視頻監(jiān)測(cè)及激光雷達(dá)技術(shù)在地鐵曲線站臺(tái)異物檢測(cè)中的應(yīng)用

文/陳偉標(biāo) 鄭子文

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)城市軌道交通快速建設(shè)，站臺(tái)門已廣泛應(yīng)用于地鐵、城際列車等軌道交通項(xiàng)目。由于地鐵線路或周邊環(huán)境的限制，部分車站站臺(tái)建設(shè)成曲線，列車在曲線站臺(tái)車站?？亢?，司機(jī)視線只能看到站臺(tái)部分位置，對(duì)站臺(tái)環(huán)境的人工檢測(cè)效率較低，原有的司機(jī)目視瞭望燈帶方法難以滿足探測(cè)需求，容易造成夾人、夾物事故發(fā)生，因此，站臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)需求極為迫切，車站急需可靠、準(zhǔn)確的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路中。近幾年視頻監(jiān)測(cè)及激光雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)已發(fā)展得較為成熟，并在國(guó)內(nèi)外地鐵線路運(yùn)行和推廣，本文就其中兩種技術(shù)的原理及應(yīng)用進(jìn)行研究分析，為后續(xù)的技術(shù)推廣和研究提供參考思路。

1 異物檢測(cè)原理

1.1 視頻監(jiān)測(cè)

地鐵車門與站臺(tái)門之間的空間異物視頻監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“視頻系統(tǒng)”），采用視頻圖像處理、圖像識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵站臺(tái)門與列車之間空間異物自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)報(bào)警功能。視頻系統(tǒng)站臺(tái)總體布置如圖1所示。在直線形站臺(tái)條件下，視頻系統(tǒng)利用小體積高清攝像頭（厚度≤3cm）自動(dòng)檢測(cè)判斷雙色光帶是否被異物遮擋來(lái)實(shí)現(xiàn)異物檢測(cè)；在弧形站臺(tái)條件下，視頻系統(tǒng)則利用直線站臺(tái)接力方案或多個(gè)攝像機(jī)分區(qū)域檢測(cè)辦法實(shí)現(xiàn)異物檢測(cè)，站臺(tái)曲線如圖2所示。采用“2個(gè)直線站臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)+中間部位增強(qiáng)監(jiān)測(cè)”的組合方案，解決曲線站臺(tái)的站臺(tái)門間隙的檢測(cè)精度不足和監(jiān)測(cè)效率低的問(wèn)題，視頻系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)如圖3所示。視頻系統(tǒng)配有超薄高清攝像機(jī)、雙色燈帶，檢測(cè)距離可達(dá)180m，檢測(cè)判斷時(shí)間小于2s，并提供可視報(bào)警信息。

圖1 地鐵視頻系統(tǒng)站臺(tái)總體布置

圖2 地鐵站臺(tái)曲線示意

圖3 視頻系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)

視頻系統(tǒng)在站臺(tái)門從打開(kāi)狀態(tài)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)后，分別利用車頭、車尾的2套攝像機(jī)快速識(shí)別對(duì)應(yīng)燈帶被遮擋情況，判斷站臺(tái)門與列車之間是否存在影響行車安全的異物：若存在異物，檢測(cè)結(jié)果顯示為警示標(biāo)志，如圖4所示，并發(fā)出警報(bào)聲音，提示司機(jī)勿動(dòng)車；如無(wú)異物，檢測(cè)結(jié)果顯示安全標(biāo)志，如圖5所示，提示司機(jī)可動(dòng)車。

圖4 地鐵站臺(tái)門關(guān)閉后視頻系統(tǒng)的警報(bào)界面

圖5 地鐵站臺(tái)門關(guān)閉后視頻系統(tǒng)的安全提示界面

1.2 激光雷達(dá)

激光雷達(dá)采用激光飛行時(shí)間測(cè)量法（TOF），由激光雷達(dá)發(fā)射紅外激光脈沖束，照射到檢測(cè)物后反射回到激光雷達(dá)，通過(guò)測(cè)量時(shí)間差計(jì)算出與物體之間的距離，激光雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)不同傾斜角度的棱鏡高速旋轉(zhuǎn)，將光束分散成照射96 度的 4 個(gè)掃描面，該系統(tǒng)集探測(cè)、報(bào)警、顯示及數(shù)據(jù)交換于一體，實(shí)現(xiàn)地鐵站臺(tái)門與列車之間無(wú)死角動(dòng)態(tài)立體探測(cè)（見(jiàn)圖6）。

圖6 地鐵站異物檢測(cè)的激光雷達(dá)檢測(cè)原理

基于激光雷達(dá)的站臺(tái)門與列車間隙探測(cè)系統(tǒng)主要由激光探測(cè)器、門控器、激光控制柜（含服務(wù)器、顯示器、軟件等）、電線電纜、端頭顯示單元及其他安裝附件等組成，具備可編程性，可結(jié)合站臺(tái)門體的安裝誤差及運(yùn)營(yíng)后受活塞風(fēng)、振動(dòng)等條件影響，對(duì)每次列車進(jìn)站并停站后的站臺(tái)門與列車間隙的基礎(chǔ)邊界條件（車輛邊界、站臺(tái)門邊界等）進(jìn)行劃定，設(shè)置的邊界可通過(guò)軟件修改作出適當(dāng)調(diào)整。

通過(guò)4層光幕的掃描面，在站臺(tái)門外側(cè)與列車門體之間建立動(dòng)態(tài)立體防護(hù)區(qū)域，自動(dòng)判別進(jìn)站車輛編組數(shù)，詳見(jiàn)圖7。

圖7 激光雷達(dá)系統(tǒng)光幕掃描示意

視頻系統(tǒng)所有設(shè)備均采用工業(yè)級(jí)光纖環(huán)網(wǎng)串聯(lián)（如圖8所示），具備冗余及自愈功能，任意節(jié)點(diǎn)故障不影響設(shè)備運(yùn)行。

圖8 激光雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)布線

當(dāng)激光雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)到異物時(shí)，端門顯示器的聲光報(bào)警燈會(huì)有紅燈閃爍并有間隙蜂鳴聲，同時(shí)對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門會(huì)在端門顯示器界面閃爍并出現(xiàn)紅色提示動(dòng)畫，有利于故障的快速鎖定。

2 應(yīng)用對(duì)比

視頻系統(tǒng)已在地鐵車站使用多年，應(yīng)用效果良好，穩(wěn)定性高。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備在設(shè)備數(shù)量、體積、檢測(cè)范圍、精度等方面的缺陷，安裝快捷、維護(hù)簡(jiǎn)單，可視化程度高，信息豐富、結(jié)果直觀，自動(dòng)檢測(cè)速度快，相對(duì)現(xiàn)行檢測(cè)方式可節(jié)省大量時(shí)間、增加發(fā)車頻率，提高運(yùn)營(yíng)效率；新型雙色燈帶視覺(jué)效果更好，不易漏檢（相對(duì)于人工和自動(dòng)檢測(cè)）；設(shè)備投入費(fèi)用少，在價(jià)格與性能間達(dá)到很好的平衡，性價(jià)比高。

激光雷達(dá)系統(tǒng)采用的激光雷達(dá)安全等級(jí)為一級(jí)，發(fā)射的激光人眼看不見(jiàn)，可以直視且沒(méi)有任何安全問(wèn)題，不會(huì)干擾乘客及司機(jī)，也不會(huì)影響其他設(shè)備的正常工作；且激光束的方向性極好，光能集中且傳輸效率非常高，在發(fā)射功率相同的條件下，激光功率密度是紅外對(duì)射探測(cè)器功率密度的數(shù)百倍，不受背景、溫度等環(huán)境影響，同時(shí)激光束的單色性極好，抗外界雜散光和電磁干擾的能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

激光雷達(dá)系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)對(duì)比如表1所示。

表1 激光雷達(dá)系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)性能對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)和激光雷達(dá)技術(shù)的原理及應(yīng)用進(jìn)行研究分析，這兩種技術(shù)在地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)用經(jīng)過(guò)了多年論證，已相對(duì)成熟，視頻系統(tǒng)和激光雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性好，可有效提高地鐵運(yùn)行效率與安全性，具有良好的應(yīng)用前景。