城市軌道交通車輛段/停車場周界報警系統(tǒng)方案選型分析

黃霽

摘 要：車輛段/停車場作為城市軌道交通的“車庫”，在線路運營中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，保障車輛段/停車場的正常運營是保障軌道交通線路乃至線網(wǎng)安全、可靠運營的重要前提。為實現(xiàn)對周圍環(huán)境實時有效的監(jiān)控，防止閑雜人員或物體的入侵，需在車輛段/停車場周界設(shè)施上安裝周界報警系統(tǒng)。該文首先對目前常用的周界報警系統(tǒng)，從技術(shù)原理上進(jìn)行了簡要地介紹。接著針對車輛段/停車場的特點，并結(jié)合實際案例，對在進(jìn)行周界報警系統(tǒng)建設(shè)時，關(guān)于技術(shù)方案選擇的若干原則進(jìn)行了詳細(xì)討論。該文對于城市軌道交通車輛段/停車場周界報警系統(tǒng)的建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通車輛段 停車場周界報警系統(tǒng)

中圖分類號：U213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0038-03

隨著國家社會經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，城市人口亦跟隨城市化進(jìn)程的腳步急劇增加。為緩解交通擁堵及環(huán)境惡化等社會問題，許多城市尤其是大中型城市都在如火如荼地進(jìn)行著城市軌道交通的建設(shè)，其他尚未建設(shè)軌道交通線路的城市也呈現(xiàn)躍躍欲試之勢。此外，就單個城市來看（如北京、上海、廣州、深圳等），得益于國家對于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重視，軌道交通線路建設(shè)的步伐越來越快，軌道交通線網(wǎng)規(guī)模急劇擴(kuò)大，運營客流急劇膨脹。因其安全便捷、舒適環(huán)保等優(yōu)點，軌道交通已逐漸成為各城市居民生產(chǎn)生活必不可少的出行工具。因此，保障城市軌道交通線安全、可靠的運行，已成為各城市軌道交通線路運營單位工作的重中之重。

車輛段/停車場作為城市軌道交通的“車庫”，除了承擔(dān)車輛的停放、檢修、保養(yǎng)之外，許多線路的列車編組、調(diào)度等工作也在此完成。因此，車輛段/停車場在線路正常運營中發(fā)揮著十分重要的作用。此外，在許多情況下，線路的控制中心（OCC）、物資總庫、變電所等重要處所也放置于車輛段/停車場內(nèi)。由此可見，保證車輛段/停車場的安全有序運營，是保障城市軌道交通線路安全、可靠運行的重要前提。

1 原理介紹

為保障車輛段/停車場的正常運營，避免外來閑雜人員的無意闖入或惡意入侵，車輛段/停車場周界除設(shè)置圍蔽設(shè)施外，一般還應(yīng)在圍蔽設(shè)施上布設(shè)周界報警系統(tǒng)，保證對車輛段/停車場周界的實時智能監(jiān)控。目前，周界報警系統(tǒng)主要采用以下幾種方案進(jìn)行建設(shè)：振動光纖方案、振動電纜方案、紅外對射方案、激光對射方案、地埋電纜方案、微波探測方案。

1.1 振動光纖

振動光纖周界報警系統(tǒng)可以分為基于多模光纖技術(shù)的光纖周界報警系統(tǒng)、基于干涉原理的分布式光纖傳感入侵系統(tǒng)、基于光時域反射定位（OTDR）技術(shù)的光纖周界報警系統(tǒng)、基于光纖光柵傳感技術(shù)的光纖周界報警系統(tǒng)。其基本原理可以總結(jié)為圖1所示。

發(fā)射激光器發(fā)射光信號通過傳感光纖傳輸，當(dāng)傳感光纖受到外部干擾時，光纖中傳輸光的部分特性（例如相位、波長、衰減、極化、傳播時間、模場分布等）就會發(fā)生變化。經(jīng)過對光信號的采集與分析后，就能檢測光的該特性變化。然后再通過報警控制器的特殊算法和分析處理，區(qū)分第三方入侵行為與正常干擾，實現(xiàn)報警及定位功能。

1.2 振動電纜

振動電纜周界報警系統(tǒng)實現(xiàn)原理如圖2所示。

其前端探測傳感部分由振動電纜和前端處理器串聯(lián)而成，振動電纜中含有振動傳感器等元件。當(dāng)振動電纜檢測到干擾信號后，將此信號發(fā)送至前端處理器，然后傳遞給數(shù)據(jù)采集模塊并輸入中央計算機(jī)對該干擾信號進(jìn)行分析，通過特殊的算法處理后識別出有效的干擾信號，并進(jìn)行報警和定位等后續(xù)聯(lián)動功能。

1.3 紅外對射

紅外對射報警系統(tǒng)可分為主動紅外對射報警系統(tǒng)和被動紅外對射報警系統(tǒng)。其中，被動紅外對射報警系統(tǒng)是指通過探測人體或其他物體發(fā)射出來的紅外線來實現(xiàn)探測報警的系統(tǒng)。主動紅外對射報警系統(tǒng)的原理可表示為圖3所示。

主動紅外對射報警又叫“光束遮斷式感應(yīng)器”（Photoelectric Beam Detector），顧名思義，其實現(xiàn)原理主要是通過檢查光束遮斷來實現(xiàn)探測報警。如上圖，紅外線發(fā)射模塊持續(xù)的發(fā)射紅外線光束，紅外線接收模塊對光束進(jìn)行接收。一旦有物體從中間通過，對紅外線光束進(jìn)行遮擋，接收模塊就將此擾動信號發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊，然后通過計算機(jī)對此信號進(jìn)行分析計算，確認(rèn)為有效擾動信號后進(jìn)行報警等后續(xù)工作。

1.4 激光對射

激光對射報警系統(tǒng)的實現(xiàn)原理與主動紅外對射報警系統(tǒng)基本一致，只是其發(fā)射和接收光源變成了激光，關(guān)于其工作過程此處不再贅述。

1.5 地埋感應(yīng)電纜

地面感應(yīng)電纜，其本質(zhì)類似于漏泄同軸電纜。將一段作為發(fā)射源的泄露同軸電纜淺埋于地下，距其一定距離的地方并行埋設(shè)另一根漏泄同軸電纜作為信號的接收裝置，這樣便在兩根漏泄電纜之間形成一個穩(wěn)定的磁場區(qū)域，即監(jiān)控區(qū)。當(dāng)有人或其他物體進(jìn)入磁場區(qū)域時，引起電磁場變化，經(jīng)分析確認(rèn)后觸發(fā)報警裝置，從而實現(xiàn)對磁場覆蓋的區(qū)域的實時監(jiān)控。其原理見圖4。

1.6 微波探測

微波探測報警系統(tǒng)可分為雷達(dá)式微波探測系統(tǒng)和墻式微波探測系統(tǒng)。其中，雷達(dá)式微波探測系統(tǒng)基于多普勒效應(yīng)實現(xiàn)，微波信號遇到移動物體反射后會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，即經(jīng)反射后的微波信號與發(fā)射波信號的頻率會產(chǎn)生微小的偏移。當(dāng)系統(tǒng)檢測到該偏移時，經(jīng)分析確認(rèn)后進(jìn)行報警等工作。墻式微波探測系統(tǒng)相對更適合與車輛段/停車場周界報警系統(tǒng)，其原理見圖5。

微波發(fā)射模塊持續(xù)地發(fā)射出定向性很好的調(diào)制微波束，微波接收模塊對該微波信號進(jìn)行接收，從而在微波發(fā)射和接收模塊之間形成一個微波場，即監(jiān)控區(qū)。當(dāng)監(jiān)控區(qū)中有阻擋物或探測目標(biāo)時，由于破壞了微波的正常傳播，使接收到的微波信號有所變化。微波接收模塊將此變化信號傳輸給中央計算機(jī)，經(jīng)分析計算后進(jìn)行報警等后續(xù)工作。

2 方案選擇

2.1 車輛段/停車場特點

首先，車輛段/停車場一般地域相對偏僻，且大多數(shù)位于地面之上（部分還會進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)），很容易受到外來人員或動物的入侵；其次，車輛段/停車場空間面積較大，周界長度一般在2～4km，門衛(wèi)處經(jīng)常有人員及車輛經(jīng)過，出入段線處列車會頻繁出入；再次，車輛段/停車場周界輪廓一般為不規(guī)則的形狀，且大多數(shù)還存在各個位置的地面高度不一致的情況。但大體上與“酒瓶”非常相似，列車軌道在出入段線處形成一個匯聚。

2.2 需解決的問題

為保證車輛段/停車場的正常運營，周界報警系統(tǒng)應(yīng)能有效解決以下問題：

（1）由于車輛段/停車場一般位于地面之上，因此，周界報警系統(tǒng)應(yīng)能正確識別并剔除均勻性環(huán)境沖擊造成的鐵絲網(wǎng)的持續(xù)振動，如刮風(fēng)、下雨、下雪、雷電、車輛通行不報警。

（2）周界報警系統(tǒng)應(yīng)能正確識別并剔除偶然性的環(huán)境因素產(chǎn)生的誤報，如樹枝的拍打等。

（3）周界報警裝置應(yīng)能正確匹配圍蔽設(shè)施的特性。

（4）因車輛段/停車場周界周長并不是很長，周界報警系統(tǒng)應(yīng)能精確顯示報警位置，定位精度不應(yīng)大于10米。

2.3 選擇原則

由于周界報警系統(tǒng)存在多種技術(shù)方案，在進(jìn)行車輛段/停車場周界報警系統(tǒng)建設(shè)時應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行綜合考慮：

（1）適用性，在進(jìn)行方案選擇時，應(yīng)充分考慮車輛段/停車場的環(huán)境及周界設(shè)施的特性。當(dāng)車輛段/停車場位于地面上時，應(yīng)充分考慮設(shè)備對于室外環(huán)境、天氣的適應(yīng)性。所選系統(tǒng)方案設(shè)備應(yīng)能滿足車輛段/停車場周界形狀不規(guī)則、位置高度不一致等特點。此外，系統(tǒng)方案還應(yīng)與周界設(shè)施的特性進(jìn)行匹配。例如，當(dāng)周界設(shè)施為柔性金屬網(wǎng)時，考慮到技術(shù)方案、設(shè)備安裝等特性，采用振動光纖或振動電纜則相對紅外對射或激光對射更為適合。

（2）誤、漏報率，由于車輛段/停車場地域偏僻，設(shè)備貴重，安保值班人員需對周界環(huán)境進(jìn)行全天24小時監(jiān)控。因此，系統(tǒng)方案應(yīng)具備比較低的漏、誤報率，降低安保值班人員的工作負(fù)荷。此外，由于車輛段/停車場來往人員、車輛繁多，且位于地面時，非常容易受到大風(fēng)、大雨、雷電等天氣因素及周圍環(huán)境因素（如綠化植物）的影響，系統(tǒng)方案應(yīng)能有效剔除這些外來干擾的影響，當(dāng)真正有人或其他物體的入侵時，能進(jìn)行可靠的報警等工作。

振動感應(yīng)電或振動光纜需依附周界設(shè)施敷設(shè)，對周邊環(huán)境沒有具體要求當(dāng)有人企圖攀爬和剪斷圍欄時，不可避免地會引起圍欄的振動，圍欄會將這種振動傳遞給綁定在圍欄上的振動傳感器或振動光纜，檢測出振動后即通過系統(tǒng)發(fā)出報警信號。由于振動感應(yīng)式電/光纜可環(huán)繞任意形狀的境界區(qū)域，不受地形和地面平坦度等因素的影響，其探測靈敏度也不受環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)雨煙塵等惡劣氣候條件的影響，漏報和誤報率低，是十分理想的周界探測設(shè)備。地埋感應(yīng)電纜預(yù)埋在周界地面以下，構(gòu)成一個立體空間的防范區(qū)域，當(dāng)有人跨越時產(chǎn)生報警信號?；静皇芴鞖庥绊?，但是受周邊環(huán)境影響比較大，防區(qū)內(nèi)流動的地表水和移動的金屬物體容易引起誤報。此類探測器在現(xiàn)有的探測技術(shù)中，漏報率最低，相對更適用于野外無人看守需要隱蔽安裝或者有比較寬闊范圍的場地環(huán)境。對于微波探測報警方案，其探測器的發(fā)射器與接收器之間的距離一般會影響到探測率。微波探測方案更適用于周圍環(huán)境開闊平坦，沒有樹木、湖泊、金屬物等，并且不能經(jīng)常有人和車輛經(jīng)過的地方。其受天氣的影響比較大，地面高低起伏不平點會產(chǎn)生探測死角。主動紅外對射或激光對射報警系統(tǒng)受天氣的影響比較大，如霧、雪、雨、風(fēng)沙及空中漂浮物等。而且，由于跨越或鉆過紅外線/激光相對容易，因此這類探測器的漏報率比較高，其更適用于室內(nèi)或受天氣影響小的區(qū)域。

（3）定位精度，車輛段/停車場內(nèi)部設(shè)備貴重，與線路乃至線網(wǎng)行車安全密切相關(guān)。特別對于出入段線區(qū)域，必須禁止閑雜人員或物體隨意闖入。當(dāng)周界報警系統(tǒng)進(jìn)行報警時，安保值班人員應(yīng)能及時準(zhǔn)確地進(jìn)行處理。因此，針對車輛段/停車場地域廣、周界長等特點，周界報警系統(tǒng)必須具備精確定位功能。

目前，振動光纖和振動電纜周界報警系統(tǒng)基本能實現(xiàn)對入侵信號的定位，不過在定位精度上有所差異。振動光纖方案的定位精度一般100m左右，而振動電纜方案的定位精度則相對更為精確，一般能達(dá)到10m左右，有些廠商的設(shè)備甚至能達(dá)到1m的定位精度。此外，地埋感應(yīng)電纜周界報警系統(tǒng)亦能實現(xiàn)對入侵信號的定位，定位精度理論上能達(dá)到5m左右。而其他基于紅外對射、激光對射和微波探測的周界報警系統(tǒng)，由于其實現(xiàn)原理特點，基本上只能確定入侵位置位于某對信號發(fā)射模塊和接收模塊之間，而無法實現(xiàn)精確定位。

（4）投資比選，城市軌道交通作為一項公共基礎(chǔ)設(shè)施，在進(jìn)行方案選擇時，其建設(shè)成本也應(yīng)該作為一項必不可少的考慮因素。建設(shè)成本主要可分為設(shè)備材料費和工程實施費兩部分。在進(jìn)行方案選擇時，可以根據(jù)以往工程經(jīng)驗，確定設(shè)備材料費和工程實施費的大概區(qū)間，同時還能夠通過對設(shè)備廠商進(jìn)行詢價等方法，進(jìn)一步確定設(shè)備材料費的區(qū)間。不過，就目前來看，隨著技術(shù)的進(jìn)步以及市場競爭日趨激烈，如果周界報警系統(tǒng)要達(dá)到相對理想的效果，各種技術(shù)方案的建設(shè)成本差別不是很大。

（5）工程實施，在進(jìn)行技術(shù)方案的選擇時，工程實施的難易程度也是一個不可忽視的因素。工程實施的難易度不僅影響到工程實施費的額度，而且對工期以及施工過程控制存在巨大影響。

就前述幾種技術(shù)方案來看，振動光纖和振動電纜報警系統(tǒng)需在整個車輛段/停車場周界設(shè)施上利用扎帶等材料捆綁在圍網(wǎng)上，安裝和布線簡單，工程實施極為簡便；紅外對射、激光對射以及微博探測報警系統(tǒng)需在車輛段周界每隔一定距離（依地形和探測距離確定）設(shè)置一對前端探測模塊，布線工程量大，施工相對復(fù)雜；地埋電纜報警系統(tǒng)需要沿車輛段/停車場周界開挖一條或兩條電纜溝敷設(shè)漏泄電纜，布線較為簡單，但工程實施難度較大。

（6）運營維護(hù)，為了保證系統(tǒng)建好后能持續(xù)穩(wěn)定可靠的運行，城市軌道交通運維人員需定期對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行運營維護(hù)。因此，為了方便運維人員對系統(tǒng)進(jìn)行維保，在系統(tǒng)建設(shè)時應(yīng)盡量考慮采用易于運營維護(hù)的技術(shù)方案。

總的來看，振動光纖和振動電纜在敷設(shè)完畢以后，運營維護(hù)方便簡單，工作量低，如果鐵絲網(wǎng)出現(xiàn)松動等情況，可以通過軟件設(shè)置匹配鐵絲網(wǎng)振動特性，保證振動光纖和振動電纜的靈敏度；紅外對射和激光激光對射報警系統(tǒng)在安裝完畢后，因為要定時清洗前端發(fā)射、接收模塊，維護(hù)量相對較大；地埋電纜敷設(shè)完畢后，基本不需維護(hù)，但是，若地埋電纜發(fā)生破壞，檢測和維護(hù)將會很麻煩；微波探測器安裝完畢后，其維護(hù)量則相對很小。

2.4 實用案例

在前述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，該章節(jié)結(jié)合廣州市軌道交通13號線官湖車輛段周界報警系統(tǒng)的建設(shè)情況進(jìn)行簡要描述。

官湖車輛段位于13號線線路的東端，官湖站的南側(cè)，段址位于新塘鎮(zhèn)官湖村境內(nèi)，環(huán)城路（新107國道）、石新公路及新沙大道包夾的地塊，整個地塊大致呈東西走向，占地面積約41公頃，周界長度約3.6km。車輛段建設(shè)于地面之上，并進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)。車輛段共設(shè)置兩個出入口，即主出入口和次出入口。車輛段內(nèi)設(shè)置13號線控制中心、物資總庫、主變電所、牽引變電所等處所。

由此可見，官湖車輛段符合前述所說的“位置偏僻、面積大、周界長、內(nèi)部設(shè)備貴重、地處地面之上”等特點。因此，根據(jù)方案選擇的若干原則分析，官湖車輛段周界報警系統(tǒng)采用振動電纜方案進(jìn)行建設(shè)，目前已完成設(shè)備招標(biāo)。

3 結(jié)語

隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，保障各線路安全可靠的運營已成為各城市軌道交通運營單位的首要任務(wù)。車輛段/停車場作為軌道交通的“車庫”，在城市軌道交通中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。保障車輛段/停車場的正常運營成為保障各線路乃至線網(wǎng)安全可靠運營的重要前提。

該文對幾種常用的周界報警系統(tǒng)技術(shù)方案從實現(xiàn)原理上進(jìn)行了簡要的介紹，并針對軌道交通車輛段/停車場周界報警系統(tǒng)在建設(shè)方案選擇時應(yīng)遵循的若干原則進(jìn)行了詳細(xì)描述。并以廣州市軌道交通13號線為例進(jìn)行了實例說明。

當(dāng)然，車輛段/停車場安防系統(tǒng)應(yīng)是一個綜合的安保系統(tǒng)，周界報警系統(tǒng)僅作為其中的子系統(tǒng)之一，其還應(yīng)配合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等其他系統(tǒng)完成系統(tǒng)的多重聯(lián)動功能。同時，技術(shù)方案僅能從物理上給安保系統(tǒng)提供一個實現(xiàn)手段，運營單位還需從管理等多方面保障車輛段/停車場的正常運營。

參考文獻(xiàn)

[1] 張紅文.城市軌道交通安防系統(tǒng)探討與建議[J].都市快軌交通，2014（5）：67-69.

[2] 謬圣凱.淺談周界報警市場現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國安防，2014（9）：24-28.

[3] 葛妍.淺析文博系統(tǒng)中周界報警系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國安防產(chǎn)品信息，2006（2）：46-51.

[4] 徐律，吳海.淺析周界防入侵安全技術(shù)[J].中國安防，2014（24）：85-88.