張 帆，張從旺

(1.中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 技術(shù)中心，江蘇 南京 210031; 2.中國鐵路上海局集團有限公司 南京車輛監(jiān)造項目部，江蘇 南京 210031)

目前，我國城市軌道交通正處于GoA4級無人駕駛(即完全無人駕駛)的轉(zhuǎn)型發(fā)展期，國內(nèi)大量的無人駕駛地鐵項目開始建設(shè)。傳統(tǒng)由司機自主判斷軌道障礙物來施加制動或采取其他處理措施的方式急需改革。在無人駕駛地鐵的發(fā)展中，接觸式與非接觸式2種障礙物檢測方式發(fā)展最為迅速。接觸式障礙物檢測(主動式障礙物檢測)主要依賴于接觸式障礙物檢測裝置前端探測橫梁的撞擊，若引起位移則確認有障礙物[1]。而非接觸式障礙物檢測(被動式障礙物檢測)的核心在于使用攝像機及雷達進行探測后，根據(jù)算法進行處理，得出前方是否存在障礙物的結(jié)論。目前，軌道交通行業(yè)針對無人駕駛車輛的障礙物檢測系統(tǒng)提出了更高的安全性、可靠性要求。

1 接觸式障礙物檢測

1.1 接觸式障礙物檢測原理

接觸式障礙物檢測裝置安裝于轉(zhuǎn)向架前端，其主要由電氣部分和機械部分組成，見圖1。電氣部分主要由高可靠性的行程開關(guān)、高密封等級的連接器和符合防火等級要求的電纜線組成。機械部分主要包括探測橫梁、動作執(zhí)行機構(gòu)及其他安裝支座。

圖1 接觸式障礙物檢測系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)內(nèi)部利用擺桿式行程開關(guān)作為提供障礙物檢測信號的干接點元件。當(dāng)外界障礙物接觸到探測橫梁時，探測橫梁在障礙物的沖擊力作用下推動其相連接的吸能簧板運動，從而帶動擺桿轉(zhuǎn)動，當(dāng)吸能簧板運動到一定位移，擺桿轉(zhuǎn)動角度超過其固有的預(yù)行程時，觸發(fā)干接點信號，向系統(tǒng)提供異常信號。

接觸式障礙物檢測裝置前端探測橫梁為輕質(zhì)鋁合金管材，其材料具有較高的變形吸能比，能夠很大程度上吸收障礙物帶來的沖擊能力，起到吸能緩沖作用(圖2)。同時具有良好的韌性和抗拉強度，能夠一定程度上抵抗障礙物的沖擊而不會發(fā)生斷裂，降低對車輛造成的二次風(fēng)險。

圖2 探測橫梁吸能變形

當(dāng)接觸式障礙物檢測系統(tǒng)檢測到一定質(zhì)量和一定速度的障礙物時，會觸發(fā)接觸式障礙物檢測裝置內(nèi)部的動作執(zhí)行機構(gòu)，安裝在車輛上的電控箱內(nèi)部的行程開關(guān)向車上提供障礙物檢測信號。其輸出信號為干接點信號，原常閉回路變換為開路，常開回路則變換為閉路。接觸式障礙物檢測裝置左右兩端各設(shè)置1個行程開關(guān)，每個行程開關(guān)提供1個常閉觸點和2個常開觸點，上述觸點在電控箱內(nèi)部集合，用于同一功能的常閉觸點被串聯(lián)在電路里，用于同一功能的常開觸點被并聯(lián)在電路里。接觸式障礙物檢測裝置信號原理圖見圖3。

P1-NO1、P1-NO2.行程開關(guān)1常開觸點1、2；P2-NO1、P2-NO2.行程開關(guān)2常開觸點1、2；P1-NC1.行程開關(guān)1常閉觸點1；P2-NC1.行程開關(guān)2常閉觸點1；TCMS.列車控制監(jiān)控系統(tǒng)；ATC.列車自動控制系統(tǒng)。圖3 接觸式障礙物檢測裝置信號原理圖

1.2 接觸式障礙物檢測設(shè)計分析

無人駕駛要求障礙物檢測系統(tǒng)必須具備高可靠性、可用性和安全性。首先，接觸式障礙物檢測裝置絕不可因可靠性不高導(dǎo)致掉落而引起列車制動。在無人駕駛的站間場景下，若出現(xiàn)此情況則會導(dǎo)致列車救援。其次，需要接觸式障礙物檢測裝置與障礙物接觸時立刻進行反應(yīng)，因此由通信造成的延時需要降到最低。針對這兩方面的要求，現(xiàn)從理論設(shè)計及試驗驗證兩方面來對接觸式障礙物檢測系統(tǒng)進行分析。

1.2.1 接觸式障礙物檢測系統(tǒng)可靠性設(shè)計

1.2.1.1裝置可靠性設(shè)計

為了保證接觸式障礙物檢測裝置的安全可靠，采用針對性防脫設(shè)計，緊固件組合采用NordLock防松墊圈和雙開槽鎖緊螺母雙防松組合形式。上述2種緊固件均為目前最優(yōu)的防松結(jié)構(gòu)，但通常情況下僅采用1種結(jié)構(gòu)。為提升本套系統(tǒng)的安全性，將上述2種防松結(jié)構(gòu)同時應(yīng)用于外殼體上。為提高螺栓防松的效果，延長螺母松后的脫落時間，使用六角頭螺桿帶孔螺栓，將開口銷穿過螺桿孔，防止松動的螺母脫落(圖4)。

圖4 外殼體安裝的防松結(jié)構(gòu)

此外，在左右外殼體安裝防松結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了鋼絲繩防脫結(jié)構(gòu)。鋼絲繩末端采用不銹鋼冷壓端子壓接，壓接后的端子通過螺栓固定在后端安裝座上，另外一端安裝在穿過外殼體的防脫橫桿上。防脫橫桿從外殼體兩側(cè)穿過，在外殼體內(nèi)部穿過彎板簧結(jié)構(gòu)。在車輛運行過程中，鋼絲繩不會摩擦到彎板簧結(jié)構(gòu)。當(dāng)外殼體固定螺栓全部斷裂，外殼體和彎板簧一起向軌道掉落時，鋼絲繩會立即兜住外殼體和彎板簧，從而防止障礙物檢測裝置的零部件掉落在軌道上，避免卷入轉(zhuǎn)向架輪對下面。鋼絲繩防脫結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 鋼絲繩防脫結(jié)構(gòu)

1.2.1.2整車電路可靠性設(shè)計

在整車電路的設(shè)計上，充分考慮了電路的可靠性和可用性。接觸式障礙物檢測系統(tǒng)部分電路邏輯圖如圖6所示，當(dāng)接觸式障礙物檢測系統(tǒng)被觸發(fā)時，其3組機械式行程開關(guān)自然動作，其中常閉觸點行程開關(guān)斷開觸發(fā)車輛硬線緊急制動環(huán)路斷電，常開觸點行程開關(guān)閉合觸發(fā)列車ATC、TCMS報警。為確保整車安全，采用斷電觸發(fā)緊急制動環(huán)路，設(shè)計思路為故障導(dǎo)向安全，且只要障礙物持續(xù)存在，列車始終保持緊急制動狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，再通過另外2組限位開關(guān)，將障礙物狀態(tài)發(fā)送給列車TCMS及ATC，進行屏幕的報警提示及故障記錄。整車電路設(shè)計具有高可靠性和穩(wěn)定性，滿足無人駕駛的要求。

SCB.供電斷路器；P-NO1、P-NO2.行程開關(guān)常開觸點組1、2；ODR.接觸式障礙物檢測繼電器；TLNOL.本端接觸式障礙物檢測列車線；TLNOR.遠端接觸式障礙物檢測列車線。圖6 接觸式障礙物檢測系統(tǒng)部分電路邏輯圖

1.2.2 接觸式障礙物檢測系統(tǒng)可用性和安全性設(shè)計

為了確保系統(tǒng)的可用性和安全性，總體設(shè)計思路必須符合故障導(dǎo)向安全原則。接觸式障礙物檢測系統(tǒng)總體工作邏輯圖如圖7所示。

圖7 接觸式障礙物檢測系統(tǒng)總體工作邏輯圖

若軌道上存在障礙物，接觸式障礙物檢測系統(tǒng)接觸到障礙物后，探測橫梁向后移動一定距離，觸發(fā)內(nèi)部行程開關(guān)，系統(tǒng)以此干接點信號作為障礙物檢測信號提供給車輛，車輛將根據(jù)障礙物檢測系統(tǒng)提供的信號進行相應(yīng)的處理。例如，使列車施加緊急制動，也可通過TCMS采集開關(guān)觸點狀態(tài)發(fā)送至地面運行控制中心(OCC)。若在該裝置附近設(shè)有攝像機，在探測到障礙物時，OCC可以遠程調(diào)取現(xiàn)場圖像。

為保證接觸式障礙物檢測系統(tǒng)的安全性，緊急制動回路采用失電觸發(fā)，狀態(tài)報警回路采用得電觸發(fā)。當(dāng)發(fā)生碰撞、探測橫梁與障礙物接觸時，只要碰撞力超過10 N,則會觸發(fā)障礙物報警。即使速度過快或障礙物質(zhì)量過大，導(dǎo)致檢測設(shè)備完全損毀，也會造成采集點失電，正常觸發(fā)緊急制動回路。同時，考慮了故障情況下另外2組觸點不會意外造成誤報警，若串入緊急制動回路的觸點故障，也可由站臺工作人員確認安全后，控制OBS(障礙物檢測旁路開關(guān))進行旁路，保證列車可以退出運營，在設(shè)計層面上兼顧了系統(tǒng)的安全性和可用性。

1.3 仿真分析及試驗檢測

為了確保接觸式障礙物檢測系統(tǒng)在無人駕駛場景下的可靠性，在列車運行工況下，必須滿足相應(yīng)的疲勞強度和振動沖擊標(biāo)準[1]。

1.3.1 振動疲勞仿真分析

根據(jù)IEC 61373：2010《車輛設(shè)備沖擊振動試驗》規(guī)定的工況，接觸式障礙物檢測裝置需要在3個方向進行5 h加速振動試驗后，不出現(xiàn)疲勞裂紋，即三向疲勞損傷值累積之和小于1。振動疲勞仿真分析時，采用了模態(tài)頻率響應(yīng)法，約束接觸式障礙物檢測裝置兩端與構(gòu)架連接部分，在約束點施加振動加速度功率譜。

根據(jù)各項加速度激勵的每秒疲勞損傷，得出5 h后各方向的疲勞損傷值，再對3個方向的疲勞損傷值求和，計算結(jié)果如表1所示。

表1 振動疲勞仿真分析后3個方向的疲勞損傷值計算結(jié)果

經(jīng)仿真分析，三向疲勞損傷值累積之和均小于1，表明接觸式障礙物檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計達到了標(biāo)準要求。

1.3.2 試驗檢測

為了確保接觸式障礙物檢測系統(tǒng)整體設(shè)計的可靠性，既要保證設(shè)備不能因輕度撞擊而造成不可逆損壞，又要保證整車設(shè)計能夠在真正接觸到障礙物時實現(xiàn)預(yù)計的保護功能。因此進行了碰撞試驗來確保其滿足無人駕駛的要求。

碰撞試驗方案為：將接觸式障礙物檢測裝置安裝在一輛模擬小車上，在小車前方設(shè)置障礙物，小車上設(shè)置報警燈，撞擊力觸發(fā)接觸式障礙物檢測裝置時則報警燈亮，并在撞擊后小車迅速制動。根據(jù)速度等級和障礙物質(zhì)量的不同，通過觀察報警燈是否亮以及設(shè)備的形變程度來確認接觸式障礙物檢測裝置的可靠性。驅(qū)動小車質(zhì)量為10 015 kg，障礙物分為10 kg、20 kg、60 kg 3個質(zhì)量等級。接觸式障礙物檢測裝置試驗情況見圖8。

圖8 接觸式障礙物檢測裝置試驗情況

除以上設(shè)備外，還配置了專用的攝像機、加速度傳感器、速度測試儀等設(shè)備，確?？梢跃_地取得足夠的數(shù)據(jù)支撐分析結(jié)論，試驗工況見表2。根據(jù)加速度傳感器、攝像機采集的加速度、位移等信息，計算撞擊力。4種工況下小車碰撞后的狀態(tài)如下：(1)在工況1下，接觸式障礙物檢測裝置撞擊后無明顯形變，報警燈未亮；(2)在工況2下，接觸式障礙物檢測裝置撞擊后無明顯形變，有輕微位移，指示燈亮；(3)在工況3下，接觸式障礙物檢測裝置碰撞后存在輕微形變，指示燈亮；(4)在工況4下，接觸式障礙物檢測裝置存在明顯形變，但狀態(tài)良好，無裂痕損傷，指示燈亮。試驗結(jié)果見表2。

表2 碰撞試驗工況及試驗結(jié)果

以工況4數(shù)據(jù)為例，小車位移及加速度曲線圖見圖9。根據(jù)圖9及其對應(yīng)的數(shù)據(jù)可知,加速度持續(xù)時間約為39.6 ms，與高速攝影分析所得數(shù)據(jù)相當(dāng)。在33.7 ms時加速度初始峰值為1.52 m/s2，由此計算最大撞擊力為15.2 kN。

圖9 工況4下小車位移及加速度曲線圖

綜上所述，總共對3種質(zhì)量的障礙物進行了4次撞擊試驗，可以看出輕微撞擊對設(shè)備無損壞。根據(jù)1.2.2節(jié)分析，已知緊急制動環(huán)路屬于失電控制邏輯，因此即使速度持續(xù)增加造成設(shè)備損壞或者更大規(guī)模的形變，也會使信號斷開。因此試驗場景足夠滿足實際需求，系統(tǒng)可以保證在無人駕駛的情況下提供及時可靠的保護。

2 非接觸式障礙物檢測

2.1 非接觸式障礙物檢測原理

非接觸式障礙物檢測使用安裝在車頭內(nèi)裝頂板上方的數(shù)字高清攝像機和紅外高清攝像機，在列車的行駛線路上，會不斷地對行駛線路區(qū)間進人、施工遺留物、光纜、電纜以及廣告牌、樹木、彩鋼板等前方限界內(nèi)的障礙物進行探測，并在監(jiān)控的基礎(chǔ)上不斷地對限界外的行駛環(huán)境做評估。針對列車實時運行中發(fā)現(xiàn)的前方障礙物，通過智能環(huán)境感知技術(shù)，實時獲取前方圖像信息并智能識別障礙物進行預(yù)警和提示，降低了前方障礙物影響列車正常運行的風(fēng)險。系統(tǒng)能對平直軌道250 m處的150 mm×150 mm×150 mm大小的侵界障礙物作出有效識別并提示報警。侵界障礙物的識別不受隧道、高架等不同光線情況的影響，從檢測到障礙物到發(fā)出報警的時間小于1 s。非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)由系統(tǒng)主機、紅外攝像機、高清攝像機和組網(wǎng)交換機組成，其主要指標(biāo)見表3。

表3 非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)的主要指標(biāo)

非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)采用了基于雙目立體視覺的檢測算法及異物侵限圖像處理技術(shù)。雙目立體視覺技術(shù)的基本原理是：利用2個攝像機從不同的位置拍攝2幅圖像，通過目標(biāo)物體在這2幅圖像中的二維信息求解和推導(dǎo)出目標(biāo)物體的三維信息。二維圖像只能直觀地表示目標(biāo)物體的平面位置，無法得知物體的深度信息，但是通過雙目立體視覺關(guān)鍵技術(shù)的求解，就可以獲得明顯的深度信息[2]。異物侵限圖像處理技術(shù)主要功能是通過對圖像數(shù)據(jù)分析，判斷是否有侵限異物的存在，這個過程主要是通過軟件算法實現(xiàn)，從檢測算法上可以分為背景圖像的提取及更新、圖像區(qū)域分類、前景圖像提取及分類和可疑前景危險度判別(異物確認)，見圖10。

圖10 異物侵限圖像處理技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

2.2 非接觸式障礙物檢測設(shè)計分析

2.2.1 非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)可靠性設(shè)計

(1) 在列車行進過程中，由于軌道不夠平滑，可能出現(xiàn)各種方式的振動。嚴重時，大幅度的振動可能把原先不在行進內(nèi)的物體誤判為行進方向的物體，從而出現(xiàn)誤判。為此，需采用專門的抗振動算法——基點法。通過尋找視頻中的參照點，以此為基點作出判斷。列車行進過程中，所有的包絡(luò)線都是以鋼軌作為參照點的，所以以鋼軌作為參照點，可以避免受到行進列車的振動影響。

(2) 采用了雙攝像機聯(lián)合監(jiān)控的方法提高準確度。當(dāng)光線與能見度很好時采用可見光攝像機為主、紅外攝像機為輔的模式，紅外攝像機做視頻增強處理，不影響識別準確度；當(dāng)有霧霾(高架場景)或者亮度不足(隧道低照度場景)時，自動切換到紅外攝像機為主、可見光攝像機為輔，可見光做視頻增強處理，在極端情況下識別的準確度大大提高[3]。

(3) 采用了惡劣工況圖像增強、抗強光、低照度提亮等方式增強可靠性。在隧道和高架橋上，或在陰天和夜晚出現(xiàn)亮度不足的情況時，可通過低照度提亮功能提高亮度。晴天時陽光對高架橋上迎面行駛列車的駕駛有很大的影響，抗強光功能可以在顯示屏上盡可能地還原前方的場景。圖像增強處理是將圖像相鄰像元的亮度值相差較大的邊緣處加以突出強調(diào)，經(jīng)邊緣增強后的圖像能更清晰地顯示出不同的障礙物類型，或現(xiàn)象的邊界，或線形影像的行跡，以便于不同障礙物類型的識別及其分布范圍的圈定。

2.2.2 非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)可用性和安全性設(shè)計

為保證系統(tǒng)在無人駕駛環(huán)境下的可用性和安全性，需要在設(shè)計階段考慮包括通信線路故障、報警信號冗余、傳輸延遲指標(biāo)等重要項點。

2.2.2.1通信線路故障

非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)在列車兩端均具備檢測模塊與主機，為保證系統(tǒng)的通信能力，需要進行組網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)其中一節(jié)斷開連接的情況下，仍然可保持整個非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)組網(wǎng)通信正常，不會因線路故障造成通信中斷。非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)拓撲如圖11所示。

圖11 非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)拓撲圖

2.2.2.2報警信號冗余設(shè)計

整車電路設(shè)計上充分考慮了電路的可靠性和可用性，單端通信接口如圖12所示。

圖12 非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)單端通信接口圖

非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)主機在列車兩端，均與車載TCMS及車載通信系統(tǒng)有傳輸通道，其中同車載網(wǎng)絡(luò)通過RS485接口進行通信， RS485接口僅用于給車載TCMS提供生命信號及報警信息，其數(shù)據(jù)量極低，對于報警信息的上報不會有沖突或延遲。同時系統(tǒng)主機通過千兆以太網(wǎng)口與車載通信系統(tǒng)進行連接，實現(xiàn)對地面OCC推送報警信息及視頻，攝像機供電模式采用POE模式供電，技術(shù)成熟，集成度高。整體架構(gòu)可以保證系統(tǒng)通信的穩(wěn)定，滿足低延時要求。因此系統(tǒng)架構(gòu)具備兩端RS485端口及兩端以太網(wǎng)端口，冗余性足夠保證報警信息的及時傳遞。

2.2.2.3惡劣環(huán)境處理

利用高清及紅外攝像機的圖像采集進行雙目識別運算，匯聚成立體圖像。在此過程中，運用背景圖像提取技術(shù)及前景圖像處理算法，針對各種惡劣工況下的低能見度場景進行處理，使得采集的圖像可以達到分析需求的清晰度[3](圖13)。

圖13 低能見度場景處理圖

2.2.2.4傳輸時延計算

根據(jù)設(shè)計指標(biāo)要求，系統(tǒng)檢測到障礙物后報警發(fā)出時間需要小于1 s。根據(jù)上文分析可知，系統(tǒng)同時給車載TCMS和地面OCC發(fā)出報警信號。如圖14所示，攝相機采集到圖像后實時傳送給分析主機，主機分析時間為6幀內(nèi)，即小于200 ms。分析主機與TCMS主機間通信時延為64 ms(最大)，即整個車載處理過程為264 ms以內(nèi)。車載報警信息由TCMS主機發(fā)送至車載顯示屏，兩者直接數(shù)據(jù)處理時延200 ms，通信時延64 ms(最大)。因此總時間計算為528 ms，可以保證系統(tǒng)給TCMS系統(tǒng)的報警信息在1 s內(nèi)推送至列車內(nèi)部。對于OCC報警提示，通信時延預(yù)估在500 ms內(nèi)，加上列車內(nèi)部通信時間，可以滿足1 s內(nèi)達成報警的需求。

圖14 傳輸時延計算圖

2.3 非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)試驗驗證

非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)的重點指標(biāo)包括：識別距離(20～250 m)、識別障礙物個數(shù)(重點追蹤3個及以上)、識別障礙物體積(150 mm×150 mm×150 mm)、惡劣工況成像等，為了保證各指標(biāo)的可靠性，需進行試驗驗證。

2.3.1 惡劣能見度成像效果測試

在夜晚車輛僅開頭尾燈的極低亮度下，調(diào)取成像效果。如圖15所示，圖15(a)為實際可見場景，圖15(b)為經(jīng)處理后的成像效果，實際測試可以達到檢測需求。

圖15 惡劣能見度成像效果圖

2.3.2 探測性能測試

為確認實際工況下具體參數(shù)指標(biāo)符合設(shè)計要求，針對150 mm×150 mm×150 mm障礙物的檢測能力、20～250 m的識別距離，在彎道和直線不同工況下進行軌道內(nèi)及軌面障礙物檢測試驗。

2.3.2.1軌道內(nèi)障礙物檢測試驗

軌道內(nèi)障礙物檢測試驗方法采用實車測試，在列車靜止的情況下，使列車處于ATO運行模式，且停在測試地點。在列車前方30 m、150 m、250 m分別放置100 mm×100 mm×100 mm的障礙物，結(jié)合直線和彎道運行情況分別進行檢測，要求系統(tǒng)可以準確抓拍障礙物，且提供車載及地面報警信息。具體在以下2個工況下進行測試：(1)在彎道20 m及150 m處共放置4個障礙物；(2)在直線250 m處放置障礙物。

彎道工況的試驗結(jié)果為：系統(tǒng)在彎道區(qū)域內(nèi)正確檢測出所有障礙物，障礙物大小為100 mm×100 mm×100 mm，小于系統(tǒng)指標(biāo)(150 mm×150 mm×150 mm)，并且同時追蹤了4個障礙物(圖16中紅框部分)，系統(tǒng)正常給車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)報出了故障。

圖16 彎道工況障礙物檢測情況

直線工況的試驗結(jié)果為：系統(tǒng)在直線區(qū)域內(nèi)正確檢測出障礙物，障礙物大小為100 mm×100 mm×100 mm，小于系統(tǒng)指標(biāo)(150 mm×150 mm×150 mm)，并且系統(tǒng)可以在20～250 m的區(qū)間內(nèi)正確檢測出符合設(shè)計指標(biāo)的障礙物(圖17)，試驗期間系統(tǒng)正常給車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)報出了故障。

圖17 直線工況障礙物檢測情況

2.3.2.2軌面障礙物檢測試驗

軌面障礙物檢測試驗方法采用實車測試，在列車靜止的情況下，在列車前方100 m、200 m、250 m分別放置體積小于150 mm×150 mm×150 mm的障礙物鐵鞋(圖18)，要求系統(tǒng)可以準確地抓拍障礙物，且提供車載及地面報警信息。

圖18 軌面100 m和250 m障礙物檢測情況

軌面障礙物檢測試驗結(jié)果為：系統(tǒng)在直線區(qū)域內(nèi)正確識別出了障礙物，且障礙物體積小于150 mm×150 mm×150 mm。由結(jié)果分析可知，非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)可以非常準確地探查到列車前方250 m以內(nèi)的軌面障礙物。

綜上，可以看出系統(tǒng)可以在20～250 m的區(qū)間內(nèi)，在彎道或直線工況下，正確檢測體積小于150 mm×150 mm×150 mm的軌道內(nèi)或軌面障礙物。試驗期間系統(tǒng)均可以正常給車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)報出故障，因此證明非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)檢測指標(biāo)要求。

3 無人駕駛場景下2種檢測方案的優(yōu)劣分析

3.1 系統(tǒng)性能對比

非接觸式與接觸式障礙物檢測系統(tǒng)的部分性能對比情況如表4所示。

表4 非接觸式與接觸式障礙物檢測系統(tǒng)的部分性能對比情況

3.2 無人駕駛場景分析

在無人駕駛場景下，有多個場景與障礙物檢測系統(tǒng)的檢測能力、故障情況直接相關(guān)，針對這種情況，對以下場景進行分析，以此對比2種檢測手段的優(yōu)缺點：

(1) 列車喚醒場景(無人駕駛列車由OCC決定發(fā)車時，接收遠程指令，自主喚醒)。接觸式障礙物檢測系統(tǒng)無論是否處于故障狀態(tài)均對喚醒場景無影響，而非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)需進行自檢，若自檢不通過會影響列車發(fā)車。

(2) 場段調(diào)車場景(列車自車庫駛出前往正線的過程)。接觸式障礙物檢測系統(tǒng)接觸障礙物則觸發(fā)緊急制動，同時給ATC和TCMS提供報警信息，故障若不涉及干結(jié)點則無影響也無法檢出。處理措施為：需要人員到場確認狀態(tài)。非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)檢測到障礙物則報警，推送給OCC。若故障報警，可在OCC直接查看視頻及報警信息。處理措施為：可通過場段攝像機及非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)自帶攝像機進行確認，明確是否為障礙物再派人員處理。

(3) 正線運營站臺場景(列車運行處于站臺可控區(qū)域)?；緺顟B(tài)等同于(2)的情況，僅場段攝像機改為站臺監(jiān)控。

(4) 正線運營區(qū)間場景(列車運行處于站臺間，不屬于任一站臺可控區(qū))。接觸式障礙物檢測系統(tǒng)接觸障礙物則觸發(fā)緊急制動，同時給ATC及TCMS提供報警信息。故障若不涉及干結(jié)點則無影響也無法檢出，若涉及干結(jié)點則無法觸發(fā)緊急制動或緊急制動無法在區(qū)間緩解。處理措施為：故障及實際障礙物均需要人員到場確認狀態(tài)。非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)檢測到障礙物則報警，推送給OCC。若故障報警，可在OCC直接查看視頻及報警信息。處理措施為：可通過非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)自帶攝像機進行確認，若屬于系統(tǒng)誤判故障情況，可暫時忽略，行駛至站臺再進行處理。如明確是障礙物，則需要派人員處理。

根據(jù)以上分析可以看出，非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)在無人駕駛工況下更加靈活，而傳統(tǒng)的接觸式障礙物檢測系統(tǒng)則具備更高的可靠性。

3.3 未來趨勢分析及總結(jié)

綜上，可以看出2種障礙物檢測系統(tǒng)各有優(yōu)劣，在無人駕駛的場景下，僅傳統(tǒng)的接觸式障礙物檢測系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求。探測距離更遠、給人反應(yīng)時間更長的非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)正在飛速發(fā)展，即使涉及到軟件及通信層面，非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)也已經(jīng)在安全設(shè)計和安全認證兩方面趕超接觸式障礙物檢測系統(tǒng)，未來如果非接觸式障礙物檢測系統(tǒng)可以將安全性不斷提升，達到可以直接介入列車制動控制的級別，發(fā)展前景將更加廣闊。另一方面，接觸式障礙物檢測系統(tǒng)的高可靠性目前還無法替代，2種檢測方式相互融合正成為趨勢，隨著軌道交通行業(yè)無人駕駛技術(shù)的發(fā)展，2種檢測系統(tǒng)必將共同向著更安全、更智能的方向發(fā)展。