站臺(tái)門(mén)與列車門(mén)間隙探測(cè)優(yōu)化措施

王飛

摘 要：目前地鐵車站多采用激光對(duì)射和瞭望燈帶相結(jié)合的方案防止站臺(tái)門(mén)與列車間夾人，針對(duì)該方案受車輛限界限制較大及曲線站無(wú)法實(shí)施的弊端，提出了站臺(tái)門(mén)與列車門(mén)間隙探測(cè)優(yōu)化措施。文中提出來(lái)兩種采用頂置式防夾人自動(dòng)檢測(cè)方案并分析了該方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性，為地鐵站臺(tái)門(mén)防夾人設(shè)計(jì)提供新的研究方向和參考。

關(guān)鍵詞：地鐵；站臺(tái)門(mén)防夾人；頂置式自動(dòng)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U231.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0060-02

地鐵站臺(tái)門(mén)與列車門(mén)之間的間隙探測(cè)，是站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的其中一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)的問(wèn)題。目前全國(guó)地鐵多采用的激光對(duì)射和車尾設(shè)置瞭望燈帶的方案，但大曲線站臺(tái)該方案無(wú)法實(shí)施，并且激光對(duì)射探測(cè)裝置和瞭望燈帶的安裝位置受車輛限界的限制，激光探測(cè)范圍極小，且誤報(bào)率較高，在一定程度上影響了行車組織。針對(duì)傳統(tǒng)間隙探測(cè)方式的種種問(wèn)題及局限性，因此提出了一種新的設(shè)計(jì)方案--頂置式防夾人自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

1 頂置式防夾人自動(dòng)檢測(cè)方案

頂置式防夾人自動(dòng)檢測(cè)方案與傳統(tǒng)激光對(duì)射方案的區(qū)別在于：其是在每扇滑動(dòng)門(mén)與列車門(mén)之間的間隙范圍內(nèi)頂部設(shè)置一套異物識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)滯留在滑動(dòng)門(mén)與列車門(mén)之間的異物進(jìn)行自動(dòng)探測(cè)。

頂置式探測(cè)裝置安裝于在距離站臺(tái)裝修面高約3m的混凝土頂梁下方、站臺(tái)門(mén)上部，采用膨脹螺栓與專用支架配合的方式，每個(gè)站臺(tái)門(mén)滑動(dòng)門(mén)開(kāi)口位置安裝一個(gè)。由于車輛動(dòng)態(tài)包絡(luò)線在頂部位置距離站臺(tái)門(mén)頂梁較遠(yuǎn)，探測(cè)設(shè)備安裝空間充裕，不會(huì)不侵入設(shè)備限界。如圖1所示。

根據(jù)異物識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別原理不同，頂置式防夾人自動(dòng)檢測(cè)方案分為基于激光掃描的異物檢測(cè)方案和基于機(jī)器視覺(jué)的異物檢測(cè)方案。

1.1 基于激光掃描的異物檢測(cè)方案

1.1.1 激光掃描基本工作原理

采用TOF飛行時(shí)間測(cè)距的基本原理實(shí)現(xiàn)一維測(cè)量，采用旋轉(zhuǎn)掃描的方式實(shí)現(xiàn)二維測(cè)量。如圖2所示。

利用HDDM（High Definition Distance Measurement）采樣技術(shù)，提高檢測(cè)精度和可靠性。HDDM 技術(shù)是一種高精度的距離測(cè)量技術(shù)，相比于其他光速飛行時(shí)間原理測(cè)量方式，該測(cè)量方法由數(shù)個(gè)脈沖的平均值來(lái)確定單個(gè)的測(cè)量值。在一個(gè)角度分辨率（1°）內(nèi)，測(cè)量點(diǎn)由84個(gè)子測(cè)量點(diǎn)組成。子測(cè)量點(diǎn)的幾何形狀是圓形的，但完整的測(cè)量點(diǎn)由子測(cè)量點(diǎn)重疊形成了一個(gè)窄的長(zhǎng)條形。如圖3所示。

1.1.2 激光掃描的異物檢測(cè)方案優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①激光掃描結(jié)合HDDM技術(shù)，在保證檢測(cè)可靠的前提下可有效降低誤報(bào)率。

②機(jī)身小、重量輕，方便安裝，設(shè)備安裝在站臺(tái)門(mén)頂梁下部，不受限界影響，因此探測(cè)區(qū)域不受限制，且不會(huì)影響行車安全，尤其適合曲線站臺(tái)。

缺點(diǎn)：造價(jià)較高。

1.2 基于機(jī)器視覺(jué)的異物檢測(cè)方案

1.2.1 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的基本原理

在站臺(tái)門(mén)與列車門(mén)之間的間隙內(nèi)設(shè)置特征光帶，視覺(jué)識(shí)別儀向下拍攝縫隙內(nèi)的燈帶圖像。在列車進(jìn)站后滑動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)前建立背景模板，在滑動(dòng)門(mén)關(guān)閉且緊鎖后進(jìn)行異物檢測(cè)。如有異物，斷開(kāi)異物檢測(cè)結(jié)果繼電器，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)視頻傳送給監(jiān)控主機(jī)，并在監(jiān)控觸摸屏上顯示對(duì)應(yīng)的門(mén)體情況。同時(shí)視覺(jué)異物檢測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)信號(hào)串入站臺(tái)門(mén)安全回路，在異物未排除之前，將不允許列車出站。當(dāng)然該系統(tǒng)同時(shí)也具備旁路功能，可視需要脫離站臺(tái)門(mén)安全回路。

圖像匹配IM技術(shù)：（Image Matching）是一種圖像處理的方法，基于圖像差值的最小匹配位置。在遠(yuǎn)焦光學(xué)中。相機(jī)的平移和旋轉(zhuǎn)僅僅帶來(lái)被測(cè)圖像的偏移。利用這個(gè)特點(diǎn)可以對(duì)視覺(jué)傳感器中固定目標(biāo)的特征量進(jìn)行匹配，以獲得視覺(jué)傳感器因?yàn)橥庖蛟斐傻男D(zhuǎn)和偏移。從而對(duì)特征光源應(yīng)該出現(xiàn)的位置進(jìn)行補(bǔ)償，也就是整個(gè)系統(tǒng)允許振動(dòng)造成微位移的原理。

實(shí)時(shí)高清畫(huà)面確認(rèn)技術(shù)：以往所有傳感器都不具備障礙物判別能力。只能大致判斷在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)是否有超過(guò)最小檢測(cè)尺寸的物體。本裝置本身就采用高清圖像傳感器。系統(tǒng)可以控制圖像傳感器工作于檢測(cè)模式或圖像模式。當(dāng)系統(tǒng)處于檢測(cè)模式檢測(cè)到有異物時(shí)，裝設(shè)在端門(mén)位置處的監(jiān)控顯示屏可以轉(zhuǎn)換到高清圖像模式，可以指示給工作人員檢測(cè)區(qū)域的實(shí)時(shí)高清畫(huà)面，從而給工作人員關(guān)注報(bào)警區(qū)域異物的實(shí)時(shí)畫(huà)面。增加了二次確認(rèn)異物的機(jī)會(huì)。這樣就可以大大減少誤報(bào)的概率。如圖4所示。

站臺(tái)門(mén)每個(gè)門(mén)單元布置一套異物檢測(cè)單元，其中檢測(cè)單元的視覺(jué)識(shí)別儀設(shè)置位置比較關(guān)鍵，取決于它拍出的視頻圖像是否清晰，攝像范圍是否存在盲區(qū)。因此設(shè)計(jì)上采用將圖像采集的攝像頭安裝在距離站臺(tái)面高3m的混凝土頂梁下方，視覺(jué)識(shí)別儀的處理單元?jiǎng)t設(shè)置在門(mén)機(jī)梁上，以方便后期的維護(hù)管理。頂置式的安裝方式避免了風(fēng)壓震動(dòng)導(dǎo)致圖像不清晰或誤報(bào)的情況，同時(shí)安裝高度的提高可進(jìn)一步增大可檢測(cè)范圍。如圖5所示。

1.2.2 機(jī)器視覺(jué)異物檢測(cè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①核心部件選型：圖像傳感器、特征光源采用工業(yè)級(jí)設(shè)備，IM（圖像匹配）技術(shù)可以消除振動(dòng)、位移造成的檢測(cè)錯(cuò)誤，從根本上同時(shí)解決穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)位置變化造成誤報(bào)警。②高清畫(huà)面二次確認(rèn)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到夾人夾物后，自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示有障礙物站臺(tái)門(mén)現(xiàn)場(chǎng)高清畫(huà)面并凸顯障礙點(diǎn)位置，工作人員很容易通過(guò)畫(huà)面分析障礙物特點(diǎn)從而判斷障礙物性質(zhì)。就像倒車?yán)走_(dá)和倒車視頻從安全性上有本質(zhì)的區(qū)別。③視覺(jué)識(shí)別儀安裝在混凝土頂梁下部，受限界影響小，可靈活調(diào)整探測(cè)區(qū)域，滿足能探測(cè)到兩門(mén)之間中部位置的要求，避免了以往激光對(duì)射方式由于受限界影響僅能探測(cè)站臺(tái)門(mén)外30mm范圍的弊端，尤其適用于曲線站臺(tái)。

缺點(diǎn)：對(duì)光照的穩(wěn)定性要求高，因光帶裝在門(mén)檻防踏空膠條下，站臺(tái)燈光可照射到膠條，準(zhǔn)確度相對(duì)受站臺(tái)的光照影響大。因此設(shè)計(jì)上要重點(diǎn)考慮環(huán)境光的干擾以及保證主動(dòng)照明光源的發(fā)光穩(wěn)定性，同時(shí)提高相機(jī)分辨率，也是抗環(huán)境干擾的解決措施。

3 結(jié)語(yǔ)

目前全國(guó)地鐵普遍采用的激光對(duì)射探測(cè)方案由于受限界限制，探測(cè)范圍小，盲區(qū)大，而頂置式防夾人自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)因其頂置式的布置，核心優(yōu)勢(shì)在于不受限界影響，可探測(cè)兩門(mén)之間的任何位置，并且通過(guò)圖像二次確認(rèn)，提高可靠性。鑒于頂置式防夾人自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是全新的方案，作為科研項(xiàng)目在廣州地鐵現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)車站一個(gè)站臺(tái)門(mén)上做過(guò)試驗(yàn)，效果良好。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果將進(jìn)一步改進(jìn)完善后推廣使用，不僅解決曲線站臺(tái)帶來(lái)的安全問(wèn)題，而且為縮短發(fā)車間隔及實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛提供了有利條件。

參考文獻(xiàn)

[1]施仲衡，等.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013：234-237.

[2]陳韶章，等.城市軌道交通站名屏蔽門(mén)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：3-7.