基于多传感融合的地铁站台门与列车门间隙防夹探测系统研究彭向

基于多传感融合的地铁站台门与列车门间隙防夹探测系统研究彭向

中建不二幕墙装饰有限公司（西南分公司）四川省 610101

摘要：站台门作为轨道区与站台区的安全有效隔离设备，起到了保证运营安全、节能的作用。如今在国内各城市的地铁线路中，站台门已经作为标配设备被广泛使用。根据GB 50157-2013《地铁设计规范》的要求，当车辆采用塞拉门时，站台门的门体至车辆轮廓线(未开门)之间的净距离应为130(-5，+15)mm，由于车辆轮廓线是弧形的，站台门是直线的，因此站台门和列车门之间的间隙值实际上不低于130 mm，特别是曲线站台，该间隙值可达210 mm。该间隙值使乘客易夹在列车门与站台门之间，目前在上海、北京等人流密集的地铁车站，已多次出现因乘客或物品进入站台门与列车之间的间隙而影响地铁列车运营甚至发生乘客伤亡的事件。因此，在列车门与站台门间隙处采用有效的防护方案是非常必要的。本文通过对比分析现有(传统)间隙探测方案的不足，并结合国内某条线路的激光对射产品运行情况进行分析，提出一种基于多传感融合的探测系统，可解决传统探测方案的不足，并提高全自动运行模式下探测系统的可靠性和安全性，使系统具备接入站台门安全回路的条件。

关键词：传感融合；站台门；车门

1 传统间隙探测方案及优劣分析

1.1 传统间隙探测方案

目前，站台门与列车门的传统间隙探测方案有瞭望灯带、物理方式(三脚防站板和结构挡板)、激光对射、红外对射4种。

1.2 传统间隙探测方案的优劣分析

1.2.1 瞭望灯带

瞭望灯带探测方案简单、易维护，但存在以下不足：

(1)只适合地下直线站台的应用，司机可以瞭望；

(2)列车的安全完全由司机保证，存在一定的安全隐患。

1.2.2 物理方式

物理方式探测方案简洁有效，但存在以下不足：

(1)样式不美观；

(2)乘客下车时，若先开车门，很容易因为拥挤被挤入危险空间，存在较大安全隐患；

(3)若发生夹人夹物，司机及站务人员无法快速定位是哪一道门出现问题，处理效率较低。

1.2.3 激光对射

激光对射探测方案的激光束发射散角小，探测距离远，但存在以下不足：

(1)安装精度要求高，易受振动影响，出现误报等情况；

(2)对于曲线站台，则需要根据站台曲率重新定制方案；

(3)若发生夹人夹物，司机及站务人员无法快速定位是哪一道门出现问题，处理效率较低；

(4)由于激光对射探测为点状探测，只能探测有限的空间，因此存在较大的探测盲区。

一般激光对射为3束光束，其高度通常为250 mm、500 mm和750 mm。只有在障碍物挡住某一激光束，才能触发报警信号。

1.2.4 红外对射

红外对射探测方案技术成熟、成本低，但存在以下不足：

(1)设备安装需要独立的空间，若每节车厢都安装红外装置，则故障点增多，影响运营效率；

(2)由于聚光分散、光斑较大，易受外界光线干扰，造成误报情况；

其他不足同上述激光对射中的(2)～(4)。

1.3 某地铁线路激光对射系统故障统计

某地铁线路2019年度发生夹人夹物事件共64起，其中因激光对射系统自身故障及误报26起，漏报10起，详见表1。按照发生夹人夹物事件统计分析，系统的误报率为40.6%，漏报率为15.6%，因激光对射系统问题影响行车及出现安全隐患的事件平均每个月发生3 起，而该公司的线路运营年度考核目标平均每个月最多为0.9起，系统的可靠性远低于运营考核目标，极大地影响了线路运营效率及安全。

综上所述，每种探测方案都存在应用局限性，误报、漏报等问题，无法满足现有运营需求，更无法满足未来全自动运营模式下高效安全运营的需求。因此，需要根据间隙间的异物类型及特征，有针对性地选择合适的组合探测方案，从多维度层面实现异物的准确探测。

2 多传感融合分析

2.1 间隙分析

以地下车站全高站台门为例，每个滑动门门单元与列车门形成的间隙为一个大约1 900 mm×100 mm×2 000 mm的非规则立体空间，需要选择立体式探测方案；此外，在列车进站离站时会产生活塞风，使探测设备产生振动，易发生误报现象，因此需要选择可以动态设置检测限界的方案，以提升容差性。列车进站还会带来较多灰尘和复杂的光线，因此需要探测方案具有判别因灰尘导致的误报能力以及较强的抗光能力。

2.2 运营需求分析

随着地铁全自动运营模式的不断普及，运营管理人员数量不断减少，如何保障地铁线路运营更加可靠、安全、高效，成为探测方案选择的一个难题。可靠，即要求系统的自身故障率更低；安全，即系统不能因漏报而产生安全隐患；高效，即当出现夹人夹物时，能快速引导管理人员处理故障。

3 多传感融合的间隙防夹探测系统

3.1 探测原理

3.1.1 激光对射原理

激光对射属于主动入侵报警系统，需在站台门与列车门间隙探测区域内安装激光发射机和接收机，发射机可向数百米远的接收机发射出不可见激光光束，接收机在接收到激光信号后就与发射机形成一个完整的光通路。当间隙夹人夹物时，就会阻断光通路内的激光接收，从而实现终端报警。

3.1.2 3D激光扫描原理

3D激光扫描是用一个发射器向物体发射激光，再由一个接收器接收反射回来的激光，根据激光往返的时间长短和其固定的飞行速度，计算出物体表面上的这个点与相机之间的距离。当发射的激光足够多，能够触达到物体表面的几乎每一个点时，所有的点将连成一个3D立体面，从而获得物体的形状信息。3D激光扫描传感器通过对列车门与站台门间隙内的区域进行扫描，可识别判断出基础边界并形成防区。当防区内有异物时，激光束往返的时间将发生改变，从而可以检测并定位异物。探测器获取的数据在前端采用嵌入式处理模块，由模块判断防区内是否存在异物。

3.2 系统接口设计

探测系统中的设备供电全部来自站台门电源系统。开关门信息以及关闭锁紧信号由站台门系统提供至探测系统，作为探测启动的条件。障碍物探测状态及故障信息由探测系统向中央控制盘(PSC)传递，最终上传至综合监控及信号系统。探测系统根据前端传感器采集分析的数据，通过硬线方式组合控制安全继电器实现“三取二”安全模式，若判定发生夹人夹物，则站台门安全回路断开(可根据实际需要使用旁路功能)，并将夹人夹物报警信息传至站台监视系统或移动终端，便于站务人员快速确认与处理。

3.3 探测流程

(1)当完成上下客、站台门关闭后，系统主机分别向3D激光扫描传感器、图像传感器、激光对射传感器发送初始工作触发信号；同时图像传感器可以自动启动识别工作，智能识别站台门、列车门关闭状况。

(2)3D激光扫描传感器、图像传感器、激光对射传感器对探测区域进行信号采集并向门头处理单元提供采集的信息。控制器处理前端3种传感器的采集信号，并向“三取二”决策装置提供异物探测结果信息。

(3)“三取二”决策装置根据前端3种传感器提供的结果进行夹人夹物最终判断。若有超过其中2种方案判断有夹人夹物存在，系统则判断存在夹人夹物，同时图像传感器将夹人夹物的图像视频信息传送至显示终端，供管理人员查看。若只有1种方案判断存在夹人夹物，系统则判断为无夹人夹物，同时图像传感器对报警区域进行图像及视频记录存储，用于后期误报分析及确认。

结语

近些年，国内地铁发生多起站台门与列车门夹人的安全事故，整个行业内的地铁业主、设计院以及站台门厂家都一直在不断地进行间隙防夹探测研究。随着地铁线网的不断延伸，全自动运行线路越来越多，站台门与列车门间隙存在的安全隐患不容忽视。

参考文献

[1]GB 50157-2013地铁设计规范[S].北京：中国工业建筑出版社，2013.

[2]饶美婉.新型地铁站台门与车门之间顶置式防夹人自动探测系统的设计[J].城市轨道交通研究，2017(5)：143-146.

[3]张鹤庆，张金鑫.基于机器视觉的地铁站台门与列车门间异物检测方法研究[J].现代城市轨道交通，2020(7)：51-55.