城市軌道交通車輛段/停車場周界報警系統方案選型分析

黃霽

摘 要：車輛段/停車場作為城市軌道交通的“車庫”，在線路運營中發揮著至關重要的作用。因此，保障車輛段/停車場的正常運營是保障軌道交通線路乃至線網安全、可靠運營的重要前提。為實現對周圍環境實時有效的監控，防止閑雜人員或物體的入侵，需在車輛段/停車場周界設施上安裝周界報警系統。該文首先對目前常用的周界報警系統，從技術原理上進行了簡要地介紹。接著針對車輛段/停車場的特點，并結合實際案例，對在進行周界報警系統建設時，關于技術方案選擇的若干原則進行了詳細討論。該文對于城市軌道交通車輛段/停車場周界報警系統的建設具有一定的指導意義。

關鍵詞：城市軌道交通車輛段 停車場周界報警系統

中圖分類號：U213 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0038-03

隨著國家社會經濟的蓬勃發展，城市人口亦跟隨城市化進程的腳步急劇增加。為緩解交通擁堵及環境惡化等社會問題，許多城市尤其是大中型城市都在如火如荼地進行著城市軌道交通的建設，其他尚未建設軌道交通線路的城市也呈現躍躍欲試之勢。此外，就單個城市來看（如北京、上海、廣州、深圳等），得益于國家對于基礎設施建設的重視，軌道交通線路建設的步伐越來越快，軌道交通線網規模急劇擴大，運營客流急劇膨脹。因其安全便捷、舒適環保等優點，軌道交通已逐漸成為各城市居民生產生活必不可少的出行工具。因此，保障城市軌道交通線安全、可靠的運行，已成為各城市軌道交通線路運營單位工作的重中之重。

車輛段/停車場作為城市軌道交通的“車庫”，除了承擔車輛的停放、檢修、保養之外，許多線路的列車編組、調度等工作也在此完成。因此，車輛段/停車場在線路正常運營中發揮著十分重要的作用。此外，在許多情況下，線路的控制中心（OCC）、物資總庫、變電所等重要處所也放置于車輛段/停車場內。由此可見，保證車輛段/停車場的安全有序運營，是保障城市軌道交通線路安全、可靠運行的重要前提。

1 原理介紹

為保障車輛段/停車場的正常運營，避免外來閑雜人員的無意闖入或惡意入侵，車輛段/停車場周界除設置圍蔽設施外，一般還應在圍蔽設施上布設周界報警系統，保證對車輛段/停車場周界的實時智能監控。目前，周界報警系統主要采用以下幾種方案進行建設：振動光纖方案、振動電纜方案、紅外對射方案、激光對射方案、地埋電纜方案、微波探測方案。

1.1 振動光纖

振動光纖周界報警系統可以分為基于多模光纖技術的光纖周界報警系統、基于干涉原理的分布式光纖傳感入侵系統、基于光時域反射定位（OTDR）技術的光纖周界報警系統、基于光纖光柵傳感技術的光纖周界報警系統。其基本原理可以總結為圖1所示。

發射激光器發射光信號通過傳感光纖傳輸，當傳感光纖受到外部干擾時，光纖中傳輸光的部分特性（例如相位、波長、衰減、極化、傳播時間、模場分布等）就會發生變化。經過對光信號的采集與分析后，就能檢測光的該特性變化。然后再通過報警控制器的特殊算法和分析處理，區分第三方入侵行為與正常干擾，實現報警及定位功能。

1.2 振動電纜

振動電纜周界報警系統實現原理如圖2所示。

其前端探測傳感部分由振動電纜和前端處理器串聯而成，振動電纜中含有振動傳感器等元件。當振動電纜檢測到干擾信號后，將此信號發送至前端處理器，然后傳遞給數據采集模塊并輸入中央計算機對該干擾信號進行分析，通過特殊的算法處理后識別出有效的干擾信號，并進行報警和定位等后續聯動功能。

1.3 紅外對射

紅外對射報警系統可分為主動紅外對射報警系統和被動紅外對射報警系統。其中，被動紅外對射報警系統是指通過探測人體或其他物體發射出來的紅外線來實現探測報警的系統。主動紅外對射報警系統的原理可表示為圖3所示。

主動紅外對射報警又叫“光束遮斷式感應器”（Photoelectric Beam Detector），顧名思義，其實現原理主要是通過檢查光束遮斷來實現探測報警。如上圖，紅外線發射模塊持續的發射紅外線光束，紅外線接收模塊對光束進行接收。一旦有物體從中間通過，對紅外線光束進行遮擋，接收模塊就將此擾動信號發送至數據采集模塊，然后通過計算機對此信號進行分析計算，確認為有效擾動信號后進行報警等后續工作。

1.4 激光對射

激光對射報警系統的實現原理與主動紅外對射報警系統基本一致，只是其發射和接收光源變成了激光，關于其工作過程此處不再贅述。

1.5 地埋感應電纜

地面感應電纜，其本質類似于漏泄同軸電纜。將一段作為發射源的泄露同軸電纜淺埋于地下，距其一定距離的地方并行埋設另一根漏泄同軸電纜作為信號的接收裝置，這樣便在兩根漏泄電纜之間形成一個穩定的磁場區域，即監控區。當有人或其他物體進入磁場區域時，引起電磁場變化，經分析確認后觸發報警裝置，從而實現對磁場覆蓋的區域的實時監控。其原理見圖4。

1.6 微波探測

微波探測報警系統可分為雷達式微波探測系統和墻式微波探測系統。其中，雷達式微波探測系統基于多普勒效應實現，微波信號遇到移動物體反射后會產生多普勒效應，即經反射后的微波信號與發射波信號的頻率會產生微小的偏移。當系統檢測到該偏移時，經分析確認后進行報警等工作。墻式微波探測系統相對更適合與車輛段/停車場周界報警系統，其原理見圖5。

微波發射模塊持續地發射出定向性很好的調制微波束，微波接收模塊對該微波信號進行接收，從而在微波發射和接收模塊之間形成一個微波場，即監控區。當監控區中有阻擋物或探測目標時，由于破壞了微波的正常傳播，使接收到的微波信號有所變化。微波接收模塊將此變化信號傳輸給中央計算機，經分析計算后進行報警等后續工作。

2 方案選擇

2.1 車輛段/停車場特點

首先，車輛段/停車場一般地域相對偏僻，且大多數位于地面之上（部分還會進行上蓋物業開發），很容易受到外來人員或動物的入侵；其次，車輛段/停車場空間面積較大，周界長度一般在2～4km，門衛處經常有人員及車輛經過，出入段線處列車會頻繁出入；再次，車輛段/停車場周界輪廓一般為不規則的形狀，且大多數還存在各個位置的地面高度不一致的情況。但大體上與“酒瓶”非常相似，列車軌道在出入段線處形成一個匯聚。

2.2 需解決的問題

為保證車輛段/停車場的正常運營，周界報警系統應能有效解決以下問題：

（1）由于車輛段/停車場一般位于地面之上，因此，周界報警系統應能正確識別并剔除均勻性環境沖擊造成的鐵絲網的持續振動，如刮風、下雨、下雪、雷電、車輛通行不報警。

（2）周界報警系統應能正確識別并剔除偶然性的環境因素產生的誤報，如樹枝的拍打等。

（3）周界報警裝置應能正確匹配圍蔽設施的特性。

（4）因車輛段/停車場周界周長并不是很長，周界報警系統應能精確顯示報警位置，定位精度不應大于10米。

2.3 選擇原則

由于周界報警系統存在多種技術方案，在進行車輛段/停車場周界報警系統建設時應從以下幾個方面進行綜合考慮：

（1）適用性，在進行方案選擇時，應充分考慮車輛段/停車場的環境及周界設施的特性。當車輛段/停車場位于地面上時，應充分考慮設備對于室外環境、天氣的適應性。所選系統方案設備應能滿足車輛段/停車場周界形狀不規則、位置高度不一致等特點。此外，系統方案還應與周界設施的特性進行匹配。例如，當周界設施為柔性金屬網時，考慮到技術方案、設備安裝等特性，采用振動光纖或振動電纜則相對紅外對射或激光對射更為適合。

（2）誤、漏報率，由于車輛段/停車場地域偏僻，設備貴重，安保值班人員需對周界環境進行全天24小時監控。因此，系統方案應具備比較低的漏、誤報率，降低安保值班人員的工作負荷。此外，由于車輛段/停車場來往人員、車輛繁多，且位于地面時，非常容易受到大風、大雨、雷電等天氣因素及周圍環境因素（如綠化植物）的影響，系統方案應能有效剔除這些外來干擾的影響，當真正有人或其他物體的入侵時，能進行可靠的報警等工作。

振動感應電或振動光纜需依附周界設施敷設，對周邊環境沒有具體要求當有人企圖攀爬和剪斷圍欄時，不可避免地會引起圍欄的振動，圍欄會將這種振動傳遞給綁定在圍欄上的振動傳感器或振動光纜，檢測出振動后即通過系統發出報警信號。由于振動感應式電/光纜可環繞任意形狀的境界區域，不受地形和地面平坦度等因素的影響，其探測靈敏度也不受環境溫度、濕度、風雨煙塵等惡劣氣候條件的影響，漏報和誤報率低，是十分理想的周界探測設備。地埋感應電纜預埋在周界地面以下，構成一個立體空間的防范區域，當有人跨越時產生報警信號。基本不受天氣影響，但是受周邊環境影響比較大，防區內流動的地表水和移動的金屬物體容易引起誤報。此類探測器在現有的探測技術中，漏報率最低，相對更適用于野外無人看守需要隱蔽安裝或者有比較寬闊范圍的場地環境。對于微波探測報警方案，其探測器的發射器與接收器之間的距離一般會影響到探測率。微波探測方案更適用于周圍環境開闊平坦，沒有樹木、湖泊、金屬物等，并且不能經常有人和車輛經過的地方。其受天氣的影響比較大，地面高低起伏不平點會產生探測死角。主動紅外對射或激光對射報警系統受天氣的影響比較大，如霧、雪、雨、風沙及空中漂浮物等。而且，由于跨越或鉆過紅外線/激光相對容易，因此這類探測器的漏報率比較高，其更適用于室內或受天氣影響小的區域。

（3）定位精度，車輛段/停車場內部設備貴重，與線路乃至線網行車安全密切相關。特別對于出入段線區域，必須禁止閑雜人員或物體隨意闖入。當周界報警系統進行報警時，安保值班人員應能及時準確地進行處理。因此，針對車輛段/停車場地域廣、周界長等特點，周界報警系統必須具備精確定位功能。

目前，振動光纖和振動電纜周界報警系統基本能實現對入侵信號的定位，不過在定位精度上有所差異。振動光纖方案的定位精度一般100m左右，而振動電纜方案的定位精度則相對更為精確，一般能達到10m左右，有些廠商的設備甚至能達到1m的定位精度。此外，地埋感應電纜周界報警系統亦能實現對入侵信號的定位，定位精度理論上能達到5m左右。而其他基于紅外對射、激光對射和微波探測的周界報警系統，由于其實現原理特點，基本上只能確定入侵位置位于某對信號發射模塊和接收模塊之間，而無法實現精確定位。

（4）投資比選，城市軌道交通作為一項公共基礎設施，在進行方案選擇時，其建設成本也應該作為一項必不可少的考慮因素。建設成本主要可分為設備材料費和工程實施費兩部分。在進行方案選擇時，可以根據以往工程經驗，確定設備材料費和工程實施費的大概區間，同時還能夠通過對設備廠商進行詢價等方法，進一步確定設備材料費的區間。不過，就目前來看，隨著技術的進步以及市場競爭日趨激烈，如果周界報警系統要達到相對理想的效果，各種技術方案的建設成本差別不是很大。

（5）工程實施，在進行技術方案的選擇時，工程實施的難易程度也是一個不可忽視的因素。工程實施的難易度不僅影響到工程實施費的額度，而且對工期以及施工過程控制存在巨大影響。

就前述幾種技術方案來看，振動光纖和振動電纜報警系統需在整個車輛段/停車場周界設施上利用扎帶等材料捆綁在圍網上，安裝和布線簡單，工程實施極為簡便；紅外對射、激光對射以及微博探測報警系統需在車輛段周界每隔一定距離（依地形和探測距離確定）設置一對前端探測模塊，布線工程量大，施工相對復雜；地埋電纜報警系統需要沿車輛段/停車場周界開挖一條或兩條電纜溝敷設漏泄電纜，布線較為簡單，但工程實施難度較大。

（6）運營維護，為了保證系統建好后能持續穩定可靠的運行，城市軌道交通運維人員需定期對系統設備進行運營維護。因此，為了方便運維人員對系統進行維保，在系統建設時應盡量考慮采用易于運營維護的技術方案。

總的來看，振動光纖和振動電纜在敷設完畢以后，運營維護方便簡單，工作量低，如果鐵絲網出現松動等情況，可以通過軟件設置匹配鐵絲網振動特性，保證振動光纖和振動電纜的靈敏度；紅外對射和激光激光對射報警系統在安裝完畢后，因為要定時清洗前端發射、接收模塊，維護量相對較大；地埋電纜敷設完畢后，基本不需維護，但是，若地埋電纜發生破壞，檢測和維護將會很麻煩；微波探測器安裝完畢后，其維護量則相對很小。

2.4 實用案例

在前述內容的基礎上，該章節結合廣州市軌道交通13號線官湖車輛段周界報警系統的建設情況進行簡要描述。

官湖車輛段位于13號線線路的東端，官湖站的南側，段址位于新塘鎮官湖村境內，環城路（新107國道）、石新公路及新沙大道包夾的地塊，整個地塊大致呈東西走向，占地面積約41公頃，周界長度約3.6km。車輛段建設于地面之上，并進行上蓋物業開發。車輛段共設置兩個出入口，即主出入口和次出入口。車輛段內設置13號線控制中心、物資總庫、主變電所、牽引變電所等處所。

由此可見，官湖車輛段符合前述所說的“位置偏僻、面積大、周界長、內部設備貴重、地處地面之上”等特點。因此，根據方案選擇的若干原則分析，官湖車輛段周界報警系統采用振動電纜方案進行建設，目前已完成設備招標。

3 結語

隨著城市軌道交通的迅速發展，保障各線路安全可靠的運營已成為各城市軌道交通運營單位的首要任務。車輛段/停車場作為軌道交通的“車庫”，在城市軌道交通中發揮著至關重要的作用。保障車輛段/停車場的正常運營成為保障各線路乃至線網安全可靠運營的重要前提。

該文對幾種常用的周界報警系統技術方案從實現原理上進行了簡要的介紹，并針對軌道交通車輛段/停車場周界報警系統在建設方案選擇時應遵循的若干原則進行了詳細描述。并以廣州市軌道交通13號線為例進行了實例說明。

當然，車輛段/停車場安防系統應是一個綜合的安保系統，周界報警系統僅作為其中的子系統之一，其還應配合視頻監控系統、廣播系統等其他系統完成系統的多重聯動功能。同時，技術方案僅能從物理上給安保系統提供一個實現手段，運營單位還需從管理等多方面保障車輛段/停車場的正常運營。

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