广州地铁集团有限公司 510280
摘要：以广州地铁十三号线车站曲线站台为研究对象，对主流地铁车辆与屏蔽门间隙探测方案进行分析，从探测能力、配置策略、安装方式、安全性进行研究，分析方案的优缺点及适用范围。
关键词：地铁；间隙探测；适用性研究
1概述
根据《地铁设计规范》（GB50157-2013）第五章要求，屏蔽门的滑动门体至车辆轮廓线（未开门）之间的净距分别为mm,(车辆采用塞拉门)mm（车辆采用内藏门或外挂门）。但在曲线站台的工况下，净距会进一步增大，增加范围约20-60mm，因此车辆与屏蔽门的净距增大至95mm至205mm，此空间可容纳身体瘦小的成年人及儿童，并易引发安全事故。针对直线站台，广州及国内其它城市一般在车辆进站端设置LED灯带供司机瞭望使用，以判断车辆与屏蔽门间隙是否存在异物或乘客，以达到防止夹人的效果。针对曲线站台，以广州地铁十三号线为例，瞭望灯带限界为1595mm（距轨道中心线），屏蔽门限界为1630mm（距轨道中心线），瞭望灯带超出门体仅35mm。因此存在部分曲线站台进站端瞭望灯带全部或部分被遮挡，存在司机无法瞭望的情况。为提升地铁线路的运营安全，应对大客流压力，特殊线路中的曲线站台车站增加间隙探测装置，进行车辆与屏蔽门间隙探测的必要性大大增加。
2主流的间隙探测方案的分析
目前在国内轨道交通设计及招标方案中，通常将间隙探测装置作为屏蔽门系统设备的一个子系统，子系统通过通讯/控制电缆与屏蔽门中央接口盘连接实现通讯功能，并于车站站台端门外车头位置设置探测装置控制盘，可实现就地操作及声光报警。从2008年起国内城市地铁项目开始试点使用该装置，探测功能在车辆门与屏蔽门滑动门均关闭后启动，运行逻辑流程图（如图1），为保证限界安全，要求间隙探测装置贴近屏蔽门轨道侧安装，装置最外侧不得入侵车辆限界。目前主流实施方案有以下二种：
.png)
2.1激光对射探测方案
激光探测装置由发射机与接收机组成，激光发射机发射探测激光束，激光接收机接收探测激光束，如果屏蔽门与车辆间空隙处，有乘客或大件物体滞留，探测激光光束被遮挡，激光探测器即会发出报警信号, 并在控制器及中央接口盘中显示探测状态。
每组激光探测装置一般由3对激光探测器（至下而上设置）组成，采用的为1类激光，高度为250mm、500mm、750mm，。发射机及接收机采用螺栓方式与站台或屏蔽门结构钢性连接，激光探测装置可以根据用户需要，按单侧或单个滑动门单元或以单节车厢设置。控制器一般设置于车辆头端屏蔽门端门外。单侧激光探测装置通过其控制器与屏蔽门中央接口盘连接，系统框图如图2。
2.2激光雷达探测方案
激光雷达探测方案采用1类激光，使用激光飞行时间测量法（TOF），激光雷达可形成多层光幕的扫描面，并在屏蔽门外侧与车辆门体之间建立动态立体防护区域。由激光雷达发射红外激光脉冲束，照射到防护区域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。单侧激光雷达通过光纤环网将雷达数据传送至探测系统服务器，经计算判断出检测物体的几何尺寸及空间位置通过算法判断排除干扰，向屏蔽门控控器或者安全回路发出开闭信号。
单个激光雷达可检测单个滑动门及相邻的固定门，配置数量需与检测的滑动门数量一致，一般可安装在屏蔽门后封板位置或固定门门门槛位。
3适应性技术研究
3.1探测能力研究
激光对射的检测装置选用的激光束发射散角小（<0.03°），距接收端处光斑直径小于5cm，此可识别物体厚度为不小于5mm，可有效检测到人或效大物品。由于只设置了3道光束，被夹物处于垂直高度750mm就存在检测盲区。
激光雷达探测方案使可识别物体厚度为不小于2.5mm，检测区域为5米×5米，因此单个滑动门及相邻的固定门区域都在扫描范围内，从而可以实现无死角检测，可效检测细小物件如背包的包带、细长物件。
两种方案均可以有探测到乘客及其较大的随身物品如背包、雨伞、饮料瓶，但是激光对射方案在750mm高度以上存在检测盲区。
3.2配置策略研究
以广州地铁十三号线丰乐路站为例，上行有13个滑动门无法瞭望。由于屏蔽门系统电源为一级负荷，其子探测系统因接入了安全回路，为了保证系统的安全性其供电安全等级应与屏蔽门的驱动系统及控制系统一致。
激光对射方案单套装置功率约1.5w,增加3套装置可满足独立检测3节车厢（对应的13个滑动门）的需求，3套装置增加功率为4.5w,控制器的功率合计约15w，合计功率约19.5w，原屏蔽门供电系统完成可满足新增加的负载要求。而不用增加相关的供电模块投资。
激光雷达探测方案单个约10w,以广州十三号线曲线站需增加13套，增加功率为130w,，服务器功率约500w，合计约630w，需要提高屏蔽门供电系统的功率才满足新增负载的需求。
在广州地铁十三号线丰乐路站解决方案上，激光对射方案配置数量较少，激光雷达方案配置数量较多，激光对射方案成本控制更优，对原系统供电影响更少。
3.3安装方式研究
激光对射探测方案如需要分段探测单侧多个滑动门，需要安装在屏蔽门正线区域内，为保证增加的探测装置不会侵入限界，发射器与接收器支架宜与屏蔽门结构进行刚性连接，因此需要修改屏蔽门结构设计。其供电及控制电缆可通过立柱及屏蔽门系统内部线槽或站台板底部进行敷设。
雷达探测方案目前有两种安装方式，第一种安装在相邻固定门立柱下部，第二种安装在屏蔽门后固定盖板上，本方案的供电及控制电缆与屏蔽门系统共用内部线槽，对屏蔽门系统结构的调整较少。由于雷达方案还需要配置后台服务器，需要在屏蔽门设备室增加一个800mm（长）X800mm（宽）X2000mm（高）服务器柜体，需要在建筑设计阶段提前规划屏蔽门设备房使用面积，否则易不满足设备柜体的操作与检修空间要求。
两个探测方案安装方式都需要对屏蔽门的结构进行一定的调整，雷达探测方案还需要增加屏蔽门设备房的面积。
3.4安全性研究
本文分析的两种探测方案均采用1级激光，乘客的眼睛及身体在激光扫描区域中不会受到激光伤害。探测装置的报警的状态已纳入系统的屏蔽门的安全回路，并设置旁路的功能。当探测装置工作异常时，可人工操作进入旁路状态，不会影响隧道车辆离开车站。但于由于车辆进出站，会引起屏蔽门门体及站台震动，因此两种探测系统方案均会出现误差。如需提高检测的可靠性，需增加物理传感器对震动情况进行闭环检测控制，同时增加软件算法对误差进行补偿。如使用在无人值守车站或自动驾驶线路的工况下，需增加视频监视辅助功能，协助快速判断探测情况。
4结论
通过对车辆与屏蔽门间隙探测方案的探测能力、配置策略、安装方式及安全性进行全面分析，雷达探测方案系统更复杂，检测区域大，而激光对射方案更简单，检测范围有限，但配置更为灵活，两种方案均可实现检测功能。间隙探测装置在地铁中的应用可减少运营安全隐患，降低运营成本。
《城市轨道交通站台屏蔽门》（CJ/T236-2006）
《地铁设计规范》（GB50157-2013）
《电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ/232）