郭禹

摘 要：为了确保行车安全、地铁站台门系统的设计需满足地铁设计规范关于设备和安装不能超出限界的要求。因此站台门关闭后，站台门与车门之间必定存在一定的间隙，该间隙可以容下儿童或身材瘦小的乘客，当站台门和车门关闭后如果有人进入该间隙，列车和信号系统不能察觉并启动车辆时必定产生重大伤人事件。车站有效站台设置安全防护探测装置，探测站台上的安全门与车辆之间通道间隙。确保实现对被困乘客的有效检测，以防止夹人事故的发生，确保运营、行车安全。考察红外、激光、雷达防夹系统在北京及其它地方地铁中的应用及使用效果并在北京地铁7号线进行测试，为北京地铁设置更有效的防夹系统提供参考。

关键词：地铁;站台门防夹;激光雷达

中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）10-0067-03

1 既有探测系统概况

目前国内地铁站台门与列车车体间隙保护措施主要有以下两种方案，包括：物理方案和激光或红外方案[1]。其中物理方案为预防性措施，包括站台门滑动门轨道侧倾斜防护斜挡板和防护横撑、防夹挡板、防踏空、车尾灯带（辅助司机瞭望）[2]。红外或激光探测装置均由光栅、接收器、发射器、安装立柱、控制主机、控制盒等组成。红外或激光方案探测原理均为利用光的直线传播原理，设发射端和接收端，通过光线是否被障碍物遮挡，判断是否存在障碍物[3，4]。北京地铁既有线间隙探测系统使用情况如表1所示。

综上所述，北京既有线加装间隙探测系统存在如下问题：

（1）激光对射装置适用于地下站、地面站及高架站遇到雨雪天气及阳光直射会对光栅对射的干扰非常大，使用效果极差[5]。（2）激光对射装置，精度太高，误报率高，且存在一定的盲区，目前已基本停止使用。（3）红外探测装置或激光对射装置在使用中的大多数故障主要为设备自身故障，如继电器故障等。（4）激光对射装置不能定位，红外对射装置能定位但不能显示，给运营工作带来不便。（5）激光探测装置、红外探测装置在随着使用次数增加，系统误报率也逐渐升高，到后期基本都处于停用状态，不能满足初期的使用要求。（6）安装受限界及风压影响较大，小限界地铁线路多数都无法安装。

鉴于上述背景及实际应用情况，本文提出激光雷达扫描方案，可以实现避开限界局限范围、不存在盲区、探测范围可覆盖整个站台门与车门之间的间隙、可以定位等传统的红外对射和激光对射无法实现的功能。

2 激光雷达探测方法

激光雷达探测技术，是利用激光雷达作为末端探测装置，安装于轨行区站台门顶部，探测装置自带模拟软件，可实现对探测到的信息进行收集、分析、判断，并预警。激光雷达探测是由旋转光学机构将激光脉冲向扫描角度内的各个方向扫描而形成二维扫描面，计时器测定激光束从发射到接收的时间差，根据光的传播速度，处理器会把延迟时间转换成相应的距离，并记录存储激光回收数据，通过软件模拟计算，并与边界条件进行对比分析，进而确定遮挡物的大小及位置信息。

2.1 工作原理

激光雷达探测器内置马达高速运转，将一定强度的激光，通过一定角度的光学机构发射出如图1所示的二维扇形光幕，照射到障碍物表面后，发生漫反射，部分光会损失掉，另一部分光反射回激光探测器。当反射回来的光达到一定设定阈值，就可以作为判断依据。阀值由激光雷达探测器内部模拟分析软件算法进行定义。

2.2 系统构成

系统主要由激光雷达探测器、控制主机、就地控制器等组成。激光雷达探测器：负责执行探测功能，自带模拟计算软件，可确定遮挡物的大小及位置信息。控制主机：是激光雷达探测系统的控制中枢，负责控制雷达探测器的启停、障碍物信息报警及上传，提供系统与相关接口专业的接口位置。就地控制器：具备障碍物信息的声光报警提示，系统旁路操作等功能。系统构成如图2所示。

2.3 系统功能及工作流程

2.3.1 激光雷达间隙探测装置实现的功能

（1）激光雷达探测器配置模拟软件，具备边界条件自学习功能;（2）具备障碍物探测功能;（3）能精准定位障碍物所在的滑动门位置;（4）系统接入信号系统，并具备独立的旁路功能;（5）系统具备故障自诊断并报警功能;（6）运行状态显示及声光报警提示;（7）事件及报警记录自动存储及查询;（8）系统具备手动和自动两种操作功能。

2.3.2 激光雷达系统探测流程

激光雷达探测装置独立成系统，信号系统在发送站台门关门命令同时发送“启动探测”命令给激光雷达间隙探测系统，激光雷达间隙探测系统启动工作。信号系统在发出“启动探测”命令后开始计时5s（可调），一旦检测到激光雷达间隙探测系统反馈的“有障碍物信息”，重新启动计时，直到持续5s（可调）计时内一直没有检测到障碍物且站台门及车门关闭锁紧后，允许发车;否则信号系统不允许发车，并通知人工处理。

3 实验案例

3.1 測试设备安装及相关要求

为检测激光雷达产品实际运用情况，拟在7号线东延黄厂村站、黑庄户站增设激光雷达探测装置，测试为每侧站台车尾相邻2个车厢。测试装置由激光雷达传达器、雷达终端及安装支架等构成，设备工作流程如下：探测装置接收到雷达红外传感器“车辆进入”指令，探测系统进入工作状态;接收到雷达红外传感器“车辆离开”指令后，探测系统停止有效探测。探测装置恢复自我探测阶段和等待下一列车到来状态。

在工作状态时，当所有探测装置探测到站台门与列车间隙中无乘客或物品时，探测装置将其“探测正常结果”反馈间隙探测终端设备;当探测装置探测到有障碍物时，探测装置将其“探测报警结果”反馈激光雷达探测终端设备系统，并在系统中可查询到相关记录。

以7号线东延为例，8节编组，每节设置4道滑动门，每侧设置32道滑动门（测试为每站每侧8个滑动门）。

3.2 安装位置

（1）激光雷达传达器及红外传感器：鉴于现有的工程条件，激光雷达传感器及红外传感器均考虑安装于土建风道梁下方，由供货商自行结合现场情况进行安装，同时保证不得侵入车辆限界，安装牢固，不得影响正常的行车，如图3所示。（2）激光探测设备终端：激光雷达探测终端（工控机柜）为每站每侧设置1个控制柜，设置于站台门设备室，即每个站台门设备室设置两个工控机柜，工控机柜大小为800×800×1500（长×宽×高）。结合既有的设备室条件，布置如图4、图5所示。

3.3 与其它系统接口

与动力照明系统的接口;接口方式：一路220V，50Hz;接口位置：位于照明配电室双电源切换箱断路器下口。

3.4 电缆敷设要求

（1）电缆及电线选择时工作电压应满足：电线系统标称电压不低于0.45/0.75kV;电缆系统标称电压不低于0.6/1kV，所有正线试验缆线均为低烟无卤铠装耐火电缆（电线）。（2）动力配电箱至间隙探测设备的线缆采用铜芯电缆或电线穿钢管暗敷设在地板垫层、顶板和墙内。（3）车站内管线排布应整齐，固定点间距均匀，要求遵循横平竖直原则。正线测试正线设备安装计划10天（工作日），预计正线测试时间为90天。

3.5 激光雷达间隙探测系统与激光

红外对射装置实验结果对比表2所示。

经分析，激光雷达探测技术具有探测范围盲区小、抗干扰能力较强、安装位置限界要求较低、可靠性較高、能够精确分析障碍物类型和位置、可以环境自学习等优点。但是也存在如下缺点：尚无安全评估认证、造价相对较高、国内尚无工程实例。

4 建议

根据激光雷达间隙探测系统与传统激光（红外）对射装置的比较，以及激光雷达间隙探测系统的三种布置方案比较结果，考虑到以下因素：

（1）新线均采用全自动驾驶模式，间隙探测系统需进信号系统安全回路，对系统可靠性和安全性要求较高。理论上，激光雷达间隙探测方案由于探测区域覆盖面广，盲区小，相比激光（红外）对射方案安全性和可靠性更高。（2）激光雷达间隙探测系统安装在门体顶部，限界条件相对宽松。（3）激光雷达间隙探测系统造价较高，且国内地铁尚无实际工程经验。

5 结语

综上所述，建议对激光雷达间隙探测系统根据试点情况验证系统的安全性和可靠性后确定推广方式。并持续关注系统的安全评估认证问题。

参考文献

[1] 周蔚然.轨道交通地下车站屏蔽门与列车间隙的分析探讨[J].地下工程隧道，2008（3）：52.

[2] 陈新艳.屏蔽门系统与土建接口的若干问题[J].铁道工程学报，2010（2）：77.

[3] 施仲衡.地铁设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[4] 陈韶章.城市轨道交通站名屏蔽门系统技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5] 刘博洋，梁洪峰.新型固态化激光雷达技术综述[J].科技创新导报，2016（13）：64-67.