【激光對射】：激光越線檢測系統(tǒng)實施方案

項目背景

隨著人民生活水平的不斷提高，鐵路憑借著安全系數(shù)高、運行速度快、乘坐舒適等優(yōu)點成為旅客最主要的出行方式。尤其是CRH動車組的開行不但提高了旅客乘坐的舒適性，而且大大縮短了旅途時間，受到旅客的歡迎。我國普通列車站臺和動車組列車站臺都沿用了傳統(tǒng)的開放式構建形式，雖然站臺邊沿處設有安全黃線，但在候車過程中仍然有部分旅客意識不到危險越過安全黃線隨意走動、接打電話，往往需要接車工作人員的多次提醒和制止。接車工作人員少乘客多，起不到站臺全線實時提醒和看護的效果；有時候部分帶孩的旅客，由于看護不周導致小孩在玩耍時跌落站臺，甚至會逼停列車造成晚點，嚴重的還會出現(xiàn)生命危險。為此，站臺需要一套有效的越線檢測報警系統(tǒng)。

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檢測及語音提醒系統(tǒng)，從而進一步保護旅客在站臺乘車時的人身安全；由于越線即播報提醒語音，同時也提高了旅客的自我安全保護意識，防止意外事故發(fā)生。

系統(tǒng)說明

整個系統(tǒng)分激光越線探測、越線報警信號處理、語音提示三大功能部分。激光越線探測功能的核心是激光測距，越線信號由激光越線探測器發(fā)出通過有線(或無線)的方式傳輸給控制主機內(nèi)的無線信號控制器，控制器將信號分析、處理后驅(qū)動站臺全線語音提示器播放提示或警告語音。語音提示功能主要由一體化語音提示器實現(xiàn)，每個語音提示器內(nèi)部有已經(jīng)固化好的語音文件，通過控制主機驅(qū)動播放。語音提示器根據(jù)整個站臺長度要求每間隔60米安裝一個，間隔距離越近整個站臺的聲音越響亮，整體效果表現(xiàn)越好。整個系統(tǒng)的啟動或關閉可通過無線遙控器遠程控制。

2）系統(tǒng)工作原理

當列車即將到站，站臺工作人員可根據(jù)旅客進入站臺的時間擇時通過手中的無線遙控器啟動激光越線檢測系統(tǒng)。整個系統(tǒng)開始運行，激光越線探測器進入實時探測狀態(tài)；激光越線探測器間斷發(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檢測整條站臺；列車到來之前該條警戒線應是無任何遮擋，當任意位置有人或物體遮擋，激光越線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，會根據(jù)系統(tǒng)設置啟動整個站臺沿線的語音提示器播放越線提醒語音：“您已越線，請注意安全！”(語音內(nèi)容可定制)起到越線及時提醒及制止的作用。站臺工作人員聽到越線提醒語音也可以進一步勸阻、制止越線旅客，退到安全黃線以內(nèi)，確保人身安全和保障列車正常運行。

當列車到達站臺并停穩(wěn)后，旅客必會越過安全黃線上下車，此時站臺工作人員需按下無線遙控器的控制按鈕，暫停語音提醒或關閉整個探測系統(tǒng)，目的是在旅客上下車的過程中不讓其發(fā)出提醒語音。

當旅客上下車完畢，列車門關好準備開車時，站臺工作人員可根據(jù)現(xiàn)場需要選擇是否再次打開語音提醒或整個探測系統(tǒng)，目的是確保列車開動時，安全黃線及線外沒有滯留的旅客及行李，防止意外發(fā)生。

列車安全駛出站臺，本趟列車接車工作基本結束，站臺工作人員一般會及時提醒并勸離逗留在站臺上的旅客盡快出站，待站臺上沒有旅客及閑雜人員后，工作人員通過遙控器關閉整個系統(tǒng)，本次接車工作結束。

功能組成部分

系統(tǒng)主要有激光越線探測器、控制主機、無線信號控制器、語音提醒、反光板(可選配)5個功能模塊組成。

激光越線探測器

產(chǎn)品介紹

激光越線探測器是飛天激光自動化技術有限公司根據(jù)鐵路站臺、生產(chǎn)車間、考古現(xiàn)場、臨時警戒等應用領域開發(fā)的一款以激光光源作為檢測媒介的新型產(chǎn)品，產(chǎn)品靠激光測量整個站臺的距離長度，通過該距離能自動判斷出有無人越線或遮擋，測量速度快、精度高，可設置報警參考距離值，系統(tǒng)能根據(jù)此報警參考值自動判斷并觸發(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及列車高速通過時的強風壓影響；直徑250mm厚度8mm的安裝底盤確保產(chǎn)品安裝在站臺邊緣穩(wěn)固、結實。

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6個φ12mm安裝孔均勻分布。

根據(jù)《中國成年人人體尺寸》（GB10000-88），結合從國內(nèi)我公司調(diào)查以及和國軌道交通運營公司的交流溝通情況來看，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(xiàn)越線或滯留情況，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

激光波長選用905nm肉眼不可見光，激光發(fā)散角小于3′，合理的激光發(fā)散角使得產(chǎn)品可以達到以線蓋面的檢測效果。根據(jù)本公司實測，能測量成功前提下的激光光斑大小與對應距離關系如下所列：

激光光源和手電筒光源原理一樣，隨著距離變遠光斑也會變大。但是從上表中可以看出，在約300m處開始，光斑大小基本不再隨著距離的變遠而增大。其原因是，光斑邊緣的激光能量相

對較弱，在往返目標物的過程中會逐漸消失，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(shù)據(jù)，實際光斑雖然大，但是邊緣弱光不能保證測量的成功性。?

垂直光斑范圍示意圖

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站臺上的空間區(qū)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(qū)，只是為了展示光斑效果，并不代表實際激光光源顏色)?

水平光斑范圍示意圖

????0.5米左右的有效水平檢測范圍，基本適合站臺安全黃線實際寬度，合理的激光發(fā)散角使激光光源以點代面達到空間檢測的使用要求。

工作原理

激光越線探測器是以激光測距功能作為檢測核心，以一道不可見激光束為檢測基準線。光源受激光腔的濾波效應，其光束細、功率密度高、光線疊加幅度穩(wěn)定且在時間上和空間上周期一致，不僅可以長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間差實現(xiàn)距離的測量，它適合測距量程較遠的應用場合。相位測量法是測量激光脈沖在目標物之間往返過程中產(chǎn)生的相位變化，經(jīng)過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合。激光越線探測器將脈沖測量和相位測量兩種方法的優(yōu)點相結合，融入飛行時間算法理念實現(xiàn)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(nèi)部邏輯運算單元并結合軟件程序分析對防護區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高精度不間斷監(jiān)控。調(diào)試人員手動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，在與目標物直線距離之間若有人越過或遮擋激光檢測線，測距單元會自動分析并計算出越線位置距離并啟動報警。?

技術指標?

控制主機

控制主機是保證整個系統(tǒng)正常運行的核心，內(nèi)部預留開放式端子接口?？刂浦鳈C箱采用0.8mm厚度304#不銹鋼制作，確保長期安裝于室外不生銹不被腐蝕，主機箱長*寬*高尺寸為400*300*170mm。內(nèi)部各部件按照工業(yè)標準設計，裝有漏電保護開關，具有過流、漏電、短路等保護功能。箱內(nèi)無線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(guī)格為DC24V/30W。內(nèi)部所有 ???功能接線都已完成，外接引線全部甩到接線端子，接線簡單、接線思路清晰明確。

控制主機技術指標：

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，越線信號旁路被解除，有人越線或侵線，內(nèi)部MCU收到越線信號后即會通過NO和COM端子輸出信號觸發(fā)語音提示器播放語音，實現(xiàn)越線提醒語音播報的功能。當站臺工作人員按下遙控器的“B”鍵，激光越線探測器會正常工作，控制主機內(nèi)部MCU正常接收越線信號，但是控制主機不會驅(qū)動語音提示器播報語音，實現(xiàn)暫停語音播報的功能。

2）?無線信號控制器

無線信號控制器屬于站臺越線專用控制器，由本公司根據(jù)站臺越線檢測功能專門設計，外殼材質(zhì)ABS工程塑料，卡軌式安裝。它起到無線控制信號接收、越線信號檢測、觸發(fā)語音播報的功能?？刂破鲙в须娫粗甘緹簟⒐ぷ髂Ｊ街甘緹?、無線信號指示燈、語音輸出指示燈。可根據(jù)工作模式設置自動控制輸出狀態(tài)，越線一次能實現(xiàn)可設定觸發(fā)1-4遍語音播報。

無線信號控制器實物如下圖所示：?????

無線信號控制器包含發(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，天線拉出后總長度為240mm。外殼背部曲線設計，握持手感舒適，右側設計有電源開關，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(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當環(huán)境溫度在－25～+85度之間變化時，頻飄僅為3ppm/度。聲表諧振器的頻率穩(wěn)定度僅次于晶體，而一般的LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動也很難保證已調(diào)好的頻點不會發(fā)生偏移。模塊體積小、遙控距離遠，發(fā)射電壓為12V時為最佳工作電壓，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，實際傳輸距離視現(xiàn)場環(huán)境略有改變，發(fā)射功率約500毫瓦。數(shù)據(jù)信號采用ASK方式調(diào)制，以降低功耗，當數(shù)據(jù)信號停止時發(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。接收模塊焊接在無線信號控制器內(nèi)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(nèi)部，無線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，增大無線信號的接收距離。天線通過控制箱底部出線孔引出放置在箱外，底部強磁吸盤?

高增益天線

3）語音提醒

本系統(tǒng)語音提醒功能獨立實現(xiàn)，不與站臺語音系統(tǒng)相沖突。語音通過控制主機觸發(fā)播報，語音內(nèi)容為“您已越線，請注意安全！”。語音提示器實物如下圖：?

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

?????聲音提示器具備分區(qū)域播報的能力，遵循就近原則，距離發(fā)生越線地點較近的聲音提示器有優(yōu)先播報權；舉例：當檢測正常時，激光越線探測器檢測正常距離值為500或＞500m，此時假如站臺270m處有越線行為，那么系統(tǒng)會自動分析并啟動A5處的聲音提示器播放越線提示語音，A5點距離設備280m。當然，用戶也可以根據(jù)實際應用要求改成越線時全線語音提示器同時播放的功能。

4）激光檢測反光板(可選配)

??????越線探測是靠檢測激光往返目標物的時間來確定中間有沒有旅客及滯留物，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，回光量小檢測就會不準確。大霧、大雨、沙塵等惡劣天氣也會對測量結果產(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，會產(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保證探測的穩(wěn)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，會有80%以上的光會被反射，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。

（三）、 系統(tǒng)配置

整套系統(tǒng)主要配置如下表所列，具體可根據(jù)現(xiàn)場條件調(diào)整。?

（四）、安裝與布設

激光越線探測器的安裝需要6顆M8*10mm膨脹螺栓直接固定在地面上或安裝在支架上(現(xiàn)場地面無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。

用戶只需要沿站臺首尾布設一根的多芯軟銅線就可實現(xiàn)給越線探測器和全線語音提示器開關電源統(tǒng)一供電；從站臺首個語音提示器到末個語音提示器布設一根的多芯軟銅線連到控制主機就可實現(xiàn)語音播報統(tǒng)一控制。

8.5.6維護與保養(yǎng)

因站臺現(xiàn)場條件特殊，不停站的列車通過時風壓大、震動強，長久下來可能會對越線探測器的激光束產(chǎn)生影響。激光警戒線與安全黃線平行、與地面高度遠近一致是保證系統(tǒng)正常運行的重要前提，要求用戶需每隔兩個月或一個季度對激光越線探測器進行一次激光光路校準和系統(tǒng)的整體檢查維護。

山東飛天激光光電科技有限公司成立于2009年9月1日，公司專注于激光光電探測技術的研發(fā)，以周界入侵報警產(chǎn)品為主導，同步開展智能交通和工業(yè)自控類產(chǎn)品的研發(fā)和制造，正初步形成以產(chǎn)品開發(fā)，解決方案，和平臺服務全價值鏈業(yè)務格局，公司以“高”“精”“尖”產(chǎn)品為主，不斷為石油石化管線分輸加壓站，油庫罐區(qū)，高鐵變電所，地鐵停車場，機場停機坪，監(jiān)獄圍墻，看守所內(nèi)保，電力變電所，邊防哨所警戒等高端周界防范領域提供強力支撐，為道路交通保駕護航，還為廣闊的民用光電市場提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，致力于成為激光周界安防行業(yè)綜合解決方案提供商和服務商。

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