激光雷達在軌道交通站臺門安全防護中的應用

摘 要：自我國城市化建設以來，城市軌道交通發展較為迅速，我國地鐵行業對站臺門與列車門之間間隙安全防護也越來越重視，這使得對射式光柵檢測方式成為站臺門系統的標準配置，該方式能夠有效保證乘客在該間隙滯留的安全性。該檢測方法主要是以點對點的方式來實現，但在對其進行校準的過程中會出現一定的困難，且針對曲線站臺和間隙較大的站臺該方式存在檢測盲區。隨著我國科技技術的不斷發展，激光雷達檢測技術的穩定性與安全性大大提升，并且精度也有較大的提高，其在軌道交通站臺門安全防護方面有著廣闊的應用前景。

關鍵詞：激光雷達檢測技術；軌道交通站臺門；安全防護

中圖分類號：TN959.3 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）12-0044-03

Application of Lidar in Safety Protection of Rail Transit Platform Door

LE Mei，XIAO Yongqiang，DUAN WenJie，XIN Yin，WANG Jiajun

（Chongqing Metro （Group）Co.，Ltd.，Chongqing 401120，China）

Abstract：Since China’s urbanization construction，urban rail transit has developed rapidly，and the subway industry in China has paid more and more attention to the gap safety protection between platform doors and train doors. This makes the shooting grating detection method become the standard configuration of platform door system，which can effectively ensure the safety of passengers staying in the gap. The detection method is mainly implemented by point-to-point method，but there will be some difficulties in its calibration process，and there is a blind area for the curve platform and the platform with large gap. With the continuous development of science and technology in our country，the stability and safety of lidar detection technology has been greatly improved，and the accuracy has also been greatly improved. It has broad application prospects in the safety protection of platform doors of rail transit.

Keywords：lidar detection technology；rail transit platform door；safety protection

0 引 言

自2017年以來，我國有34座城市開通了軌道交通線路，并在此基礎上全部實施運行，運行長度長達5000公里。我國在進行城市化建設過程中，為了緩解交通壓力，大力提倡軌道交通，并先后在多個城市開通了100多條運營線路，其中軌道交通在廣州、上海以及北京等城市應用較為廣泛，對緩解我國交通壓力發揮了重要的作用。此外，我國采用激光雷達檢測技術對軌道交通站臺門進行安全檢測，以此提升軌道交通運營線路的安全性。

1 激光雷達系統工作原理與優點

1.1 激光雷達系統工作原理

激光雷達系統主要是通過激光束發射，對目標位置進行有效的探測，并在此基礎上對速度進行較大的探測[1]。此外，激光雷達系統與微波雷達有較高的相似度，其工作原理是：通過發射一定的信號對目標進行有效探測，信號主要是以激光束為主，把從目標反射的信號與發射信號進行詳細的比較，以此得到目標的一些相關信息，比如目標方位、發射位距離以及形狀等參數，這能夠對一些目標進行較大程度的識別與探測。激光雷達系統的掃描結構較為特殊，它有不同的層面，一般情況下我們將其分為4層，其中層與層之間會出現2度的夾角，以此形成一個6度的立體掃描面。在檢測過程中，激光雷達檢測技術主要使用TOF把激光發射到棱鏡中，在此過程中反射鏡通過旋轉形成一個掃描面，對掃描面中從不同點測量到的值進行有效檢測。

1.2 激光雷達優點

激光雷達檢測技術在應用中的優點主要表現在以下幾個方面[2]：第一，激光單一波長，衰減小，對環境有較強的干擾能力；第二，能夠通過一定的方法對被測物輪廓距離進行有效計算；第三，體積相對比較小，收發一體，并且在此基礎上安裝位置不固定，具有較大的靈活性，在檢測過程中可以深入限界；第四，激光雷達在檢測過程中使用功耗相對比較低，一般情況下小于3W；第五，安全防護區域可以根據需要進行有效的設定，在設定過程中應當根據配套控制系統來完成。

2 激光雷達技術的發展現狀

激光雷達對目標的探測主要是通過激光束的發射，對目標位置、速度以及形狀進行有效的探測。該檢測技術在我國航天、軍工以及測繪領域中應用廣泛并發揮著極為重要的作用，比如在軍工、國防工業領域中，激光雷達研究不斷深入并形成了一體化監測系統與多功能一體化系統。同時，其在城市規劃建設、礦山建設以及電力傳輸體等領域也發揮著重要作用。隨著我國科學技術的不斷發展，激光雷達檢測技術在傳統技術的基礎上不斷完善，在很大程度上降低了檢測成本，為我國軌道交通安全防護系統構建過程中引入該技術提供了技術支撐，為我國軌道交通的未來發展奠定了良好基礎。

3 激光雷達在軌道交通站臺門安全防護中的應用

3.1 激光雷達安裝位置

我國一些城市軌道交通有地鐵、單軌、輕軌等不同的形式，車站也有地下站和高架站，站臺門也有全高站臺門和半高站臺門，其中激光雷達安裝在站臺門門體側面下方，與滑動門保持一定的距離，光口斜角向上。每個站臺門單元配備一個激光雷達，其主要是對站臺門進行有效的防護，最大程度上保證乘客安全[3]。此外，在激光雷達安裝過程中，光口應安裝在凸出門外約5cm處，并且安裝于底部，此種安裝方式不會對車站站臺板和站臺門造成影響，并且不受站臺門類型的影響。

3.2 數據傳輸方式的選擇

激光雷達在軌道交通站臺門安全防護過程中，會受到一些因素的影響，其中主要的影響因素就是激光雷達和控制主機之間的數據交換，比如一些城市軌道交通線路客車采用8編組，每節車廂有4個車門，使用32臺激光雷達，在檢測過程中每秒通信量為1071360b，這就需要采用16M以上的通訊帶寬，以滿足激光雷達工作中的需要，100M以太網通訊寬帶能夠在站臺門中滿足其工作需要，在較大程度上提高軌道交通系統的安全性[4]。

3.3 控制系統的選擇

軌道交通系統運行量很大，算量也相對較為復雜，同時工程時間比較長，這大大增加了施工成本，而激光雷達系統的應用可以在較大程度上降低人力物力成本。激光雷達系統將運行過程中采集到的數據傳輸到電腦端，電腦通過數據對所有激光雷達運行能力進行系統的分析，并對所有數據進行有效的分析與管理。此外，若計算機無法對所有激光雷達進行數據分析，則激光雷達系統能夠使用服務器作為控制器的方法對激光雷達系統的正常運行提供有效的支持。除此之外，激光雷達系統在運行過程中需要穩定的運行環境，這就需要服務器系統使用雙機熱備方法對運行數據進行備份，若主機在運行時出現異常情況，則其能夠通過備份系統接替運行，并報警通知維修人員進行維修。

3.4 施工方案的確定

在進行方案設計過程中若要保證激光雷達系統的正常運行，則需要根據軌道交通線路實際情況來設計，這也是激光雷達系統正常運行的關鍵所在[5]。某些城市的軌道交通線路主要以輕軌線路為主，而這些軌道需要通過高架的形式構建，這就需要根據軌道交通線路的真實情況進行有效的方案設計，施工企業可以使用通過在屏蔽門邊框上鉆孔攻絲，把激光雷達固定在門左下方，走線與對射光電開關共同通過中空的型材走入線槽的設計方案。

3.5 防護區域的設定

在設計的過程中，需要保證車身在搖擺的情況下不對邊界造成影響，這就需要采用動態邊界防護算法對控制系統進行研發，通過設置兩個防護區域的方式來保證車身運行的安全性。其中，站臺門的延伸部分設置為固定防護區域A區，延伸部分到車身之間部分設置為動態防護邊界B區，在A區防護區進行設備的安裝，這就需要畸形數據參數的有效備份并將其傳輸至系統內部；B防護區主要是對列車進站停止后的位置進行有效測量，并在此基礎上進行車身邊界的生成，同時待列車出站后把區域數據清零，以此重復檢測。A區域與B區域的生成時間一般是在雷達同一掃描周期內。若列車進站后對車身位置進行掃描，B區域的生成通過車身外邊界來完成，此區域的生成形狀不同，這使列車進站與偏擺時對防護邊界產生較大的保護作用，實現了不同車輛有不同邊界，對不同載客量的列車進行有效保護，并且對進站位置邊界進行有效測量[6]。

3.6 激光雷達探測結果參與站臺門控制的實現

激光雷達系統在運行過程中，需要與站臺門控制方法保持一致，激光雷達系統運行數據通過控制系統進行全面處理并傳輸于雷達控制器，雷達控制器收到數據后將其輸入至站臺門門控單元。而傳輸過程對其輸入接口方式有一定的規定，并且對接口參數有較大的要求，其規定與要求主要表現在以下幾個方面[7]：第一，門控信號使用的方式主要以光電隔離為主，這在較大程度上不消耗原設備電流；第二，通過原站臺門所裝對射式光電開關接口接入與對射式光電開關信號兼容；第三，對開關安裝過程有較高的要求，需要保證設備能夠在激光雷達與射式光電開關之間進行有效的切換；第四，一般情況下，隔離電壓保持在2500V，并且在此基礎上要求輸出電流不能大于140mA，輸出頻率不能小于1000HZ。

4 激光雷達在軌道交通站臺門安全防護應用中的注意事項

軌道交通站臺一般情況下分為地下站臺與地上站臺，兩者在結構方面有較大的不同，其中屏蔽門與安全門在安裝過程中有較大的差異性，這是安裝者在安裝過程中需要注意的問題[8]。激光雷達探測器的安裝對系統的正常運行有較大的影響，這就需要在安裝過程中注意以下幾個問題：第一，安裝需要嚴格按照安裝規程完成，不能對門體結構造成不利影響；第二，激光雷達系統的安裝必須要便于后期養護與維修。

5 結 論

綜上所述，我國軌道交通站臺門通過激光雷達檢測技術，不但能夠提高乘客安全性，而且可以促進我國軌道交通運營線路的發展，為我國城市化建設奠定了基礎。軌道交通體系在運營過程中，要不斷完善軌道交通體系，把軌道交通站臺門安全防護體系與激光雷達檢測技術進行有效結合，保證其安全性。此外，在激光雷達的應用過程中，需要根據軌道交通的實際情況對其進行設計安裝，以保證其發揮最佳功能。

參考文獻：

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作者簡介：樂梅（1972.04-），女，漢族，總經理，正高級工程師，軌道交通專業碩士（在職）。研究方向：軌道交通運營安全。