站臺門與列車車門間異物探測裝置的探討

侯妍君，李鑫磊，申樟虹

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100044）

0 引言

保障乘客的出行安全是軌道交通運營的重中之重。站臺門的出現(xiàn)就是為了進一步保障乘客出行安全。為了保障乘客候車的舒適性與安全性，站臺門在廣州地鐵2號線首次開始使用。隨著使用頻次的增加，站臺門與列車車門之間的間隙逐漸成為影響軌道交通運營安全的區(qū)域。近3年來，北京、上海、青島等地均發(fā)生有站臺門與車門間隙夾人事件[1]。

為防止發(fā)生類似的安全事故，對站臺門系統(tǒng)做了一系列的改進。在設備上，通過給站臺門加上防夾擋板、防夾燈帶等設施，從硬件上降低人員被夾的風險，增加異物被檢測到的概率；在管理上，要求司機停站后需下車瞭望，降低事故發(fā)生概率。但以上方法在應對未來無人駕駛情形時顯得非常無力。因此，有必要尋找檢測效率更高、檢測手段更加準確的機械檢測方式。本文設計了一款新型異物檢測裝置，不改變其機械結構，有效地規(guī)避了傳統(tǒng)異物探測裝置最窄的安裝空間，易適應曲線或直線站臺等多種站臺形式，增加了激光探測器的選擇范圍及發(fā)射光束的數(shù)量，進一步提高了激光探測裝置檢測的準確性。

1 線路防夾設施使用現(xiàn)狀

早晚高峰時段，北京、上海、廣州地鐵長期處于高負荷運轉。雖然規(guī)范已經優(yōu)化了車門與站臺門之間的間隙，但在大客流時段，依然存在列車關門瞬間發(fā)生物品或小孩被擠至列車車門與站臺門之間的可能，有可能引發(fā)危險事故。為了保障乘客乘車安全，既有線路先后嘗試了幾種不同形式的防夾裝置，下面對各種既有防夾裝置的適用情況進行分析。

1.1 物理防夾裝置

物理防夾裝置主要包括燈帶、防爬板和防夾擋板[2-4]。

（1）燈帶

列車司機通過肉眼觀察判斷車尾燈帶是否連續(xù)，確認燈帶顯示完整后方可啟動列車。燈帶的安裝不得侵入車輛的動態(tài)包絡線。目前，燈帶裝置應用于北京地鐵7號線、9號線等多條線路。

（2）防爬板、防夾擋板

防爬板和防夾擋板位于站臺門下部，以上兩個裝置的原理均為列車、站臺門關閉時，若該間隙內有人員或物品，站臺門無法關閉。由于站臺門和車門存在聯(lián)鎖，若站臺門無法關閉，列車不會發(fā)車。但該裝置的防夾范圍有限，若站臺門成功關閉后，此時車門未關閉，乘客被擠壓后退到車門外時，仍有夾人或夾物風險。

1.2 激光、紅外防夾裝置

激光、紅外防夾裝置包括紅外對射防夾裝置[5]、激光防夾裝置[6]。紅外對射防夾裝置和激光防夾裝置均是在站臺門上加裝激光或紅外對射裝置，一旦有人員或物品遮擋對射光線，即認為車門與站臺門之間存在異物，觸發(fā)報警裝置。但該裝置對環(huán)境要求較高，區(qū)間因輪軌磨耗等問題會存在金屬粉塵等問題，且該裝置安裝于站臺門上，受振動的影響較大，適應環(huán)境的能力較差。此外，為保證站臺門檢測的有效覆蓋，該裝置延站臺縱向安裝，檢測裝置的有效安裝范圍僅為限界允許的25 mm，安裝空間狹小，也就造成其檢測空間十分有限，激光束多為單束多點對射，僅可保證對射區(qū)域的安全，無法全面覆蓋檢測區(qū)域，存在較大的檢測盲區(qū)。綜合以上原因，該類型防夾裝置的誤報率較高。

1.3 應用問題

目前，物理防夾裝置和激光、紅外防夾裝置均無法做到無死角檢測站臺門與車門之間的間隙。在既有線路改造過程中，加設防夾裝置均需要核查既有線路的設備限界，核查難度較大。此外，防夾裝置均安裝于軌行區(qū)部分，工作環(huán)境較差，易受到車輛運行振動、風壓等影響，導致檢測區(qū)域出現(xiàn)偏差，出現(xiàn)檢測盲區(qū)。部分物理檢測裝置仍需要依賴站務員或司機的配合，難以適應未來無人駕駛的環(huán)境；而激光、紅外防夾裝置在檢測上對環(huán)境的要求較高，誤報率較高。因此，站臺門與車門之間的間隙探測裝置仍具有較大的發(fā)展和研究空間。

2 新型站臺門異物檢測裝置的設想

根據以上分析，物理防夾裝置和激光、紅外防夾裝置在使用環(huán)境上要求較高，檢測覆蓋范圍相對較小。為了解決上述問題，設計了一款新型防夾裝置，可有效檢測站臺門與車門之間的間隙[7]。

該裝置由異物檢測裝置A、線路傳輸裝置B、位置顯示裝置D組成，如圖1所示。異物檢測裝置A對稱地放置在站臺門兩側，并自動檢查站臺門與列車車門之間是否有異物，檢測信息經處理后，通過傳輸裝置B傳送到顯示裝置D，借助顯示裝置D顯示故障信息。

圖1 新型異物檢測裝置

圖2 異物檢測裝置詳圖

如圖2所示，檢測的關鍵部件異物檢測裝置A是由前蓋A4、外殼A7、玻璃擋片A5、激光測距傳感器（內部）、電路板（A6內置）、后蓋A6組成。由于激光檢測裝置對工作環(huán)境要求較為苛刻，因此，需將激光檢測裝置放置于A7外殼內，保證其有一個較為干凈整潔的工作環(huán)境。考慮到目前地鐵列車多為鼓形車體，站臺以下部分限界向軌道中心線處收縮，設備限界與站臺邊緣之間存在異物檢測設備的安裝空間。為進一步保證本裝置不侵入設備安裝限界，在站臺門底部向下800 mm位置開槽，并將A1固定于底部安裝槽，進一步減小本裝置的安裝空間。

裝置安裝完成狀態(tài)如圖1所示。A7內的激光測距裝置經調試后，剛好避開站臺門下部毛刷等障礙物，打到站臺門中部位置，以保證本裝置可正常使用。

當車門與站臺門關閉后，異物檢測裝置開始工作，通過安裝在站臺板下A位置的激光探測器裝置發(fā)射測距激光，快速檢測并判斷該縫隙中是否有物體存在。當激光探測裝置檢測到由異物存在時，將該信號傳遞至放置在站臺上的屏幕顯示裝置。由于該組激光探測器為每個門安裝一個，因此，站臺側的顯示屏D上會顯示具體幾號車廂的第幾個車門出現(xiàn)故障并報警。列車員發(fā)現(xiàn)故障后，由列車員就地處理或通知車站工作人員對出現(xiàn)故障的車門進行處理，待清除異物并確認安全后，車輛出站，異物檢測裝置關閉。

目前主要激光測距技術包括脈沖法、相位法、干涉法三種[8]。不同方法間優(yōu)勢劣勢對比如表1所示。

表1 脈沖法、相位法、干涉法對比分析

經過上述對比分析，地鐵車站的單側站臺門長度多為200 m左右，適合采用相位法完成測距。因此，上述裝置中激光探測器的主要工作原理為：利用相位法進行距離計算。

由于發(fā)射端至乘客或其他遮擋物品的相對距離較近，在激光傳輸過程中，受到環(huán)境介質、光衍射角的影響較小。激光發(fā)射過程中，激光發(fā)射端發(fā)射光較為密集，可理解為是由多個小光點組成的一個大光點。在行走過程中，發(fā)射端至目標端形成一個線性的光斑，該光斑是由多個激光點漫反射組成的，如圖3所示。當光斑到達障礙物后，同樣通過光的漫反射至接收端，通過兩個波段之間的相位差，計算出障礙物距離探測器之間的長度，原理如圖4所示。

圖3 激光漫反射路徑

圖4 相位法測距原理

由于異物組成遠大于激光發(fā)射光點的大小，若激光探測器的接收端收到較為密集的光點，則可證明該間隙中存在異物。若無法收到光點或收到非常少量的光電，即可證明該間隙中不存在異物。

傳統(tǒng)探測器通常安裝于站臺裝修面完成面以上300～900 mm[9]。傳統(tǒng)探測器因受鼓型車體及站臺門設備限界限制，導致其安裝范圍異常狹窄。其激光探測器的原則局限范圍較大。而本設計方案安裝于站臺門下端，有效規(guī)避了限界最窄范圍，為設備的安裝尋找到較大的空間，增大了激光傳感器的選擇范圍，發(fā)射激光束的圓截面比傳統(tǒng)探測器更大，檢測的準確性更高。

3 結束語

經過上述分析可知，因受到車輛限界及站臺門安裝范圍的限制，異物探測裝置的安裝范圍非常有限，由此導致的激光探測器發(fā)射的光束相對非常局限。本文設計的探測裝置有效規(guī)避了傳統(tǒng)異物探測裝置最窄的安裝空間，且該裝置安裝于站臺板上，受車輛走行振動的影響較小。較大的激光探測器安裝空間有效增加了激光探測器的選擇范圍及發(fā)射光束的數(shù)量，進一步提高了激光探測裝置檢測的準確性。該裝置為站臺門與車門之間的異物探測裝置提供了一套新的解決思路及解決裝置，可應用于無人駕駛列車，適應范圍較廣，可實施性較強。