浅谈轨道工程列车前视障碍物智能检测系统发展状况

浅谈轨道工程列车前视障碍物智能检测系统发展状况

田野

沈阳地铁集团有限公司运营分公司辽宁沈阳110000

摘要：地铁工程列车全自动运行系统是城市轨道交通发展的趋势，它通过整合计算机系统、通信系统、信号分析系统和列车控制系统等技术实现地铁工程列车运行的自动化。将工程列车升级到全自动运行后，设备和功能要求更高。因此，必须采取措施降低工程列车运行风险，提高运行可靠性。障碍物检测系统有助于防止严重事故发生。障碍物检测系统分为被动和主动的障碍物检测。被动障碍物检测是通过内置系统进行的，传感器信号被触发并传输到工程列车上，以实现工程列车的紧急制动。主动检测障碍物时，通过列车前端传感器收集前端数据，当检测系统检测到障碍物时，可以向工程列车控制系统发送警告信号，并进行紧急制动处理。

关键词：轨道交通；障碍物；智能检测

引言

城市轨道交通全自动运行系统是工程列车运行控制系统发展的方向。对设备和功能的需求从人控提升为列车的全自动运行。前端障碍物的检测可减少列车与侵限障碍物发生碰撞的风险，避免重大事故。障碍物检测系统应检测列车前方任何侵入运行限界的障碍物。被动列车障碍物检测设备通过机械系统进行障碍物识别，触发传感器信号并传输到电气系统，电气系统控制列车采取紧急制动。主动列车障碍物检测系统利用列车前端采集系统，通过传感器(激光雷达、超声波、红外和可视雷达)采集列车前端的情况，当检测到影响列车运行安全存在前方障碍物时，系统可以及时发出警告信号，必要时紧急制动。

1障碍物识别

该系统配置了两个传感器:激光传感器和视觉传感器。计算机分析系统使目标检测和敏感数据处理成为可能。可视化数据通过算法处理形成特定的映像数据，利用预制的映像数据库将形成映像的特征与数据库内的数据进行对比，从而得出结果，也可以配置网络数据库进行数据分析和存储，在计算未记录映像时用于更新。该系统能够识别列车、人、信号灯、侵限物体等。

2国内应用现状

目前，国内主动障碍物的检测系统主要依靠外国制造商的技术，产品是通过国内代理人组装的。与外国相比，在激光探测、视频图像识别、无线电雷达、红外探测和超声波探测等列车障碍物主动检测方面的发展相对滞后，国内产品也存在一定的缺点，使用后可能发生主动检测系统的误报和遗漏，存在较大隐患。因此，用于城市轨道交通的主动列车障碍物检测装置仍处于试验阶段，检测结果暂时不参与列车控制。

3浅谈轨道工程列车前视障碍物智能检测系统发展

3.1无线通信

对于工程列车的日常运行来说，线路上的其他任何物体均属于运行障碍物，其他运行的工程列车也是障碍物，在特定条件下也会对行车安全构成严重威胁。当信号失效，前方工程列车停止运行时，由于驾驶员视力受限，可能会发生严重列车冲突事故。因此，第二套雷达系统用于与现有信号设备无关的通信设备就可以成为监控列车间距离及信号系统故障后的重要保护机制。第二雷达通过在列车自动保护系统发生故障时与列车通信的每辆列车上放置无线电天线，测量列车在同一工作方向之前经过的距离，从而实现列车回避。主要技术手段包括2.4 GHz通信和超宽带UWD位置。除了第二雷达外，GPS和GSM可以结合起来定位和通信列车，独立于当前的信号系统。但是，城市轨道工程列车的大部分运行条件都低于地面，卫星链路低，城市轨道交通使用GPS定位系统的情况有限。

3.2多级主动障碍物检测

将所需传感器安装于工程列车和轨道上，以便通过图像和车轮混合检测实现远距离的非接触式多层检测。检测对象分为预测目标状态属性和意外目标属性，分别是传输基础架构中的道路标记、信号显示状态和道路位置状态。意外目标是与可预测目标不同的目标。它仅识别目标的位置、大小和运动特性。列车装有检测列车前端周围环境的传感器。传感器数据由车载计算机计算和分析，以确定预期目标状态及影响，并将传感器坐标系数据与列车地图数据相结合，记录储存地图障碍物。安全传感器安装在轨道上，采集电路环境，计算和分析传感器数据，通过计算机系统识别预期目标状态和意外目标。传感器系统数据与路边线路卡数据和主机的融合是边缘计算、V2X无线网络、传感器数据访问等的集成系统。通过专用网连接到指挥中心。列车通过V2X网络信道向指挥中心实时传输传感器数据，也向指挥中心实时传输轨道边缘传感器数据，控制中心实时分析列车和轨道边缘数据。

3.3激光雷达

激光雷达的点云数据用于测量列车运行前目标与列车之间的距离。激光雷达设备工作距离通常在200米，与探测物体表面激光反射的能力有关。固态激光传感器和半固态激光传感器是最常用的。列车检测只需要对列车前端进行部分检查，不需要360度全面测试。因此，通常使用固态或半固态激光传感器作为检测障碍物的传感器。目前国内已有公司将激光雷达、红外传感器、相机、GPS和惯性测量单元等各种传感器结合起来，对列车运行数据进行处理，并在国内地铁试验线路上对其进行测试。该测试系统主要采用多传感器和图像识别技术相结合的方式。

3.4被动式车载障碍物检测设备关键技术

列车障碍物检测装置旨在满足减少全自动驾驶轨道交通列车运行风险的概念，并确保列车安全。障碍物检测装置应确保在发现障碍物后能尽快向列车发出紧急制动指令，因此系统的设计应确保系统的实时能力，以便对障碍物情况作出快速反应。被动检测设计是在列车两端第一个转向架前分别安装台架和检测模块，并将其连接到列车控制系统的安全电路中。当列车运行过程中遇到某一质量的物体时(当物体质量低于设定值时排除障碍物)，列车将触发紧急制动装置。当列车与障碍物碰撞时，检测横杆会产生与运动方向相反的位移。传感器检测到这种位移，超过规定阈值时，传感器产生信号并传输到电气系统，该系统关闭列车的安全电路，使列车进入紧急制动；同时，通过牵引控制将信号转发给控制中心。

结束语

一种检测障碍物的主动报警系统是在轨道和列车上安装检测器，多级监测障碍物，实时分析障碍物，识别障碍物，根据冲突风险或冲突风险将障碍物与紧急警报或刹车空间进行比较，以及提高列车安全。随着计算机和传感器技术的发展，主动检测障碍物系统将更加成熟和完善，以确保列车安全运行。

参考文献

[1]肖添文,徐永能,余辉敏.城市轨道交通障碍物检测及列车控制技术[J].兵器装备工程学报,2020,41(10):161-165.

[2]涂清松,陈舒,郑飞.基于视频技术的地铁站台间隙障碍物检测系统[J].电脑编程技巧与维护,2020(06):152-154.

[3]何秉高,孙向阳,史丽娟,赵希禄.基于激光雷达与机器视觉融合的轨道交通障碍物检测方法研究[J].轻工科技,2019,35(09):80-82.

[4]颜光宇.轨道交通障碍物检测方法研究[D].电子科技大学,2019.

[5]肖阳俊,李拥军,李金波,徐志荣,熊钢.一种多技术融合的全自动无人驾驶轨道障碍物检测系统设计[J].城市轨道交通研究,2019,22(01):111-114+119.