摘 要：自我国城市化建设以来，城市轨道交通发展较为迅速，我国地铁行业对站台门与列车门之间间隙安全防护也越来越重视，这使得对射式光栅检测方式成为站台门系统的标准配置，该方式能够有效保证乘客在该间隙滞留的安全性。该检测方法主要是以点对点的方式来实现，但在对其进行校准的过程中会出现一定的困难，且针对曲线站台和间隙较大的站台该方式存在检测盲区。随着我国科技技术的不断发展，激光雷达检测技术的稳定性与安全性大大提升，并且精度也有较大的提高，其在轨道交通站台门安全防护方面有着广阔的应用前景。
关键词：激光雷达检测技术；轨道交通站台门；安全防护
中图分类号：TN959.3 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）12-0044-03
Application of Lidar in Safety Protection of Rail Transit Platform Door
LE Mei，XIAO Yongqiang，DUAN WenJie，XIN Yin，WANG Jiajun
（Chongqing Metro （Group）Co.，Ltd.，Chongqing 401120，China）
Abstract：Since Chinas urbanization construction，urban rail transit has developed rapidly，and the subway industry in China has paid more and more attention to the gap safety protection between platform doors and train doors. This makes the shooting grating detection method become the standard configuration of platform door system，which can effectively ensure the safety of passengers staying in the gap. The detection method is mainly implemented by point-to-point method，but there will be some difficulties in its calibration process，and there is a blind area for the curve platform and the platform with large gap. With the continuous development of science and technology in our country，the stability and safety of lidar detection technology has been greatly improved，and the accuracy has also been greatly improved. It has broad application prospects in the safety protection of platform doors of rail transit.
Keywords：lidar detection technology；rail transit platform door；safety protection
0 引 言
自2017年以来，我国有34座城市开通了轨道交通线路，并在此基础上全部实施运行，运行长度长达5000公里。我国在进行城市化建设过程中，为了缓解交通压力，大力提倡轨道交通，并先后在多个城市开通了100多条运营线路，其中轨道交通在广州、上海以及北京等城市应用较为广泛，对缓解我国交通压力发挥了重要的作用。此外，我国采用激光雷达检测技术对轨道交通站台门进行安全检测，以此提升轨道交通运营线路的安全性。
1 激光雷达系统工作原理与优点
1.1 激光雷达系统工作原理
激光雷达系统主要是通过激光束发射，对目标位置进行有效的探测，并在此基础上对速度进行较大的探测[1]。此外，激光雷达系统与微波雷达有较高的相似度，其工作原理是：通过发射一定的信号对目标进行有效探测，信号主要是以激光束为主，把从目标反射的信号与发射信号进行详细的比较，以此得到目标的一些相关信息，比如目标方位、发射位距离以及形状等参数，这能够对一些目标进行较大程度的识别与探测。激光雷达系统的扫描结构较为特殊，它有不同的层面，一般情况下我们将其分为4层，其中层与层之间会出现2度的夹角，以此形成一个6度的立体扫描面。在检测过程中，激光雷达检测技术主要使用TOF把激光发射到棱镜中，在此过程中反射镜通过旋转形成一个扫描面，对扫描面中从不同点测量到的值进行有效检测。
1.2 激光雷达优点
激光雷达检测技术在应用中的优点主要表现在以下几个方面[2]：第一，激光单一波长，衰减小，对环境有较强的干扰能力；第二，能够通过一定的方法对被测物轮廓距离进行有效计算；第三，体积相对比较小，收发一体，并且在此基础上安装位置不固定，具有较大的灵活性，在检测过程中可以深入限界；第四，激光雷达在检测过程中使用功耗相对比较低，一般情况下小于3W；第五，安全防护区域可以根据需要进行有效的设定，在设定过程中应当根据配套控制系统来完成。
2 激光雷达技术的发展现状
激光雷达对目标的探测主要是通过激光束的发射，对目标位置、速度以及形状进行有效的探测。该检测技术在我国航天、军工以及测绘领域中应用广泛并发挥着极为重要的作用，比如在军工、国防工业领域中，激光雷达研究不断深入并形成了一体化监测系统与多功能一体化系统。同时，其在城市规划建设、矿山建设以及电力传输体等领域也发挥着重要作用。随着我国科学技术的不断发展，激光雷达检测技术在传统技术的基础上不断完善，在很大程度上降低了检测成本，为我国轨道交通安全防护系统构建过程中引入该技术提供了技术支撑，为我国轨道交通的未来发展奠定了良好基础。
3 激光雷达在轨道交通站台门安全防护中的应用
3.1 激光雷达安装位置
我国一些城市轨道交通有地铁、单轨、轻轨等不同的形式，车站也有地下站和高架站，站台门也有全高站台门和半高站台门，其中激光雷达安装在站台门门体侧面下方，与滑动门保持一定的距离，光口斜角向上。每个站台门单元配备一个激光雷达，其主要是对站台门进行有效的防护，最大程度上保证乘客安全[3]。此外，在激光雷达安装过程中，光口应安装在凸出门外约5cm处，并且安装于底部，此种安装方式不会对车站站台板和站台门造成影响，并且不受站台门类型的影响。
3.2 数据传输方式的选择
激光雷达在轨道交通站台门安全防护过程中，会受到一些因素的影响，其中主要的影响因素就是激光雷达和控制主机之间的数据交换，比如一些城市轨道交通线路客车采用8编组，每节车厢有4个车门，使用32台激光雷达，在检测过程中每秒通信量为1071360b，这就需要采用16M以上的通讯带宽，以满足激光雷达工作中的需要，100M以太网通讯宽带能够在站台门中满足其工作需要，在较大程度上提高轨道交通系统的安全性[4]。
3.3 控制系统的选择
轨道交通系统运行量很大，算量也相对较为复杂，同时工程时间比较长，这大大增加了施工成本，而激光雷达系统的应用可以在较大程度上降低人力物力成本。激光雷达系统将运行过程中采集到的数据传输到电脑端，电脑通过数据对所有激光雷达运行能力进行系统的分析，并对所有数据进行有效的分析与管理。此外，若计算机无法对所有激光雷达进行数据分析，则激光雷达系统能够使用服务器作为控制器的方法对激光雷达系统的正常运行提供有效的支持。除此之外，激光雷达系统在运行过程中需要稳定的运行环境，这就需要服务器系统使用双机热备方法对运行数据进行备份，若主机在运行时出现异常情况，则其能够通过备份系统接替运行，并报警通知维修人员进行维修。
3.4 施工方案的确定
在进行方案设计过程中若要保证激光雷达系统的正常运行，则需要根据轨道交通线路实际情况来设计，这也是激光雷达系统正常运行的关键所在[5]。某些城市的轨道交通线路主要以轻轨线路为主，而这些轨道需要通过高架的形式构建，这就需要根据轨道交通线路的真实情况进行有效的方案设计，施工企业可以使用通过在屏蔽门边框上钻孔攻丝，把激光雷达固定在门左下方，走线与对射光电开关共同通过中空的型材走入线槽的设计方案。
3.5 防护区域的设定
在设计的过程中，需要保证车身在摇摆的情况下不对边界造成影响，这就需要采用动态边界防护算法对控制系统进行研发，通过设置两个防护区域的方式来保证车身运行的安全性。其中，站台门的延伸部分设置为固定防护区域A区，延伸部分到车身之间部分设置为动态防护边界B区，在A区防护区进行设备的安装，这就需要畸形数据参数的有效备份并将其传输至系统内部；B防护区主要是对列车进站停止后的位置进行有效测量，并在此基础上进行车身边界的生成，同时待列车出站后把区域数据清零，以此重复检测。A区域与B区域的生成时间一般是在雷达同一扫描周期内。若列车进站后对车身位置进行扫描，B区域的生成通过车身外边界来完成，此区域的生成形状不同，这使列车进站与偏摆时对防护边界产生较大的保护作用，实现了不同车辆有不同边界，对不同载客量的列车进行有效保护，并且对进站位置边界进行有效测量[6]。
3.6 激光雷达探测结果参与站台门控制的实现
激光雷达系统在运行过程中，需要与站台门控制方法保持一致，激光雷达系统运行数据通过控制系统进行全面处理并传输于雷达控制器，雷达控制器收到数据后将其输入至站台门门控单元。而传输过程对其输入接口方式有一定的规定，并且对接口参数有较大的要求，其规定与要求主要表现在以下几个方面[7]：第一，门控信号使用的方式主要以光电隔离为主，这在较大程度上不消耗原设备电流；第二，通过原站台门所装对射式光电开关接口接入与对射式光电开关信号兼容；第三，对开关安装过程有较高的要求，需要保证设备能够在激光雷达与射式光电开关之间进行有效的切换；第四，一般情况下，隔离电压保持在2500V，并且在此基础上要求输出电流不能大于140mA，输出频率不能小于1000HZ。
4 激光雷达在轨道交通站台门安全防护应用中的注意事项
轨道交通站台一般情况下分为地下站台与地上站台，两者在结构方面有较大的不同，其中屏蔽门与安全门在安装过程中有较大的差异性，这是安装者在安装过程中需要注意的问题[8]。激光雷达探测器的安装对系统的正常运行有较大的影响，这就需要在安装过程中注意以下几个问题：第一，安装需要严格按照安装规程完成，不能对门体结构造成不利影响；第二，激光雷达系统的安装必须要便于后期养护与维修。
5 结 论
综上所述，我国轨道交通站台门通过激光雷达检测技术，不但能够提高乘客安全性，而且可以促进我国轨道交通运营线路的发展，为我国城市化建设奠定了基础。轨道交通体系在运营过程中，要不断完善轨道交通体系，把轨道交通站台门安全防护体系与激光雷达检测技术进行有效结合，保证其安全性。此外，在激光雷达的应用过程中，需要根据轨道交通的实际情况对其进行设计安装，以保证其发挥最佳功能。
参考文献：
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[3] 汪佩，郭剑辉，李伦波，等.基于单线激光雷达与视觉融合的负障碍检测算法 [J].计算机工程，2017，43（7）：303-308.
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[8] 吕国屏，廖承锐，高媛赟，等.激光雷达技术在矿山生态环境监测中的应用 [J].生态与农村环境学报，2017，33（7）：577-585.
作者简介：乐梅（1972.04-），女，汉族，总经理，正高级工程师，轨道交通专业硕士（在职）。研究方向：轨道交通运营安全。
