视频监测及激光雷达技术在地铁曲线站台异物检测中的应用

文/陈伟标 郑子文

0 引言

随着经济快速发展，我国城市轨道交通快速建设，站台门已广泛应用于地铁、城际列车等轨道交通项目。由于地铁线路或周边环境的限制，部分车站站台建设成曲线，列车在曲线站台车站停靠后，司机视线只能看到站台部分位置，对站台环境的人工检测效率较低，原有的司机目视瞭望灯带方法难以满足探测需求，容易造成夹人、夹物事故发生，因此，站台自动检测技术需求极为迫切，车站急需可靠、准确的检测技术应用到实际运营线路中。近几年视频监测及激光雷达检测技术已发展得较为成熟，并在国内外地铁线路运行和推广，本文就其中两种技术的原理及应用进行研究分析，为后续的技术推广和研究提供参考思路。

1 异物检测原理

1.1 视频监测

地铁车门与站台门之间的空间异物视频监测报警系统（以下简称“视频系统”），采用视频图像处理、图像识别等技术，实现对地铁站台门与列车之间空间异物自动检测和监测报警功能。视频系统站台总体布置如图1所示。在直线形站台条件下，视频系统利用小体积高清摄像头（厚度≤3cm）自动检测判断双色光带是否被异物遮挡来实现异物检测；在弧形站台条件下，视频系统则利用直线站台接力方案或多个摄像机分区域检测办法实现异物检测，站台曲线如图2所示。采用“2个直线站台监测系统+中间部位增强监测”的组合方案，解决曲线站台的站台门间隙的检测精度不足和监测效率低的问题，视频系统检测结构如图3所示。视频系统配有超薄高清摄像机、双色灯带，检测距离可达180m，检测判断时间小于2s，并提供可视报警信息。

图1 地铁视频系统站台总体布置

图2 地铁站台曲线示意

图3 视频系统检测结构

视频系统在站台门从打开状态进入关闭状态后，分别利用车头、车尾的2套摄像机快速识别对应灯带被遮挡情况，判断站台门与列车之间是否存在影响行车安全的异物：若存在异物，检测结果显示为警示标志，如图4所示，并发出警报声音，提示司机勿动车；如无异物，检测结果显示安全标志，如图5所示，提示司机可动车。

图4 地铁站台门关闭后视频系统的警报界面

图5 地铁站台门关闭后视频系统的安全提示界面

1.2 激光雷达

激光雷达采用激光飞行时间测量法（TOF），由激光雷达发射红外激光脉冲束，照射到检测物后反射回到激光雷达，通过测量时间差计算出与物体之间的距离，激光雷达系统通过不同倾斜角度的棱镜高速旋转，将光束分散成照射96 度的 4 个扫描面，该系统集探测、报警、显示及数据交换于一体，实现地铁站台门与列车之间无死角动态立体探测（见图6）。

图6 地铁站异物检测的激光雷达检测原理

基于激光雷达的站台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，具备可编程性，可结合站台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站台门与列车间隙的基础边界条件（车辆边界、站台门边界等）进行划定，设置的边界可通过软件修改作出适当调整。

通过4层光幕的扫描面，在站台门外侧与列车门体之间建立动态立体防护区域，自动判别进站车辆编组数，详见图7。

图7 激光雷达系统光幕扫描示意

视频系统所有设备均采用工业级光纤环网串联（如图8所示），具备冗余及自愈功能，任意节点故障不影响设备运行。

图8 激光雷达检测系统布线

当激光雷达系统检测到异物时，端门显示器的声光报警灯会有红灯闪烁并有间隙蜂鸣声，同时对应的站台门会在端门显示器界面闪烁并出现红色提示动画，有利于故障的快速锁定。

2 应用对比

视频系统已在地铁车站使用多年，应用效果良好，稳定性高。该系统克服了传统检测设备在设备数量、体积、检测范围、精度等方面的缺陷，安装快捷、维护简单，可视化程度高，信息丰富、结果直观，自动检测速度快，相对现行检测方式可节省大量时间、增加发车频率，提高运营效率；新型双色灯带视觉效果更好，不易漏检（相对于人工和自动检测）；设备投入费用少，在价格与性能间达到很好的平衡，性价比高。

激光雷达系统采用的激光雷达安全等级为一级，发射的激光人眼看不见，可以直视且没有任何安全问题，不会干扰乘客及司机，也不会影响其他设备的正常工作；且激光束的方向性极好，光能集中且传输效率非常高，在发射功率相同的条件下，激光功率密度是红外对射探测器功率密度的数百倍，不受背景、温度等环境影响，同时激光束的单色性极好，抗外界杂散光和电磁干扰的能力强，具有较强的抗干扰能力。

激光雷达系统与视频系统对比如表1所示。

表1 激光雷达系统与视频系统的监测性能对比

3 结语

本文对视频监测技术和激光雷达技术的原理及应用进行研究分析，这两种技术在地铁实际运营中的应用经过了多年论证，已相对成熟，视频系统和激光雷达系统检测的准确性、稳定性好，可有效提高地铁运行效率与安全性，具有良好的应用前景。