劉鑫美

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510030）

1 工程概況

同福西站為分離島式地下3層車站，屬于廣州地鐵2、8號(hào)線。由于線路曲線進(jìn)站原因（曲率半徑350m），左線進(jìn)站端存在較大曲線站臺(tái)，站臺(tái)有效范圍內(nèi)端部站臺(tái)最大加寬量約70mm，涉及端部9個(gè)屏蔽門單元。由于線路曲率半徑及站臺(tái)邊緣加寬量大，曲線進(jìn)站涉及9個(gè)屏蔽門，滑動(dòng)門單元被其他門單元遮擋，司機(jī)無法通過觀察瞭望燈帶的方式判斷屏蔽門與列車間隙是否夾人、夾物，存在安全隱患，因此需要設(shè)置電氣式探測裝置。經(jīng)比選，該站采用基于激光掃描的屏蔽門與列車間隙探測系統(tǒng)。

2 探測系統(tǒng)原理

激光掃描廣泛應(yīng)用于高速公路、軌道交通、安防、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，其基本原理是基于激光飛行時(shí)間測量法（TOF），由激光探頭發(fā)射紅外激光脈沖束，照射到檢測物后反射回激光探頭，通過測量時(shí)間差計(jì)算出與物體之間的距離[1]。該站選用的激光探測器為收發(fā)一體探頭，激光探頭可通過不同傾斜角度的棱鏡高速旋轉(zhuǎn)，將光束分成4個(gè)掃描面，循環(huán)掃描實(shí)現(xiàn)一定范圍的立體掃描空間，如圖1所示。

圖1 激光掃描原理圖

3 系統(tǒng)組成及安裝布置

基于激光掃描的屏蔽門與列車間隙探測系統(tǒng)主要由激光探測器、門控器、激光控制柜（含服務(wù)器、顯示器、軟件等）、電線電纜、端頭顯示單元及其他安裝附件等組成。系統(tǒng)具備可編程性，可結(jié)合屏蔽門門體的安裝誤差及運(yùn)營后受活塞風(fēng)、振動(dòng)等條件影響，對(duì)每次列車進(jìn)站并停站后的屏蔽門與列車間隙的基礎(chǔ)邊界條件（車輛邊界、屏蔽門邊界等）進(jìn)行劃定，設(shè)置的邊界可通過軟件修改適當(dāng)調(diào)整[2]。

每個(gè)滑動(dòng)門單元均設(shè)置1個(gè)激光探測器，同福西站一共設(shè)置9個(gè)探頭，安裝于被探測滑動(dòng)門單元右側(cè)固定門正上方頂箱活動(dòng)蓋板空間內(nèi)。每個(gè)激光探測器均設(shè)有單門盤路開關(guān)，位于該單元滑動(dòng)門活動(dòng)蓋板的右側(cè)下端，便于站務(wù)人員操作，類似于屏蔽門自身的LCB操作盒。

激光探測系統(tǒng)在屏蔽門設(shè)備房增加1個(gè)柜子，柜內(nèi)設(shè)置有2臺(tái)服務(wù)器、1臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)光纖通信端子，外形尺寸為800mm×600mm×1000mm（寬×深×高），與屏蔽門PSC、電源柜等原有柜體并列布置。激光探測從設(shè)備房到各個(gè)激光探測器的電線電纜與原屏蔽門頂箱內(nèi)的線槽共用。

端頭顯示單元安裝于發(fā)車端端門位置，供司機(jī)查看及操作，設(shè)有液晶顯示區(qū)、相關(guān)按鈕、指示燈、鑰匙開關(guān)。指示燈有電源工作狀態(tài)指示燈、障礙物報(bào)警聲光指示燈，按鈕有單側(cè)誤報(bào)消除帶燈按鈕，開關(guān)有整側(cè)盤路鑰匙開關(guān)。

3.1 與屏蔽門機(jī)械接口

考慮到后期檢修維護(hù)方便，激光探測器應(yīng)具備站臺(tái)側(cè)的檢修維護(hù)的條件。激光掃描儀安裝在被探測滑動(dòng)門單元相鄰側(cè)的固定門或應(yīng)急門的頂箱后蓋板，后蓋板需要開孔，尺寸約130mm×100mm。激光探測器支架上端固定在屏蔽門角鋼上方，激光雷達(dá)頭從頂箱內(nèi)穿過后封板伸入軌行區(qū)，設(shè)置有專用支架，該支架上下部與門體結(jié)構(gòu)角鋼固定連接，可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z方向調(diào)節(jié)，安裝檢修維護(hù)時(shí)只需打開活動(dòng)蓋板就能操作。另外，考慮到與屏蔽門絕緣及軌行區(qū)存在震動(dòng)等情況，激光掃描儀固定支架通過5mm減振墊與門體相連，激光雷達(dá)固定在微調(diào)底座上，雷達(dá)與微調(diào)支架之間絕緣墊耐壓可達(dá)1kV。激光探測器安裝示意圖如圖2、圖3所示。

圖2 激光探測器安裝示意

3.2 與屏蔽門電氣接口

圖3 激光探測器安裝支架示意圖

激光探測系統(tǒng)與屏蔽門的電氣接口主要包括系統(tǒng)電源配電，障礙物探測輸出報(bào)警信號(hào)與屏蔽門原安全回路的接口設(shè)計(jì)兩部分。

（1）配電方面。激光探測器的探頭工作電壓為DC 24V，每個(gè)探頭功率約為5W，考慮到激光探測器頻繁地通電、斷電會(huì)影響探頭的使用壽命，激光探測器的電源從屏蔽門控制電源饋線回路引出，原屏蔽門控制電源增加饋線回路。設(shè)備房控制柜的工作電壓為AC 220V，從屏蔽門自帶的照明配電箱饋線回路取電，滿足探測系統(tǒng)需要。

（2）安全回路方面。探測系統(tǒng)作為屏蔽門系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，其系統(tǒng)輸入信號(hào)為屏蔽門整側(cè)關(guān)閉且鎖緊信號(hào)，輸出信號(hào)為障礙物探測的報(bào)警信號(hào)。整側(cè)屏蔽門障礙物探測系統(tǒng)總報(bào)警信息接入屏蔽門系統(tǒng)每側(cè)安全回路，探測到存在障礙物時(shí)，斷開屏蔽門安全回路，信號(hào)系統(tǒng)將提示不能發(fā)車。安全回路與障礙物探測報(bào)警的原理圖如圖4所示。圖中，PK1為障礙物探測系統(tǒng)輸出繼電器；PK為障礙物探測系統(tǒng)報(bào)警輸出繼電器；K1為屏蔽門關(guān)閉且鎖緊繼電器；K2為安全回路輸出繼電器；ZPL為整側(cè)障礙物探測系統(tǒng)旁路開關(guān)。①屏蔽門處于關(guān)閉且鎖緊狀態(tài)且列車未進(jìn)站前，PK1始終處于吸合狀態(tài)，防止因PK故障導(dǎo)致安全回路斷開，列車無法進(jìn)站，提高系統(tǒng)可用性；②當(dāng)列車進(jìn)站后，所有屏蔽門打開，探測系統(tǒng)輸出PK1繼電器失電，屏蔽門關(guān)閉且鎖緊繼電器K1失電，觸點(diǎn)斷開，安全回路斷開，列車不會(huì)開出。③乘客上下車完畢，屏蔽門收到關(guān)門命令且處于關(guān)閉且鎖緊狀態(tài)，K1導(dǎo)通，激光探測系統(tǒng)收到輸入信號(hào)，并開始有效檢測。檢測到異物時(shí)，系統(tǒng)的障礙物報(bào)警輸出繼電器PK失電，PK觸點(diǎn)斷開，K2繼電器失電，K2觸點(diǎn)斷開，安全回路斷開，列車將不能發(fā)車。系統(tǒng)同時(shí)報(bào)警，接到報(bào)警后由站務(wù)人員現(xiàn)場處置。若未探測到有異物，PK線圈得電，觸點(diǎn)吸合，K2得電，K2觸點(diǎn)吸合，安全回路導(dǎo)通，列車正常發(fā)車。④當(dāng)列車完全駛離車站100mm（可調(diào)，通過激光探頭判斷車體運(yùn)行）后，系統(tǒng)障礙物探測系統(tǒng)輸出繼電器PK1線圈得電，PK1觸點(diǎn)吸合，此時(shí)相當(dāng)于探測系統(tǒng)被旁路，提高了系統(tǒng)可用性。⑤ZPL開關(guān)為總旁路開關(guān)，切換總旁路位置，觸點(diǎn)吸合，K2繼電器常開觸點(diǎn)短路，激光探測系統(tǒng)對(duì)安全回路不起作用，但此時(shí)障礙物探測系統(tǒng)還可通過端頭門顯示器報(bào)警，輔助司機(jī)判斷是否存在障礙物。

圖4 激光探測系統(tǒng)與安全回路原理圖

4 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

（1）采用收發(fā)一體式激光探頭，探頭具備頂置式安裝條件，不會(huì)侵入限界，安全性高。

（2）每個(gè)激光探測器為4束光幕，形成立體探測，探測范圍廣，無實(shí)質(zhì)盲區(qū)。

（3）采用模擬量探測器，可通過軟件對(duì)探測對(duì)象的邊界適時(shí)調(diào)整，具備可編程性，能更好地適應(yīng)隧道震動(dòng)、活塞風(fēng)壓及車體停車狀態(tài)等客觀因素隨時(shí)變化，受外部環(huán)境影響小，可靠性高，誤報(bào)率低。

（4）激光探頭光束采用一級(jí)光源，為不可見光，人眼可以直視，不會(huì)對(duì)乘客及司機(jī)產(chǎn)生傷害。

（5）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)單側(cè)旁路及單門旁路功能，單門盤路不影響系統(tǒng)運(yùn)行，整側(cè)盤路后仍具備輔助報(bào)警功能。

（6）系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間快，從系統(tǒng)輸入信號(hào)至輸入報(bào)警信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間≤100ms。

5 結(jié)束語

隨著地鐵客流的不斷增加及曲線站臺(tái)不可避免的出現(xiàn)，屏蔽門與列車間隙探測的必要性、可靠性、安全性也越來越受到建設(shè)者及設(shè)計(jì)者的重視。文章從實(shí)踐角度出發(fā)，系統(tǒng)介紹了基于激光掃描的屏蔽門與列車間隙探測技術(shù)在同福西站的應(yīng)用，該站已于2019年12月28日開通運(yùn)營，目前運(yùn)營狀況良好。