地鐵站臺(tái)門激光掃描障礙物檢測(cè)研究

伴隨著社會(huì)不斷進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)，更多城市展開大規(guī)模的地鐵工程建設(shè)。在地鐵工程中，車站內(nèi)各類防護(hù)設(shè)施的種類豐富，其中尤為重要的是站臺(tái)門裝置。站臺(tái)門的可靠性對(duì)于保障列車的安全和準(zhǔn)時(shí)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。為了有效避免障礙物影響站臺(tái)門的正常運(yùn)行，需要通過對(duì)站臺(tái)門與車門之間的縫隙進(jìn)行高效、精確的檢測(cè)，判斷出當(dāng)車門與站臺(tái)門均處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，該縫隙是否存在異物，不僅能夠防止異物對(duì)車輛正常行駛造成干擾，還能避免可能出現(xiàn)的人身傷害事故。本文將對(duì)地鐵站臺(tái)門激光掃描障礙物檢測(cè)展開研究，為相關(guān)工作提供有價(jià)值的參考。

一、引言

伴隨著我國科技及經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提升，站臺(tái)門障礙物檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)也呈現(xiàn)出多元化的特征。在目前的地鐵工程中，應(yīng)用的站臺(tái)門障礙物檢測(cè)系統(tǒng)有激光對(duì)射裝置以及紅外對(duì)射設(shè)備等。由于地鐵運(yùn)行中會(huì)受到各類干擾因素的影響，障礙物檢測(cè)系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象，對(duì)列車的高效運(yùn)行造成不利影響。除此之外，在上班和下班時(shí)段的高峰期內(nèi)，由于乘客們普遍追求時(shí)間效率，會(huì)出現(xiàn)沖門事件以及大量過分擁擠上車的情況，使站臺(tái)門夾人夾物的頻率顯著上升，直接影響到列車的準(zhǔn)點(diǎn)率，乘客受傷的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。因此，研發(fā)出能適應(yīng)地鐵運(yùn)行環(huán)境，應(yīng)用精確檢測(cè)與穩(wěn)定運(yùn)行的激光掃描設(shè)備顯得非常重要。

二、地鐵站臺(tái)門障礙物檢測(cè)的重要性

在地鐵站點(diǎn)內(nèi)部設(shè)施建設(shè)中，站臺(tái)門尤為關(guān)鍵，能夠?qū)④囌镜墓矃^(qū)域與作業(yè)區(qū)域相互隔離，同時(shí)也能夠?qū)⑺淼儡壍绤^(qū)域及候車區(qū)有效分隔，有效降低噪聲、減緩風(fēng)速，而且為乘客創(chuàng)造出舒適、安全的等候環(huán)境。從站臺(tái)門啟動(dòng)直至列車順利通過，站臺(tái)門關(guān)閉，整個(gè)過程耗費(fèi)時(shí)間在5至10秒。在關(guān)鍵性的關(guān)門階段，常有乘客為搭乘本次列車而邁開步伐疾行至門邊企圖迅速進(jìn)入車廂，有時(shí)會(huì)發(fā)生乘客成功進(jìn)入車廂內(nèi)部，但其衣物或背包等物品被夾于車門外的狀況，也可能出現(xiàn)車門已經(jīng)關(guān)閉，但乘客卻被困在車門與站臺(tái)門之間，或衣物、包帶卡在站臺(tái)門中間。盡管站臺(tái)門本身的控制系統(tǒng)具有防夾功能，但防夾功能對(duì)異物存在一定的厚度要求。衣物、背包帶等細(xì)小且超薄的物品，由于體積過小，站臺(tái)門的防夾功能難以實(shí)現(xiàn)對(duì)此類物體的精確感應(yīng)和檢測(cè)。當(dāng)車門與站臺(tái)門全部緊閉的情況下，兩者之間會(huì)構(gòu)成一個(gè)嚴(yán)密的狹小空間，在特定情況下，這個(gè)空間可能會(huì)成為安全隱患源頭。一旦該空間中被兒童或者身體瘦小的乘客占據(jù)，無論是被擠在兩扇門板之間，還是衣物或背包上的小物件被卡在門縫中，都有可能給乘客帶來傷害風(fēng)險(xiǎn)。隨著地鐵系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)于站臺(tái)門障礙物檢測(cè)系統(tǒng)性能的要求也在逐步提升，特別是對(duì)識(shí)別檢測(cè)物體的精度以及判定準(zhǔn)確性的要求達(dá)到了前所未有的高度。因此，有必要深入研究更為高效的障礙物檢測(cè)技術(shù)，有效地應(yīng)對(duì)當(dāng)前所面臨的問題，保證列車的安全運(yùn)行。

三、激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在地鐵站臺(tái)門障礙物檢測(cè)中，激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，便于操作，不需要復(fù)雜的設(shè)備支持，對(duì)場(chǎng)地要求不高。

第二，檢測(cè)精確度高，激光波長(zhǎng)較短，不受環(huán)境光條件的限制，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且精準(zhǔn)的追蹤位置。

第三，可在目標(biāo)移動(dòng)過程中掃描，有效區(qū)分不同物體，實(shí)際應(yīng)用中可行性較高。

第四，檢測(cè)速度快，能夠及時(shí)處理復(fù)雜光線反射所形成的圖像。不需要頻繁成像獲取物體位置信息，測(cè)量精度保持在較高水平。

第五，設(shè)備安裝在站臺(tái)門頂部，不會(huì)影響行車線路，確保行車安全。

第六，掃描范圍廣，杜絕因位置過高或過低而導(dǎo)致無法準(zhǔn)確檢測(cè)的情況。

四、激光掃描技術(shù)工作原理

激光掃描技術(shù)的功能包括高精度掃描與顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車身以及艙門的全面三維掃描。該技術(shù)發(fā)出的光線在任何情況下均無法被肉眼察覺，確保使用過程中的絕對(duì)安全，無論是設(shè)備本身，還是乘客及駕駛者，均不會(huì)受到任何影響。激光掃描使用脈沖飛行時(shí)間的技術(shù)，運(yùn)用高強(qiáng)度的激光脈沖來精確測(cè)量目標(biāo)距離。首先通過對(duì)被探測(cè)物體發(fā)出的脈沖信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)捕捉，在目標(biāo)表面產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)特的反射體。借助接收機(jī)強(qiáng)大的功能，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行高效且準(zhǔn)確的檢測(cè)識(shí)別。在兩個(gè)物體間的距離測(cè)量中，需要一定的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量，還需考慮介質(zhì)中的光速。通過這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)的運(yùn)算能夠得出被測(cè)物體之間的實(shí)際距離。依據(jù)發(fā)射功率的精確測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，在單位面積內(nèi)所擁有的能量密度，激光相較于傳統(tǒng)的探測(cè)器高出數(shù)百倍，不會(huì)受到背景噪聲等環(huán)境因素干擾。旋轉(zhuǎn)棱鏡，可將原本集中的激光束均勻地散射至不同方位，形成一道扇形光譜。在此基礎(chǔ)之上，制作四組光幕，每一組光幕的光柱數(shù)量達(dá)到16，377根每秒，即便目標(biāo)僅有3厘米，也能準(zhǔn)確無誤地檢測(cè)。

五、激光掃描系統(tǒng)構(gòu)成

激光掃描系統(tǒng)主要由以下兩個(gè)部分構(gòu)成。

（一）信號(hào)處理模塊

信號(hào)處理模塊中包括了激光探測(cè)器、光電接收單元以及信號(hào)處理系統(tǒng)。其主要功能在于對(duì)車廂內(nèi)部各類傳感器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行精確且高效采集、編碼、壓縮與解碼等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)站臺(tái)門實(shí)時(shí)位置信息的全面掌握。信號(hào)處理中涉及的關(guān)鍵部件包括了檢測(cè)傳感器（光接收模塊以及電源模塊）、光電追蹤/掃描系統(tǒng)（CCD和激光器等）以及通信線纜等。

（二）功能模塊

功能模塊主要由目標(biāo)檢測(cè)模塊以及信息管理系統(tǒng)兩部分組成。模塊中包含多個(gè)關(guān)鍵的子模塊，包括車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置、數(shù)據(jù)處理中心以及圖像存儲(chǔ)芯片等。這些子模塊的功能主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)站點(diǎn)大門運(yùn)行狀況進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精細(xì)化管理。

六、激光掃描系統(tǒng)的安裝與應(yīng)用

激光掃描系統(tǒng)的安裝需要參照掃描距離與車身邊界兩方面的因素。在掃描儀配置與安裝時(shí)，應(yīng)基于站臺(tái)門的結(jié)構(gòu)及布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，將主要部分安裝于站臺(tái)門的頂部外殼之上，并重視位于軌道側(cè)面區(qū)域中的位置選擇。從站臺(tái)門的視角出發(fā)，滑動(dòng)門的寬度一般為2米，對(duì)于雷達(dá)掃描儀而言，其掃描角度設(shè)定為48度，在滑動(dòng)門的上方，雷達(dá)設(shè)備的安裝位置需至少高于上層0.9米。考慮到實(shí)際安裝中難以避免的安裝誤差，在確定安裝位置以及地面高度時(shí)，應(yīng)確保兩者之間保持至少3米的間隔，確保100%的遮蔽效果。根據(jù)科學(xué)的計(jì)算方法，可以得出相應(yīng)的掃描距離。綜合考慮應(yīng)用場(chǎng)景，可以設(shè)置特定的暗區(qū)作為保護(hù)區(qū)。在此基礎(chǔ)上，通過高精度激光掃描儀器，在光線充足的環(huán)境中，系統(tǒng)能夠不受任何外部因素的干擾，具有卓越的抗干擾性能。在實(shí)際應(yīng)用中，在地鐵站安裝并測(cè)試激光雷達(dá)掃描裝置，記錄近10萬輛車次的通行數(shù)據(jù)。經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，錯(cuò)誤報(bào)告率達(dá)到零。激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用有助于有效預(yù)防車輛夾人事件的發(fā)生，同時(shí)也能對(duì)異物進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，為乘客的出行安全以及車輛運(yùn)營的穩(wěn)定性提供可靠的保障。

七、結(jié)束語

總而言之，地鐵站臺(tái)門障礙物檢測(cè)系統(tǒng)所面臨的環(huán)境極為復(fù)雜，包括列車行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、隧道內(nèi)飄散的粉塵以及車體外表面對(duì)于光線的漫反射等，都有可能對(duì)檢測(cè)設(shè)備的精準(zhǔn)度產(chǎn)生負(fù)面影響。為了保障列車正常運(yùn)行安全性及可靠性，確保乘客的人身安全，提升運(yùn)營效率，有必要深入研究并開發(fā)適用于地鐵站臺(tái)門的激光掃描障礙物檢測(cè)系統(tǒng)。通過這種方式，不僅可以有效地提高檢測(cè)的精確度，降低誤報(bào)的可能性，還能為列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持，為乘客營造更為舒適、安全的地鐵出行條件。

作者單位：深圳市地鐵集團(tuán)有限公司客運(yùn)三分公司綜合設(shè)備維修二車間