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鐵路站臺激光越線(xiàn)檢測系統（反射式）

    隨著(zhù)人民生活水平的不斷提高，鐵路憑借著(zhù)安全系數高、運行速度快、乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)成為旅客最主要的出行方式。尤其是CRH動(dòng)車(chē)組的開(kāi)行不但提高了旅客乘坐的舒適性，而且大大縮短了旅途時(shí)間，受到旅客的歡迎。我國普通列車(chē)站臺和動(dòng)車(chē)組列車(chē)站臺都沿用了傳統的開(kāi)放式構建形式，雖然站臺邊沿處設有安全黃線(xiàn)，但在候車(chē)過(guò)程中仍然有部分旅客意識不到危險越過(guò)安全黃線(xiàn)隨意走動(dòng)、接打電話(huà)，往往需要接車(chē)工作人員的多次提醒和制止。接車(chē)工作人員少乘客多，起不到站臺全線(xiàn)實(shí)時(shí)提醒和看護的效果；有時(shí)候部分帶孩的旅客，由于看護不周導致小孩在玩耍時(shí)跌落站臺，甚至會(huì )逼停列車(chē)造成晚點(diǎn)，嚴重的還會(huì )出現生命危險。為此，站臺需要一套有效的越線(xiàn)檢測報警系統。
一、項目目的
    在對鐵路原有聲光信號不造成影響的前提下，在站臺建立一套智能有效的越線(xiàn)檢測及語(yǔ)音提醒系統，從而進(jìn)一步保護旅客在站臺乘車(chē)時(shí)的人身安全；由于越線(xiàn)即播報提醒語(yǔ)音，同時(shí)也提高了旅客的自我安全保護意識，防止意外事故發(fā)生。
二、系統介紹
    整個(gè)系統分激光越線(xiàn)探測、越線(xiàn)報警信號處理、語(yǔ)音提示三大功能部分。激光越線(xiàn)探測功能的核心是激光測距，越線(xiàn)信號由激光越線(xiàn)探測器發(fā)出通過(guò)有線(xiàn)(或無(wú)線(xiàn))的方式傳輸給控制主機內的無(wú)線(xiàn)信號控制器，控制器將信號分析、處理后驅動(dòng)站臺全線(xiàn)語(yǔ)音提示器播放提示或警告語(yǔ)音。語(yǔ)音提示功能主要由一體化語(yǔ)音提示器實(shí)現，每個(gè)語(yǔ)音提示器內部有已經(jīng)固化好的語(yǔ)音文件，通過(guò)控制主機驅動(dòng)播放。語(yǔ)音提示器根據整個(gè)站臺長(cháng)度要求每間隔60米安裝一個(gè)，間隔距離越近整個(gè)站臺的聲音越響亮，整體效果表現越好。整個(gè)系統的啟動(dòng)或關(guān)閉可通過(guò)無(wú)線(xiàn)遙控器遠程控制。
    系統網(wǎng)絡(luò )圖如下所示:

三、工作原理    當列車(chē)即將到站，站臺工作人員可根據旅客進(jìn)入站臺的時(shí)間擇時(shí)通過(guò)手中的無(wú)線(xiàn)遙控器啟動(dòng)激光越線(xiàn)檢測系統。整個(gè)系統開(kāi)始運行，激光越線(xiàn)探測器進(jìn)入實(shí)時(shí)探測狀態(tài)；激光越線(xiàn)探測器間斷發(fā)出一串高頻脈沖激光束，該激光束發(fā)散角度小、方向一致，以激光束作為一條警戒線(xiàn)檢測整條站臺；列車(chē)到來(lái)之前該條警戒線(xiàn)應是無(wú)任何遮擋，當任意位置有人或物體遮擋，激光越線(xiàn)探測器判斷認為探測目標位置發(fā)生變化、探測目標距離值有改變，立即輸出報警信號給控制主機。                      
    控制主機接收到報警信號后，會(huì )根據系統設置啟動(dòng)整個(gè)站臺沿線(xiàn)的語(yǔ)音提示器播放越線(xiàn)提醒語(yǔ)音：“您已越線(xiàn)，請注意安全！”(語(yǔ)音內容可定制)起到越線(xiàn)及時(shí)提醒及制止的作用。站臺工作人員聽(tīng)到越線(xiàn)提醒語(yǔ)音也可以進(jìn)一步勸阻、制止越線(xiàn)旅客，退到安全黃線(xiàn)以?xún)?，確保人身安全和保障列車(chē)正常運行。
    當列車(chē)到達站臺并停穩后，旅客必會(huì )越過(guò)安全黃線(xiàn)上下車(chē)，此時(shí)站臺工作人員需按下無(wú)線(xiàn)遙控器的控制按鈕，暫停語(yǔ)音提醒或關(guān)閉整個(gè)探測系統，目的是在旅客上下車(chē)的過(guò)程中不讓其發(fā)出提醒語(yǔ)音。
    當旅客上下車(chē)完畢，列車(chē)門(mén)關(guān)好準備開(kāi)車(chē)時(shí)，站臺工作人員可根據現場(chǎng)需要選擇是否再次打開(kāi)語(yǔ)音提醒或整個(gè)探測系統，目的是確保列車(chē)開(kāi)動(dòng)時(shí)，安全黃線(xiàn)及線(xiàn)外沒(méi)有滯留的旅客及行李，防止意外發(fā)生。
    列車(chē)安全駛出站臺，本趟列車(chē)接車(chē)工作基本結束，站臺工作人員一般會(huì )及時(shí)提醒并勸離逗留在站臺上的旅客盡快出站，待站臺上沒(méi)有旅客及閑雜人員后，工作人員通過(guò)遙控器關(guān)閉整個(gè)系統，本次接車(chē)工作結束。

四、系統組成
    系統主要有激光越線(xiàn)探測器、控制主機、無(wú)線(xiàn)信號控制器、語(yǔ)音提醒、反光板(可選配)5個(gè)功能模塊組成。
（一）激光越線(xiàn)檢測器
(1)產(chǎn)品介紹
    激光越線(xiàn)探測器是飛天激光自動(dòng)化技術(shù)有限公司根據鐵路站臺、生產(chǎn)車(chē)間、考古現場(chǎng)、臨時(shí)警戒等應用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的一款以激光光源作為檢測媒介的新型產(chǎn)品，產(chǎn)品靠激光測量整個(gè)站臺的距離長(cháng)度，通過(guò)該距離能自動(dòng)判斷出有無(wú)人越線(xiàn)或遮擋，測量速度快、精度高，可設置報警參考距離值，系統能根據此報警參考值自動(dòng)判斷并觸發(fā)報警。

    產(chǎn)品為立式筒形結構，直徑160mm，總高度700mm。粗壯、圓滑的造型設計能有效抵抗站臺地面的震動(dòng)及列車(chē)高速通過(guò)時(shí)的強風(fēng)壓影響；直徑250mm厚度8mm的安裝底盤(pán)確保產(chǎn)品安裝在站臺邊緣穩固、結實(shí)。產(chǎn)品殼體為優(yōu)質(zhì)304#不銹鋼材質(zhì)，抗腐蝕抗氧化不褪色；底盤(pán)6個(gè)φ12mm安裝孔均勻分布。

    根據《中國成年人人體尺寸》（GB10000-88），結合從國內我公司調查以及和國軌道交通運營(yíng)公司的交流溝通情況來(lái)看，產(chǎn)品設計將激光束的高度設置在距站臺面520mm的高度。成年人身高為1449-1830mm，成年男子，小腿加足高為372-468mm，大腿為413-532mm，成年女子，小腿加足高為331-420mm，大腿為387-496mm，考慮鞋高約20mm ，同時(shí)小腿是中間粗兩頭細，所以激光束設置在520mm 高度比較合適。未成年人，身高在1000-1400mm，一旦出現越線(xiàn)或滯留情況，必可保證激光束被其臀部以上部位遮擋，從而報警。

(2)探測范圍
    激光波長(cháng)選用905nm肉眼不可見(jiàn)光，激光發(fā)散角小于3′，合理的激光發(fā)散角使得產(chǎn)品可以達到以線(xiàn)蓋面的檢測效果。根據本公司實(shí)測，能測量成功前提下的激光光斑大小與對應距離關(guān)系如下所列：

    激光光源和手電筒光源原理一樣，隨著(zhù)距離變遠光斑也會(huì )變大。但是從上表中可以看出，在約300m處開(kāi)始，光斑大小基本不再隨著(zhù)距離的變遠而增大。其原因是，光斑邊緣的激光能量相對較弱，在往返目標物的過(guò)程中會(huì )逐漸消失，表中所列的激光光斑范圍是保證能測量成功的前提下得出的數據，實(shí)際光斑雖然大，但是邊緣弱光不能保證測量的成功性。

    1米左右的有效高度檢測范圍，基本覆蓋了人胸部以下在整個(gè)站臺上的空間區域，因此檢測效率及檢測準確度高。(圖中用紅色表示激光光區，只是為了展示光斑效果，并不代表實(shí)際激光光源顏色)

    0.5米左右的有效水平檢測范圍，基本適合站臺安全黃線(xiàn)實(shí)際寬度，合理的激光發(fā)散角使激光光源以點(diǎn)代面達到空間檢測的使用要求。
(3)工作原理
    激光越線(xiàn)探測器是以激光測距功能作為檢測核心，以一道不可見(jiàn)激光束為檢測基準線(xiàn)。光源受激光腔的濾波效應，其光束細、功率密度高、光線(xiàn)疊加幅度穩定且在時(shí)間上和空間上周期一致，不僅可以長(cháng)期工作而且可以提高測距精度。
激光測距分脈沖測量法和相位測量法；其中脈沖測量法是利用激光脈沖在大氣中傳播的時(shí)間差實(shí)現距離的測量，它適合測距量程較遠的應用場(chǎng)合。相位測量法是測量激光脈沖在目標物之間往返過(guò)程中產(chǎn)生的相位變化，經(jīng)過(guò)換算得出被測目標的距離，目前這種測量方法適合測距精度要求較高的場(chǎng)合。
其基本原理如圖：

    激光越線(xiàn)探測器將脈沖測量和相位測量?jì)煞N方法的優(yōu)點(diǎn)相結合，融入飛行時(shí)間算法理念實(shí)現了測距精度高且測量距離遠的應用目標。激光脈沖經(jīng)倍頻、發(fā)射、接收、放大、整形、鑒頻等一系列硬件電路處理送入內部邏輯運算單元并結合軟件程序分析對防護區域實(shí)現高精度不間斷監控。調試人員手動(dòng)設定探測目標距離值，激光測距單元即以此目標距離為探測標準，在與目標物直線(xiàn)距離之間若有人越過(guò)或遮擋激光檢測線(xiàn)，測距單元會(huì )自動(dòng)分析并計算出越線(xiàn)位置距離并啟動(dòng)報警。

(4)技術(shù)指標

（二）控制主機
    控制主機是保證整個(gè)系統正常運行的核心，內部預留開(kāi)放式端子接口?？刂浦鳈C箱采用0.8mm厚度304#不銹鋼制作，確保長(cháng)期安裝于室外不生銹不被腐蝕，主機箱長(cháng)*寬*高尺寸為400*300*170mm。內部各部件按照工業(yè)標準設計，裝有漏電保護開(kāi)關(guān)，具有過(guò)流、漏電、短路等保護功能。
控制主機實(shí)物如下所示：

    箱內無(wú)線(xiàn)信號控制器由卡軌式品牌工業(yè)電源(明緯)單獨供電，不與外部電源混接，電源輸出規格為DC24V/30W。內部所有 功能接線(xiàn)都已完成，外接引線(xiàn)全部甩到接線(xiàn)端子，接線(xiàn)簡(jiǎn)單、接線(xiàn)思路清晰明確。
控制主機技術(shù)指標：

（1） 信號控制模式
    控制主機可對外提供1路AC220V/5A和1路DC12V/1A電源輸出，且兩路電源不受任何控制，一直輸出。該模式遙控器能起到的作用只有旁路越線(xiàn)信號的功能。當站臺工作人員按下遙控器“A”鍵，各設備正常供電工作，越線(xiàn)信號旁路被解除，有人越線(xiàn)或侵線(xiàn)，內部MCU收到越線(xiàn)信號后即會(huì )通過(guò)NO和COM端子輸出信號觸發(fā)語(yǔ)音提示器播放語(yǔ)音，實(shí)現越線(xiàn)提醒語(yǔ)音播報的功能。當站臺工作人員按下遙控器的“B”鍵，激光越線(xiàn)探測器會(huì )正常工作，控制主機內部MCU正常接收越線(xiàn)信號，但是控制主機不會(huì )驅動(dòng)語(yǔ)音提示器播報語(yǔ)音，實(shí)現暫停語(yǔ)音播報的功能。
（三）無(wú)線(xiàn)信號控制器
    無(wú)線(xiàn)信號控制器屬于站臺越線(xiàn)專(zhuān)用控制器，由本公司根據站臺越線(xiàn)檢測功能專(zhuān)門(mén)設計，外殼材質(zhì)ABS工程塑料，卡軌式安裝。它起到無(wú)線(xiàn)控制信號接收、越線(xiàn)信號檢測、觸發(fā)語(yǔ)音播報的功能?？刂破鲙в须娫粗甘緹?、工作模式指示燈、無(wú)線(xiàn)信號指示燈、語(yǔ)音輸出指示燈?？筛鶕ぷ髂Ｊ皆O置自動(dòng)控制輸出狀態(tài)，越線(xiàn)一次能實(shí)現可設定觸發(fā)1-4遍語(yǔ)音播報。
無(wú)線(xiàn)信號控制器實(shí)物如下圖所示：

    無(wú)線(xiàn)信號控制器包含發(fā)射模塊和接收模塊兩部分。發(fā)射模塊整體尺寸為145*43*25mm，抽拉式天線(xiàn)，天線(xiàn)拉出后總長(cháng)度為240mm。外殼背部曲線(xiàn)設計，握持手感舒適，右側設計有電源開(kāi)關(guān)，背部電池倉蓋推拉式結構，電池型號為9V方形電池可更換，正面頂部設計有信號發(fā)射指示燈。發(fā)射模塊實(shí)物如下圖所示：

    發(fā)射模塊的工作頻率為315M，采用聲表諧振器SAW穩頻，頻率穩定度極高，當環(huán)境溫度在－25～+85度之間變化時(shí)，頻飄僅為3ppm/度。聲表諧振器的頻率穩定度僅次于晶體，而一般的LC振蕩器頻率穩定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調電容，溫差變化及振動(dòng)也很難保證已調好的頻點(diǎn)不會(huì )發(fā)生偏移。模塊體積小、遙控距離遠，發(fā)射電壓為12V時(shí)為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約60毫安，空曠地理論傳輸距離700～800米，實(shí)際傳輸距離視現場(chǎng)環(huán)境略有改變，發(fā)射功率約500毫瓦。數據信號采用ASK方式調制，以降低功耗，當數據信號停止時(shí)發(fā)射電流可降為零。
    接收模塊的工作頻率為315M，靜態(tài)電流僅為4毫安，它為超再生接收電路，接收靈敏度高。本模塊不像其它超再生接收電路那樣產(chǎn)生密集的噪聲波形，所以抗干擾能力較強。接收模塊焊接在無(wú)線(xiàn)信號控制器內部電路上，完成控制信號的接收功能。

接收模塊

    由于控制器安裝在不銹鋼控制箱內部，無(wú)線(xiàn)信號很大程度被控制箱屏蔽，為了達到遠距離控制的效果，需要加裝高增益外引天線(xiàn)，增大無(wú)線(xiàn)信號的接收距離。天線(xiàn)通過(guò)控制箱底部出線(xiàn)孔引出放置在箱外，底部強磁吸盤(pán)。

(四)語(yǔ)音提醒
    本系統語(yǔ)音提醒功能獨立實(shí)現，不與站臺語(yǔ)音系統相沖突。語(yǔ)音通過(guò)控制主機觸發(fā)播報，語(yǔ)音內容為“您已越線(xiàn)，請注意安全！”。語(yǔ)音提示器實(shí)物如下圖：

    單個(gè)語(yǔ)音提示器額定播放功率為100W,工作電壓支持DC12-24V，長(cháng)*寬*高尺寸為230*200*140mm。綜合考慮，本方案中設計每個(gè)語(yǔ)音提示器單獨配備一個(gè)DC24V/2.5A輸出的開(kāi)關(guān)電源。因站臺較空曠、聲音衰減幅度大，根據現場(chǎng)體驗，語(yǔ)音提示器要求每間隔60米左右安裝一個(gè)，一般500米長(cháng)度的鐵路站臺需安裝8個(gè)左右。

    聲音提示器具備分區域播報的能力，遵循就近原則，距離發(fā)生越線(xiàn)地點(diǎn)較近的聲音提示器有優(yōu)先播報權；舉例：當檢測正常時(shí)，激光越線(xiàn)探測器檢測正常距離值為500或＞500m，此時(shí)假如站臺270m處有越線(xiàn)行為，那么系統會(huì )自動(dòng)分析并啟動(dòng)A5處的聲音提示器播放越線(xiàn)提示語(yǔ)音，A5點(diǎn)距離設備280m。當然，用戶(hù)也可以根據實(shí)際應用要求改成越線(xiàn)時(shí)全線(xiàn)語(yǔ)音提示器同時(shí)播放的功能。
（五）激光檢測反光板(可選配)
    越線(xiàn)探測是靠檢測激光往返目標物的時(shí)間來(lái)確定中間有沒(méi)有旅客及滯留物，當激光往返路徑上有物體遮擋，大量的激光能量由于被散射或折射而衰減，回光量小檢測就會(huì )不準確。大霧、大雨、沙塵等惡劣天氣也會(huì )對測量結果產(chǎn)生一定影響，由于雨霧、沙塵其含量成分就是細小的水珠和固體顆粒，當激光照射到細小的水珠或固體顆粒物時(shí)，會(huì )產(chǎn)生光源的折射或漫反射，而且方向角度不一致。
因此，針對多霧霾多沙塵等天氣復雜的地域，產(chǎn)品需配備測距反光板，用反光板作為測量目標物來(lái)保證探測的穩定性，當激光光源打到反光板表面，由于反光板表面含有特殊反光材料，會(huì )有80%以上的光會(huì )被反射，激光能量散失少、往返目標物的穿透力強，大幅度提高了測量結果準確性。
四、系統配置
整套系統主要配置如下表所列，具體可根據現場(chǎng)條件調整。

五、安裝與布設
    激光越線(xiàn)探測器的安裝需要6顆M8*10mm膨脹螺栓直接固定在地面上或安裝在支架上(現場(chǎng)地面無(wú)法直接安裝的需要支架)，要求地面為堅硬平整的混凝土結構或石基結構。
用戶(hù)只需要沿站臺首尾布設一根的多芯軟銅線(xiàn)就可實(shí)現給越線(xiàn)探測器和全線(xiàn)語(yǔ)音提示器開(kāi)關(guān)電源統一供電；從站臺首個(gè)語(yǔ)音提示器到末個(gè)語(yǔ)音提示器布設一根的多芯軟銅線(xiàn)連到控制主機就可實(shí)現語(yǔ)音播報統一控制。
產(chǎn)品安裝示意圖：

六、維護與保養
     因站臺現場(chǎng)條件特殊，不停站的列車(chē)通過(guò)時(shí)風(fēng)壓大、震動(dòng)強，長(cháng)久下來(lái)可能會(huì )對越線(xiàn)探測器的激光束產(chǎn)生影響。激光警戒線(xiàn)與安全黃線(xiàn)平行、與地面高度遠近一致是保證系統正常運行的重要前提，要求用戶(hù)需每隔兩個(gè)月或一個(gè)季度對激光越線(xiàn)探測器進(jìn)行一次激光光路校準和系統的整體檢查維護。