1、都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 收稿日期:2022-03-21 修回日期:2022-05-27 作者简介:沈豪，男，高级工程师，从事城轨交通运营安全管理研究， 引用格式:沈豪.基于激光技术的车辆基地列车动车预警系统设计J.都市快轨交通，2023，36(3)：48-53.SHEN Hao.Using laser technology to design a train early warning system in depotJ.Urban rapid rail transit,2023,36(3):48-53.48 URBAN RAPID RAIL TRANSIT
2、快轨论坛doi:10.3969/j.issn.1672-6073.2023.03.008 基于激光技术的车辆基地列车动车预警系统设计 沈 豪（申通庞巴迪(上海)轨道交通车辆维修有限公司，上海 201206）摘 要:在既有以人控为主的管理机制下，由于地铁车辆基地内检修库、运用库为半开放式区域，人员进出和列车出入库较为频繁，故存在人车冲突的安全隐患。通过对车辆基地检修库、运用库的股道列位设置以及列车运用场景进行分析，提出一种基于激光的车辆基地列车动车预警系统设计方案。该系统以激光测距技术为基础，测量出列车运动过程中的不同距离信息，通过计算机技术的逻辑处理后，分析出列车的不同运动情形，实现列车动车的
3、自动预警。目前已在上海地铁 12 号线金桥车辆基地试点应用，试点结果表明，该设计方案合理可行，一定程度上降低了作业人员人车冲突的安全风险。关键词:轨道交通；激光；车辆基地；距离；预警 中图分类号:U282.2 文献标志码:A 文章编号:1672-6073(2023)03-0048-06 Using Laser Technology to Design a Train Early Warning System in Depot SHEN Hao(Shentong Bombardier(Shanghai)Rail Transit Vehicles Maintenance Co.,Ltd.,Shan
4、ghai 201206)Abstract:In the current human-controlled management mechanisms,metro depot warehouses for maintenance and operation present potential safety hazards due to personneltrain conflicts,as these semi-open areas frequently experience personnel and train movement.This study proposes a laser-bas
5、ed train early warning system design by analyzing the track position settings of maintenance and operation warehouses and train operation scenarios in depots.The system employs laser ranging technology to measure varying distances during train movement.After processing the data using computer techno
6、logy,the system analyzes different train movement conditions and enables automatic train movement warnings.The system has been piloted and implemented at the Jinqiao Depot of Shanghai Metro Line 12.The pilot study results indicate that the proposed design scheme is reasonable and feasible,significan
7、tly reducing the safety risks associated with personneltrain conflicts.Keywords:rail transit;laser;depot;distance;early warning 地铁车辆基地是城市轨道交通系统中对车辆进行运营管理、停放及维修保养的场所，主要涵盖运营或救援需要的收车、发车、调车、车辆检修、设备设施维修等作业内容1。其中，收车、发车、调车等作业涉及检修库、运用库的列车运用和停放，在作业高峰时，存在频繁的列车出入库操作；车辆检修、设备设施维修等施工作业则主要在检修库、运用库内完成，涉及大量的人员进出活动。虽
8、然通常情况下施工股道不可进行动车作业，但因正常作业需求，施工人员可通过平交道口在库内往返，故存在与其他股道人基于激光技术的车辆基地列车动车预警系统设计 49URBAN RAPID RAIL TRANSIT车冲突风险。此外，一些巡检人员、随车人员等因工作需要在库内行走，因不了解列车动车情况，也存在人车冲突风险2-3。针对车辆基地的安全风险，申通庞巴迪(上海)轨道交通车辆维修有限公司在国内外率先开展地铁车辆基地现场作业安全管理系统的研发，其中列车动车预警系统作为一项子系统，用于检测列车的动车情况，通过声光报警的方式给库内施工人员提供安全预警提示，可大大降低人车冲突的安全风险。1 车辆基地概况 地铁
9、车辆基地作为地铁列车的停放场所，通常设有检修库和运用库4。检修库主要用于列车的检修作业，由于定修、架修等检修任务耗时较长，若采用单股道多列位的设置方式，在库内里侧的列车检修完成后，由于库内外侧的列车检修未完成，导致完成检修的列车不可立即投入运营，因此通常检修库采用单股道单列位设置方式。运用库主要用于列车的收发及停放，既能提高运用库停放列车的能力，又不降低列车发车效率，通常采用单股道双列位设置方式。对于单股道单列位，由于只可停放 1 列车，故存在 2 种列车运用场景(见图 1)：股道收车；股道发车。其中转轨调车作业在列车出入库操作上可包含于股道收车和发车的运用场景中5-6。图 1 单股道单列位列
10、车运用场景 Figure 1 Train application scenarios of single track and single position 对于单股道双列位，可分为 A 列位、B 列位。由于 A 列位和 B 列位都可停放列车，所以存在 6 种列车运用场景：A 列位收车；A 列位发车；B 列位收车；B 列位发车；A 至 B 调车；B 至 A 调车，如图 2 所示，其中箭头方向表示列车运行方向。2 系统硬件结构 列车动车预警系统由现场监测设备、现场预警设备、数据处理设备 3 类组成。其中，现场监测设备是各种列车运用场景的基础数据采集设备；现场预警设备为列车动车时提供预警信息；数据
11、处理设备作为核心逻辑处理设备，处理采集的基础数据信息，并分析处理后自动触发或停止现场预警设备。图 2 单股道双列位列车运用场景 Figure 2 Train application scenarios of single track and double position 现场监测设备由安装在股道旁的激光测距传感器构成7-8，技术指标应满足测量距离50 m，数据测量传输频率为 2 Hz，测量稳定性满足漂移10 cm，工作要求为 24 h 不间断。激光测距传感器安装位置由其功能需求而定。由于单列位的股道需要利用激光测量列车入库和出库过程，分别用于触发列车入库预警和停止列车出库预警，因此需要在股道
12、库外安装激光传感器，同时需要利用激光测量列车在股道停稳以及列车发车动车过程，分别用于停止列车入库预警和触发列车出库预警，因此需要在股道端尾安装激光测距传感器。对于双列位的股道，A 列位的安装需求与单列位的股道同理，需要在库外和 A 列位端尾安装激光测距传感器，其中 A 列位端尾的激光测距传感器可作为B列位入库的监测设备，不需要再单独安装入库监测设备，但需要激光测量B列位的列车停稳过程和向库外运动的动车过程，因此在 B 列位端尾还需要安装激光测距传感器。本系统为保证系统的可靠性，避免单个设备故障而影响系统使用，在每个安装点位安装了 2 个激光测距传感器，一主一备，设备布置如图 3 所示。图 3
13、激光测距传感器设置示意 Figure 3 Schematic of installation and setup of laser ranging sensor 现场预警设备由安装在股道旁的声光报警器构成。由于地铁车辆多数采用 A 型车(约 22.8 m/辆)和 B都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 50 URBAN RAPID RAIL TRANSIT 型车9(约 19 m/辆)，在采用 6 编组的情况下，通常单列位就超过 120 m，因此列位长度较长。为更有效地为库内人员提供预警信息，需要在每个列位的端头和端尾都安装一个声光报警器。数据处理设备由数据库服务器、应用服
14、务器、网络交换机及网线等组成。其中，数据库服务器是系统的数据存储设备；应用服务器运行逻辑处理软件，分析列车动车过程，并根据逻辑关系控制各股道的声光报警器；网络交换机及网线则用于搭建系统局域网，提供各设备的数据传输通道。系统硬件结构最小单元如图 4 所示。图 4 系统硬件结构 Figure 4 System hardware structure 3 系统软件架构设计 列车动车预警系统作为一个自动控制系统，其目的是实现实时监测各种列车的运用场景，识别分析后自动触发或停止列车动车预警，属于无人控制系统，其功能的实现完全由应用服务器的逻辑控制软件完成。逻辑控制软件由 3 部分组成，分别为数据接口模块、
15、逻辑处理模块、日志管理模块。数据接口模块完成与激光测距传感器和声光报警器的数据传输，其中与激光测距传感器的接口主要是实时获取各个激光传感器的测量距离信息和解析处理，并监控接口连接状态是否正常；与声光报警器的接口主要是控制声光报警器的启用和关闭，并监控接口连接状态是否正常。逻辑处理模块主要根据实时测量的距离信息识别出距离指标和距离变化趋势，采用设置的状态机10的各种状态来表示列车动车情况，并根据状态变化触发或关闭声光报警器。4 算法逻辑设计 4.1 算法的基本原则 本系统关于列车运行状态的判定是通过实时分析激光测量的距离信息，以及激光传感器的安装位置，并结合列车运用场景综合分析得出的。本系统算法
16、逻辑的基本原则有以下 6 点。1)测量数据获取原则。为提高系统的可靠性，系统在同一位置设置了 2 个激光传感器，因此采用主热备的方式进行数据处理，即优先采用主激光传感器数据，当识别到主激光传感器故障时，采用备用激光传感器数据。2)列车运动时，激光测距基本变化原则。因激光传感器安装在股道侧方，列车经过激光传感器时的距离变化不是简单的由远及近，而是如图 5 所示。其中，图 5(a)表示无列车时，激光打向远处遮挡物或无穷远；图 5(b)表示列车驶来，刚刚截断激光，此时激光距离是一个突变，激光打向列车车头最左侧，此位置是激光测距有车时的最远距离；图 5(c)表示列车继续驶入，此时激光已经打向了列车车头最右侧，此位置是激光测距的最近距离；图 5(d)表示列车再继续驶入，激光打向列车右侧车体，由于车体不平整，因此激光测距是在时远时近地波动。图 5 激光测距基本变化 Figure 5 Basic changes of laser ranging 3)股道无车判定原则。当激光传感器前方无车时，激光会打向前方的遮挡物或无穷远，此时测量结果是一个最大值或超量程值，因此当测量结果大于基于激光技术的车辆基地列
