廖巧云

中國(guó)中車株洲電機(jī)機(jī)車有限公司，湖南株洲 412001

高架單軌觀光車防撞系統(tǒng)的研究

廖巧云

中國(guó)中車株洲電機(jī)機(jī)車有限公司，湖南株洲 412001

高架觀光單軌車多車在同一環(huán)形軌道上運(yùn)行時(shí)需重點(diǎn)考慮其安全距離，以防止碰撞。其多運(yùn)行于山區(qū)且多彎道，周圍環(huán)境因素對(duì)防撞系統(tǒng)干擾較大，防止誤動(dòng)作是防撞系統(tǒng)的關(guān)鍵。多種方法比較，闡明了視覺防撞系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

高架單軌觀光車；視覺；防撞系統(tǒng)；安全距離

高架單軌觀光車是指用于景區(qū)旅游觀光或小區(qū)域特色專用運(yùn)輸?shù)男⌒蛦诬壗煌ㄏ到y(tǒng)，有別于城市軌道交通，其速度基本在15km/h以下，多為人工駕駛，其控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)相應(yīng)信號(hào)系統(tǒng)。當(dāng)多車在同一環(huán)形軌道上運(yùn)行時(shí)需要考慮安全運(yùn)行距離，以防止碰撞給設(shè)備和游客帶來(lái)傷害。

傳統(tǒng)的防撞一般采用紅外線對(duì)射、超聲波對(duì)射、激光掃描雷達(dá)，但是由于觀光車一般運(yùn)行在山區(qū)，軌道為箱型鋼軌，且運(yùn)行軌道存在＞20米的彎曲半徑和〈10%的坡度，其運(yùn)行環(huán)境（主要指雨霧、強(qiáng)光、軌旁樹木花草、戶外高溫、不規(guī)則的風(fēng)、振動(dòng)、防護(hù)柵欄、彎道）易使其產(chǎn)品誤動(dòng)作或者檢測(cè)不到。近年隨著機(jī)器視覺的發(fā)展，讓其識(shí)別特定的標(biāo)識(shí)物，并根據(jù)相應(yīng)的特征參數(shù)計(jì)算出距離，可以有效地防止誤動(dòng)作，提高了防撞系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性。

1 傳統(tǒng)的防撞方式

傳統(tǒng)的防撞方式一般是在高架單軌觀光車的車頭、車尾（運(yùn)行在其前方的車）安裝紅外線/超聲波接收、發(fā)射裝置或者激光掃描雷達(dá)。采用對(duì)射的方式主要是為了避免其他物體的反射，使其產(chǎn)生誤動(dòng)作。

器件關(guān)鍵參數(shù)的選擇。高架單軌游覽車的正常制動(dòng)距離≤15m，緊急制動(dòng)距離≤7.5m，故其安全運(yùn)行距離選擇在30m。根據(jù)軌道拐彎半徑及其坡度計(jì)算其視角應(yīng)當(dāng)±43°（見圖1）。

故器件的關(guān)鍵選型參數(shù)為：工作距離7.5～30米，視角45°。

防撞系統(tǒng)的基本工作原理（詳見圖2），PLC根據(jù)器件反饋的距離，對(duì)變頻器做出相應(yīng)的動(dòng)作指示，防撞系統(tǒng)動(dòng)作如表1所示。

圖1 器件視角選擇

圖2 防撞系統(tǒng)基本工作原理

表1 防撞系統(tǒng)對(duì)應(yīng)動(dòng)作表

傳統(tǒng)防撞方式的試驗(yàn)結(jié)果如下。

相應(yīng)器件安裝在觀光車上后，按照15km/h在試驗(yàn)線上運(yùn)行，試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果如下表2。

表2 試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果

紅外線主要對(duì)強(qiáng)光、高溫、振動(dòng)敏感，易產(chǎn)生誤動(dòng)作，且前后車更換后需要重新調(diào)整安裝位置。超聲波在提高安裝高度后，主要對(duì)不規(guī)則的強(qiáng)風(fēng)敏感，易產(chǎn)生誤動(dòng)作，而且前后車更換要調(diào)整位置。激光掃描雷達(dá)主要對(duì)軌道旁的花木、及其周邊防護(hù)墻體等無(wú)法識(shí)別，容易產(chǎn)生誤動(dòng)作。

為了適應(yīng)彎道和距離等工況需要，相應(yīng)器件的工作距離和視角都較大，可以選擇的范圍收到限制。

為保證車輛的順暢運(yùn)行，避免緊急制動(dòng)給游客帶來(lái)的恐慌，以上防撞方式存在缺陷。

2 機(jī)器視覺防撞系統(tǒng)

機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

攝像機(jī)：拍攝頻率25Hz，視角45°，視距＞30米。此方案中為了安裝方便，將光源加在攝像機(jī)側(cè)。

工業(yè)計(jì)算機(jī)：防震動(dòng)，計(jì)算輸出響應(yīng)時(shí)間≤20ms。

檢測(cè)目標(biāo)：前方車輛尾部的本公司的LOGO（公司在輸出產(chǎn)品時(shí)均會(huì)在同一位置噴繪本公司LOGO）。

與控制系統(tǒng)接口：根據(jù)計(jì)算軟件得出的距離參數(shù)，動(dòng)作輸出同表1，相應(yīng)輸出3個(gè)繼電器信號(hào)?？紤]到該信號(hào)為安全信號(hào)，繼電器信號(hào)為常閉點(diǎn)，且進(jìn)行組合使用，用BOOL形式表示如表3。

U2

A

1674-6708（2015）148-0129-01