广州地铁同福西站屏蔽门与列车间隙探测实践

刘鑫美

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510030）

1 工程概况

同福西站为分离岛式地下3层车站，属于广州地铁2、8号线。由于线路曲线进站原因（曲率半径350m），左线进站端存在较大曲线站台，站台有效范围内端部站台最大加宽量约70mm，涉及端部9个屏蔽门单元。由于线路曲率半径及站台边缘加宽量大，曲线进站涉及9个屏蔽门，滑动门单元被其他门单元遮挡，司机无法通过观察瞭望灯带的方式判断屏蔽门与列车间隙是否夹人、夹物，存在安全隐患，因此需要设置电气式探测装置。经比选，该站采用基于激光扫描的屏蔽门与列车间隙探测系统。

2 探测系统原理

激光扫描广泛应用于高速公路、轨道交通、安防、工业自动化等领域，其基本原理是基于激光飞行时间测量法（TOF），由激光探头发射红外激光脉冲束，照射到检测物后反射回激光探头，通过测量时间差计算出与物体之间的距离[1]。该站选用的激光探测器为收发一体探头，激光探头可通过不同倾斜角度的棱镜高速旋转，将光束分成4个扫描面，循环扫描实现一定范围的立体扫描空间，如图1所示。

图1 激光扫描原理图

3 系统组成及安装布置

基于激光扫描的屏蔽门与列车间隙探测系统主要由激光探测器、门控器、激光控制柜（含服务器、显示器、软件等）、电线电缆、端头显示单元及其他安装附件等组成。系统具备可编程性，可结合屏蔽门门体的安装误差及运营后受活塞风、振动等条件影响，对每次列车进站并停站后的屏蔽门与列车间隙的基础边界条件（车辆边界、屏蔽门边界等）进行划定，设置的边界可通过软件修改适当调整[2]。

每个滑动门单元均设置1个激光探测器，同福西站一共设置9个探头，安装于被探测滑动门单元右侧固定门正上方顶箱活动盖板空间内。每个激光探测器均设有单门盘路开关，位于该单元滑动门活动盖板的右侧下端，便于站务人员操作，类似于屏蔽门自身的LCB操作盒。

激光探测系统在屏蔽门设备房增加1个柜子，柜内设置有2台服务器、1台环网交换机光纤通信端子，外形尺寸为800mm×600mm×1000mm（宽×深×高），与屏蔽门PSC、电源柜等原有柜体并列布置。激光探测从设备房到各个激光探测器的电线电缆与原屏蔽门顶箱内的线槽共用。

端头显示单元安装于发车端端门位置，供司机查看及操作，设有液晶显示区、相关按钮、指示灯、钥匙开关。指示灯有电源工作状态指示灯、障碍物报警声光指示灯，按钮有单侧误报消除带灯按钮，开关有整侧盘路钥匙开关。

3.1 与屏蔽门机械接口

考虑到后期检修维护方便，激光探测器应具备站台侧的检修维护的条件。激光扫描仪安装在被探测滑动门单元相邻侧的固定门或应急门的顶箱后盖板，后盖板需要开孔，尺寸约130mm×100mm。激光探测器支架上端固定在屏蔽门角钢上方，激光雷达头从顶箱内穿过后封板伸入轨行区，设置有专用支架，该支架上下部与门体结构角钢固定连接，可实现X、Y、Z方向调节，安装检修维护时只需打开活动盖板就能操作。另外，考虑到与屏蔽门绝缘及轨行区存在震动等情况，激光扫描仪固定支架通过5mm减振垫与门体相连，激光雷达固定在微调底座上，雷达与微调支架之间绝缘垫耐压可达1kV。激光探测器安装示意图如图2、图3所示。

图2 激光探测器安装示意

3.2 与屏蔽门电气接口

图3 激光探测器安装支架示意图

激光探测系统与屏蔽门的电气接口主要包括系统电源配电，障碍物探测输出报警信号与屏蔽门原安全回路的接口设计两部分。

（1）配电方面。激光探测器的探头工作电压为DC 24V，每个探头功率约为5W，考虑到激光探测器频繁地通电、断电会影响探头的使用寿命，激光探测器的电源从屏蔽门控制电源馈线回路引出，原屏蔽门控制电源增加馈线回路。设备房控制柜的工作电压为AC 220V，从屏蔽门自带的照明配电箱馈线回路取电，满足探测系统需要。

（2）安全回路方面。探测系统作为屏蔽门系统的一个子系统，其系统输入信号为屏蔽门整侧关闭且锁紧信号，输出信号为障碍物探测的报警信号。整侧屏蔽门障碍物探测系统总报警信息接入屏蔽门系统每侧安全回路，探测到存在障碍物时，断开屏蔽门安全回路，信号系统将提示不能发车。安全回路与障碍物探测报警的原理图如图4所示。图中，PK1为障碍物探测系统输出继电器；PK为障碍物探测系统报警输出继电器；K1为屏蔽门关闭且锁紧继电器；K2为安全回路输出继电器；ZPL为整侧障碍物探测系统旁路开关。①屏蔽门处于关闭且锁紧状态且列车未进站前，PK1始终处于吸合状态，防止因PK故障导致安全回路断开，列车无法进站，提高系统可用性；②当列车进站后，所有屏蔽门打开，探测系统输出PK1继电器失电，屏蔽门关闭且锁紧继电器K1失电，触点断开，安全回路断开，列车不会开出。③乘客上下车完毕，屏蔽门收到关门命令且处于关闭且锁紧状态，K1导通，激光探测系统收到输入信号，并开始有效检测。检测到异物时，系统的障碍物报警输出继电器PK失电，PK触点断开，K2继电器失电，K2触点断开，安全回路断开，列车将不能发车。系统同时报警，接到报警后由站务人员现场处置。若未探测到有异物，PK线圈得电，触点吸合，K2得电，K2触点吸合，安全回路导通，列车正常发车。④当列车完全驶离车站100mm（可调，通过激光探头判断车体运行）后，系统障碍物探测系统输出继电器PK1线圈得电，PK1触点吸合，此时相当于探测系统被旁路，提高了系统可用性。⑤ZPL开关为总旁路开关，切换总旁路位置，触点吸合，K2继电器常开触点短路，激光探测系统对安全回路不起作用，但此时障碍物探测系统还可通过端头门显示器报警，辅助司机判断是否存在障碍物。

图4 激光探测系统与安全回路原理图

4 系统技术特点及优点

（1）采用收发一体式激光探头，探头具备顶置式安装条件，不会侵入限界，安全性高。

（2）每个激光探测器为4束光幕，形成立体探测，探测范围广，无实质盲区。

（3）采用模拟量探测器，可通过软件对探测对象的边界适时调整，具备可编程性，能更好地适应隧道震动、活塞风压及车体停车状态等客观因素随时变化，受外部环境影响小，可靠性高，误报率低。

（4）激光探头光束采用一级光源，为不可见光，人眼可以直视，不会对乘客及司机产生伤害。

（5）系统可实现单侧旁路及单门旁路功能，单门盘路不影响系统运行，整侧盘路后仍具备辅助报警功能。

（6）系统响应时间快，从系统输入信号至输入报警信号，响应时间≤100ms。

5 结束语

随着地铁客流的不断增加及曲线站台不可避免的出现，屏蔽门与列车间隙探测的必要性、可靠性、安全性也越来越受到建设者及设计者的重视。文章从实践角度出发，系统介绍了基于激光扫描的屏蔽门与列车间隙探测技术在同福西站的应用，该站已于2019年12月28日开通运营，目前运营状况良好。