基于微波雷達技術(shù)的站臺兩端監(jiān)測告警系統(tǒng)研究

張秋亮，楊國元

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

目前，我國軌道交通安全防護技術(shù)水平尚不能滿足鐵路高速發(fā)展的需要，在站臺有列車到達和出發(fā)時，仍然是依靠客運人員現(xiàn)場防護和盯控的模式實現(xiàn)站臺端部的安全管控。同時，站臺端部還會有車站工作人員和作業(yè)車輛的頻繁出入，單一的非智能化報警設(shè)備，極易引起誤報，導致判斷不準確，引起管理困難。隨著鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，車站到發(fā)列車數(shù)量和旅客人數(shù)明顯增加，在多個站臺有旅客同時到發(fā)的情況已非常普遍，依靠人盯人的傳統(tǒng)防控模式，已無法實現(xiàn)人員的高效利用和站臺端部的安全管理，極易造成非正常入侵站臺邊界、或者越界進入站區(qū)線路的危險情況。

國內(nèi)針對車站站臺越界報警的研究起步較晚，目前，有關(guān)站臺越界報警的研究很少，文獻[1]從視頻監(jiān)控角度對運動目標檢測跟蹤，設(shè)計實現(xiàn)了聲光報警功能，將無線通信技術(shù)應(yīng)用于智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。文獻[2] 通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)，實現(xiàn)非法入侵的監(jiān)控報警。本文針對站臺兩端出入管理難題，以加強站臺端部作業(yè)防控，杜絕旅客從站臺端部進入?yún)^(qū)間為需求，研究開發(fā)了站臺兩端監(jiān)測告警系統(tǒng)，滿足了站臺端口無盲區(qū)封控和智能化管理要求，提升了車站安全管理水平。

1 系統(tǒng)設(shè)計

站臺兩端監(jiān)測告警系統(tǒng)通過采用地面雷達監(jiān)測[3]、攝像取證、聲光電主動告警，電子門禁和智能化監(jiān)控和出入管理系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)了車站站臺端口的智能化管理監(jiān)控，對靠近站臺端口人員及時告警勸離、對違規(guī)行為進行警告取證，對工作人員出入進行規(guī)范化的管理、登記，達到對站臺端口無盲區(qū)封控和智能化管理要求，提升車站安全管理水平。

1.1 設(shè)計思路

結(jié)合站臺端口進出管道通道的具體情況，重新梳理了傳統(tǒng)人工監(jiān)測模式下的業(yè)務(wù)流程，根據(jù)自動化監(jiān)測應(yīng)用的具體需求，通過業(yè)務(wù)流程再造，提出了更加精細化、規(guī)范化的站臺兩端監(jiān)測告警系統(tǒng)。

采用一體化設(shè)計，升級現(xiàn)有站臺端口進出管理通道，為其加裝端口封控雷達[4]、夜視攝像和門禁設(shè)備等一體化管理系統(tǒng)，提高站臺端口安全管理水平。實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計安全可靠，易于維護，設(shè)備安裝不影響現(xiàn)有站臺外觀，不影響旅客乘車及行車安全，充分依托現(xiàn)有設(shè)施，減少不必要的施工。

采用3層架構(gòu)[5-6]：站臺級設(shè)備管控終端、智慧平臺服務(wù)器虛擬機、用戶終端。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)與智慧車站整體規(guī)劃的應(yīng)用架構(gòu)一致，一個車站部署一套軟件系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)屬于智慧車站平臺軟件的一個子系統(tǒng)。可實現(xiàn)對站臺進出端口的無死角覆蓋探測和出入門禁一體化管理，能夠?qū)`規(guī)出入人員進行告警、勸阻、報警和證據(jù)采集，對出入站臺工作人員和車輛監(jiān)控、識別、登記和安全提示，并在后臺集中形成管理日志，便于統(tǒng)一管理，從根本上提升車站站臺智能化管控和安全水平。

1.2 總體架構(gòu)

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.3 主要功能

系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

（1）車站端部端口侵入告警模塊，對站臺兩端出入口內(nèi)外5 m區(qū)域進行無縫覆蓋探測，根據(jù)站臺雷達探測設(shè)備上報的告警信息，在系統(tǒng)平臺上發(fā)出告警提示信息，并完成多種告警聯(lián)動，如聯(lián)動視頻監(jiān)控模塊，做視頻抓拍、視頻錄像、云臺轉(zhuǎn)動；聯(lián)動電子門禁系統(tǒng)關(guān)閉閘門；聯(lián)動電話、短信通知等操作。并可以向用戶終端界面推送報警提示，觸發(fā)工作人員做相關(guān)應(yīng)急處理。

（2）車站端部端口出入人員統(tǒng)計模塊，對站臺兩端出入人員進行主動監(jiān)測與識別，對于可識別人員，監(jiān)控軟件能夠顯示并記錄出入人員信息及出入時間信息，便于管理。系統(tǒng)管理員可以查看人員出入記錄，并作統(tǒng)計報表記錄，對于未識別人員進行報警處理。

（3）車站端部端口出入車輛統(tǒng)計模塊，對站臺兩端出入車輛進行主動監(jiān)測與識別，對于可識別車輛，監(jiān)控軟件能夠顯示并記錄出入車輛身份信息和出入時間信息，便于管理。系統(tǒng)管理員可以查看人員出入記錄，并作統(tǒng)計報表記錄。對于未識別車輛，進行報警處理。

（4）車站端部端口視頻監(jiān)控模塊，通過終端調(diào)用站臺兩端的視頻實時信息及歷史視頻信息，完成云平臺控制等視頻監(jiān)控功能，同時，可以通過與入侵告警模塊的聯(lián)動功能，實現(xiàn)云平臺控制、視頻信息收集回傳等，用于現(xiàn)場取證。

（5）車站端部端口電子門禁控制模塊，可以通過終端控制電子門禁系統(tǒng)的開關(guān)，與入侵告警模塊的聯(lián)動功能，實現(xiàn)入侵自動關(guān)閉門禁系統(tǒng)的功能，用于自動攔截。

2 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)采用微波雷達探測技術(shù)[7]探測靠近站臺兩端的人員和車輛，當識別出非正常接近行為時，發(fā)出聲光信號，警示其不要通過，如果非法出入，則向遠程控制中心發(fā)出警報信息，并調(diào)用視頻攝像頭拍攝違規(guī)行為。

核心的微波雷達探測設(shè)備采用多普勒雷達探測[8]體制，通過專門設(shè)計的微波雷達天線主動向預定的探測區(qū)域發(fā)射不影響人體健康的微量雷達波，并不斷地檢測回波信號，當探測區(qū)域內(nèi)闖入人員和車輛等移動物體時，檢測到的回波信號頻率就發(fā)生變化，通過檢測變化的回波頻率，就可以把闖入的人員和車輛等物體和周圍的靜態(tài)物體回波區(qū)分開[9]，從而判斷出有人員和車輛等活動的物體接近了站臺出入口。同時，分別采用5 m探測距離的雷達實現(xiàn)對接近人員或車輛的告警，1 m探測距離的雷達實現(xiàn)對違規(guī)即將通過出入口的人員和車輛的報警操作，通過射頻身份識別卡來識別工作人員和車輛，方便其自由出入，通過遙控器實現(xiàn)對其開關(guān)機和報警開關(guān)操作，方便出入口管理，將微波雷達探測信號與視頻攝像機聯(lián)動[10]，自動控制攝像機采集現(xiàn)場視頻信息，用于遠程監(jiān)控和取證，服務(wù)于秩序維護和執(zhí)法調(diào)度。

2.2 創(chuàng)新點

（1）站臺端口管控設(shè)備裝置模型。如圖3所示，每套站臺端口出入管控設(shè)備包括1組探測雷達（每部雷達覆蓋1～2 m距離，數(shù)量根據(jù)端口寬度而定），1部管控通信設(shè)備，1部用于現(xiàn)場指控的遙控器，1部夜視攝像球機、可選配電磁門鎖或車輛閘機，或用于控制已有設(shè)備工作。其中，管控通信設(shè)備內(nèi)設(shè)語音播報喇叭，用于越界語音提示，探測雷達采用地面嵌入式設(shè)計及防滑鋼化玻璃面板，內(nèi)設(shè)LED白色閃光燈，用于越界閃光提示。

圖3 站臺端口出入管控設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

（2）實現(xiàn)7×24 h自動檢測功能。系統(tǒng)可對站臺兩端出入口內(nèi)外5 m區(qū)域進行無縫覆蓋探測，對站臺兩端出入人員或車輛進行主動監(jiān)測與識別，達到有效管理，對違規(guī)闖入人員或者車輛進行勸阻、警告、及視頻抓拍聯(lián)動等操作，最大限度的實現(xiàn)了自動檢測任務(wù)。對于車站兩端安全防護和生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理起到了重要的支撐和推動作用。

（3）一體化管理服務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)與智慧車站總體規(guī)劃的應(yīng)用架構(gòu)是一致的，它屬于智慧車站平臺軟件的子系統(tǒng)。綜合利用智慧車站總體規(guī)劃，采用B/S架構(gòu)的模式部署在鐵路綜合計算機網(wǎng)上，服務(wù)器、PC終端等硬件設(shè)備共享智慧車站平臺的硬件設(shè)備。該子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲在智慧車站平臺數(shù)據(jù)庫，并且可以實現(xiàn)與報警數(shù)據(jù)聯(lián)動，為用戶提供站臺報警情況圖形化顯示界面。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

站臺兩端監(jiān)測告警系統(tǒng)已在青島站、青島北站實施，系統(tǒng)運行正常，可對站臺兩端出入口內(nèi)外5 m區(qū)域進行無縫覆蓋探測，最大限度的實現(xiàn)了自動檢測任務(wù)。對于車站兩端安全防護和生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理起到了重要的支撐和推動作用，達到了預期的應(yīng)用效果。

青島站為膠濟客運專線的終點站，共計10個站臺，只有列車出入一側(cè)的站臺端口（北端）需要監(jiān)控防護。青島站站臺端口出入管控設(shè)備安裝方案如圖4所示，在每個站臺北端口柵欄內(nèi)側(cè)安裝一套端口管控終端設(shè)備，包括1部管控通信設(shè)備，1部用于現(xiàn)場指控的遙控器，1部夜視攝像球機、1部電磁門鎖（選配），1組地面嵌入式安裝的雷達探測設(shè)備。其中，根據(jù)各站臺端口寬度，1站臺安裝10部雷達，2～3站臺安裝4部雷達，4～5站臺安裝7部雷達，6～7站臺安裝7部雷達，8～9站臺安裝7部雷達，10站臺安裝4部雷達。

圖4 青島站站臺端口出入管控設(shè)備實施方案示意圖

（1）實現(xiàn)了7×24 h不間斷的監(jiān)測管理。

（2）實現(xiàn)了視頻監(jiān)控的自動記錄。當站臺端部有非法人員進出時，可在綜控室實現(xiàn)全部站臺端部的越界視頻盯控。

（3）實現(xiàn)了智能動態(tài)報警機制。對非法越界人員實現(xiàn)動態(tài)報警警示，提示不允許跨越，避免人員錯誤進入站臺外側(cè)的安全隱患。

（4）實現(xiàn)了對車站工作人員在該區(qū)域作業(yè)的跟蹤管理。對于在站臺端部進行作業(yè)的人員，記錄跟蹤設(shè)備會自動進行預判和安全管控，從而保證了站臺端部作業(yè)安全可靠的進行，實現(xiàn)了智能化的檢測運用。

車站站臺兩端監(jiān)測告警系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景，隨著系統(tǒng)各功能模塊的不斷完善和發(fā)展，還可根據(jù)業(yè)務(wù)需要及技術(shù)發(fā)展增加其他業(yè)務(wù)模塊，促進鐵路客運管理向更高層次邁進。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計實現(xiàn)了一種基于微波雷達技術(shù)的站臺兩端監(jiān)測告警系統(tǒng)，無盲區(qū)封控技術(shù)和智能化管理技術(shù)相結(jié)合，有效降低人力成本、提升車站安全管理水平及智能化水平，解決站臺兩端出入管理的難題。使用地面雷達監(jiān)測、攝像取證、聲光電主動告警，電子門禁、智能化監(jiān)控和出入管理系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)了對車站站臺端口的智能化管理監(jiān)控，對靠近站臺端口人員實時告警勸離，對違規(guī)進出行為進行警告取證，對電子門禁實現(xiàn)聯(lián)動控制，達到對站臺端口無盲區(qū)封控和智能化管理要求，提升了車站的安全管理水平。