，且進行組合使用，用BOOL形式表示如表3。

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1674-6708（2015）148-0129-01