項(xiàng)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(yùn)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(shí)間，受到旅客的歡迎。我國(guó)普通列車站臺(tái)和動(dòng)車組列車站臺(tái)都沿用了傳統(tǒng)的開放式構(gòu)建形式，雖然站臺(tái)邊沿處設(shè)有安全黃線，但在候車過程中仍然有部分旅客意識(shí)不到危險(xiǎn)越過安全黃線隨意走動(dòng)、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(tái)全線實(shí)時(shí)提醒和看護(hù)的效果；有時(shí)候部分帶孩的旅客，由于看護(hù)不周導(dǎo)致小孩在玩耍時(shí)跌落站臺(tái)，甚至?xí)仆Ａ熊囋斐赏睃c(diǎn)，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)生命危險(xiǎn)。為此，站臺(tái)需要一套有效的越線檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

項(xiàng)目目的

在對(duì)鐵路原有聲光信號(hào)不造成影響的前提下，在站臺(tái)建立一套智能有效的越線檢測(cè)及語(yǔ)音提醒系統(tǒng)，從而進(jìn)一步保護(hù)旅客在站臺(tái)乘車時(shí)的人身安全；由于越線即播報(bào)提醒語(yǔ)音，同時(shí)也提高了旅客的自我安全保護(hù)意識(shí)，防止意外事故發(fā)生。

系統(tǒng)說明

整個(gè)系統(tǒng)分激光越線探測(cè)、越線報(bào)警信號(hào)處理、語(yǔ)音提示三大功能部分。激光越線探測(cè)功能的核心是激光測(cè)距，越線信號(hào)由激光越線探測(cè)器發(fā)出通過有線(或無線)的方式傳輸給控制主機(jī)內(nèi)的無線信號(hào)控制器，控制器將信號(hào)分析、處理后驅(qū)動(dòng)站臺(tái)全線語(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(xiàn)，每個(gè)語(yǔ)音提示器內(nèi)部有已經(jīng)固化好的語(yǔ)音文件，通過控制主機(jī)驅(qū)動(dòng)播放。語(yǔ)音提示器根據(jù)整個(gè)站臺(tái)長(zhǎng)度要求每間隔60米安裝一個(gè)，間隔距離越近整個(gè)站臺(tái)的聲音越響亮，整體效果表現(xiàn)越好。整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)或關(guān)閉可通過無線遙控器遠(yuǎn)程控制。

2）系統(tǒng)工作原理

當(dāng)列車即將到站，站臺(tái)工作人員可根據(jù)旅客進(jìn)入站臺(tái)的時(shí)間擇時(shí)通過手中的無線遙控器啟動(dòng)激光越線檢測(cè)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)開始運(yùn)行，激光越線探測(cè)器進(jìn)入實(shí)時(shí)探測(cè)狀態(tài)；激光越線探測(cè)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(cè)整條站臺(tái)；列車到來之前該條警戒線應(yīng)是無任何遮擋，當(dāng)任意位置有人或物體遮擋，激光越線探測(cè)器判斷認(rèn)為探測(cè)目標(biāo)位置發(fā)生變化、探測(cè)目標(biāo)距離值有改變，立即輸出報(bào)警信號(hào)給控制主機(jī)。 ??????????????????????

控制主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后，會(huì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置啟動(dòng)整個(gè)站臺(tái)沿線的語(yǔ)音提示器播放越線提醒語(yǔ)音：“您已越線，請(qǐng)注意安全！”(語(yǔ)音內(nèi)容可定制)起到越線及時(shí)提醒及制止的作用。站臺(tái)工作人員聽到越線提醒語(yǔ)音也可以進(jìn)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(yùn)行。

當(dāng)列車到達(dá)站臺(tái)并停穩(wěn)后，旅客必會(huì)越過安全黃線上下車，此時(shí)站臺(tái)工作人員需按下無線遙控器的控制按鈕，暫停語(yǔ)音提醒或關(guān)閉整個(gè)探測(cè)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(yǔ)音。

當(dāng)旅客上下車完畢，列車門關(guān)好準(zhǔn)備開車時(shí)，站臺(tái)工作人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要選擇是否再次打開語(yǔ)音提醒或整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)，目的是確保列車開動(dòng)時(shí)，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(tái)，本趟列車接車工作基本結(jié)束，站臺(tái)工作人員一般會(huì)及時(shí)提醒并勸離逗留在站臺(tái)上的旅客盡快出站，待站臺(tái)上沒有旅客及閑雜人員后，工作人員通過遙控器關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，本次接車工作結(jié)束。

功能組成部分

系統(tǒng)主要有激光越線探測(cè)器、控制主機(jī)、無線信號(hào)控制器、語(yǔ)音提醒、反光板(可選配)5個(gè)功能模塊組成。

激光越線探測(cè)器

產(chǎn)品介紹

激光越線探測(cè)器是飛天激光自動(dòng)化技術(shù)有限公司根據(jù)鐵路站臺(tái)、生產(chǎn)車間、考古現(xiàn)場(chǎng)、臨時(shí)警戒等應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)的一款以激光光源作為檢測(cè)媒介的新型產(chǎn)品，產(chǎn)品靠激光測(cè)量整個(gè)站臺(tái)的距離長(zhǎng)度，通過該距離能自動(dòng)判斷出有無人越線或遮擋，測(cè)量速度快、精度高，可設(shè)置報(bào)警參考距離值，系統(tǒng)能根據(jù)此報(bào)警參考值自動(dòng)判斷并觸發(fā)報(bào)警。產(chǎn)品為立式筒形結(jié)構(gòu)，直徑160mm，總高度700mm。粗壯、圓滑的造型設(shè)計(jì)能有效抵抗站臺(tái)地面的震動(dòng)及列車高速通過時(shí)的強(qiáng)風(fēng)壓影響；直徑250mm厚度8mm的安裝底盤確保產(chǎn)品安裝在站臺(tái)邊緣穩(wěn)固、結(jié)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6個(gè)φ12mm安裝孔均勻分布。

根據(jù)《中國(guó)成年人人體尺寸》（GB10000-88），結(jié)合從國(guó)內(nèi)我公司調(diào)查以及和國(guó)軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的交流溝通情況來看，產(chǎn)品設(shè)計(jì)將激光束的高度設(shè)置在距站臺(tái)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(xì)，所以激光束設(shè)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(bào)警。

2）探測(cè)范圍

激光波長(zhǎng)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(dá)到以線蓋面的檢測(cè)效果。根據(jù)本公司實(shí)測(cè)，能測(cè)量成功前提下的激光光斑大小與對(duì)應(yīng)距離關(guān)系如下所列：

激光光源和手電筒光源原理一樣，隨著距離變遠(yuǎn)光斑也會(huì)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(yuǎn)而增大。其原因是，光斑邊緣的激光能量相

對(duì)較弱，在往返目標(biāo)物的過程中會(huì)逐漸消失，表中所列的激光光斑范圍是保證能測(cè)量成功的前提下得出的數(shù)據(jù)，實(shí)際光斑雖然大，但是邊緣弱光不能保證測(cè)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(cè)范圍，基本覆蓋了人胸部以下在整個(gè)站臺(tái)上的空間區(qū)域，因此檢測(cè)效率及檢測(cè)準(zhǔn)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(shí)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(cè)范圍，基本適合站臺(tái)安全黃線實(shí)際寬度，合理的激光發(fā)散角使激光光源以點(diǎn)代面達(dá)到空間檢測(cè)的使用要求。

工作原理

激光越線探測(cè)器是以激光測(cè)距功能作為檢測(cè)核心，以一道不可見激光束為檢測(cè)基準(zhǔn)線。光源受激光腔的濾波效應(yīng)，其光束細(xì)、功率密度高、光線疊加幅度穩(wěn)定且在時(shí)間上和空間上周期一致，不僅可以長(zhǎng)期工作而且可以提高測(cè)距精度。

激光測(cè)距分脈沖測(cè)量法和相位測(cè)量法；其中脈沖測(cè)量法是利用激光脈沖在大氣中傳播的時(shí)間差實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量，它適合測(cè)距量程較遠(yuǎn)的應(yīng)用場(chǎng)合。相位測(cè)量法是測(cè)量激光脈沖在目標(biāo)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(cè)目標(biāo)的距離，目前這種測(cè)量方法適合測(cè)距精度要求較高的場(chǎng)合。激光越線探測(cè)器將脈沖測(cè)量和相位測(cè)量?jī)煞N方法的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，融入飛行時(shí)間算法理念實(shí)現(xiàn)了測(cè)距精度高且測(cè)量距離遠(yuǎn)的應(yīng)用目標(biāo)。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(yùn)算單元并結(jié)合軟件程序分析對(duì)防護(hù)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高精度不間斷監(jiān)控。調(diào)試人員手動(dòng)設(shè)定探測(cè)目標(biāo)距離值，激光測(cè)距單元即以此目標(biāo)距離為探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，在與目標(biāo)物直線距離之間若有人越過或遮擋激光檢測(cè)線，測(cè)距單元會(huì)自動(dòng)分析并計(jì)算出越線位置距離并啟動(dòng)報(bào)警。?

技術(shù)指標(biāo)?

控制主機(jī)

控制主機(jī)是保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心，內(nèi)部預(yù)留開放式端子接口?？刂浦鳈C(jī)箱采用0.8mm厚度304#不銹鋼制作，確保長(zhǎng)期安裝于室外不生銹不被腐蝕，主機(jī)箱長(zhǎng)*寬*高尺寸為400*300*170mm。內(nèi)部各部件按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，裝有漏電保護(hù)開關(guān)，具有過流、漏電、短路等保護(hù)功能。箱內(nèi)無線信號(hào)控制器由卡軌式品牌工業(yè)電源(明緯)單獨(dú)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(jiǎn)單、接線思路清晰明確。

控制主機(jī)技術(shù)指標(biāo)：

1）信號(hào)控制模式

控制主機(jī)可對(duì)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(hào)的功能。當(dāng)站臺(tái)工作人員按下遙控器“A”鍵，各設(shè)備正常供電工作，越線信號(hào)旁路被解除，有人越線或侵線，內(nèi)部MCU收到越線信號(hào)后即會(huì)通過NO和COM端子輸出信號(hào)觸發(fā)語(yǔ)音提示器播放語(yǔ)音，實(shí)現(xiàn)越線提醒語(yǔ)音播報(bào)的功能。當(dāng)站臺(tái)工作人員按下遙控器的“B”鍵，激光越線探測(cè)器會(huì)正常工作，控制主機(jī)內(nèi)部MCU正常接收越線信號(hào)，但是控制主機(jī)不會(huì)驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音提示器播報(bào)語(yǔ)音，實(shí)現(xiàn)暫停語(yǔ)音播報(bào)的功能。

2）?無線信號(hào)控制器

無線信號(hào)控制器屬于站臺(tái)越線專用控制器，由本公司根據(jù)站臺(tái)越線檢測(cè)功能專門設(shè)計(jì)，外殼材質(zhì)ABS工程塑料，卡軌式安裝。它起到無線控制信號(hào)接收、越線信號(hào)檢測(cè)、觸發(fā)語(yǔ)音播報(bào)的功能?？刂破鲙в须娫粗甘緹?、工作模式指示燈、無線信號(hào)指示燈、語(yǔ)音輸出指示燈?？筛鶕?jù)工作模式設(shè)置自動(dòng)控制輸出狀態(tài)，越線一次能實(shí)現(xiàn)可設(shè)定觸發(fā)1-4遍語(yǔ)音播報(bào)。

無線信號(hào)控制器實(shí)物如下圖所示：?????

無線信號(hào)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(zhǎng)度為240mm。外殼背部曲線設(shè)計(jì)，握持手感舒適，右側(cè)設(shè)計(jì)有電源開關(guān)，背部電池倉(cāng)蓋推拉式結(jié)構(gòu)，電池型號(hào)為9V方形電池可更換，正面頂部設(shè)計(jì)有信號(hào)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(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當(dāng)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(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(dòng)也很難保證已調(diào)好的頻點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移。模塊體積小、遙控距離遠(yuǎn)，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(xiàn)場(chǎng)環(huán)境略有改變，發(fā)射功率約500毫瓦。數(shù)據(jù)信號(hào)采用ASK方式調(diào)制，以降低功耗，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)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(qiáng)。接收模塊焊接在無線信號(hào)控制器內(nèi)部電路上，完成控制信號(hào)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(hào)很大程度被控制箱屏蔽，為了達(dá)到遠(yuǎn)距離控制的效果，需要加裝高增益外引天線，增大無線信號(hào)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(qiáng)磁吸盤?

高增益天線

3）語(yǔ)音提醒

本系統(tǒng)語(yǔ)音提醒功能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，不與站臺(tái)語(yǔ)音系統(tǒng)相沖突。語(yǔ)音通過控制主機(jī)觸發(fā)播報(bào)，語(yǔ)音內(nèi)容為“您已越線，請(qǐng)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(zhǎng)*寬*高尺寸為230*200*140mm。綜合考慮，本方案中設(shè)計(jì)每個(gè)語(yǔ)音提示器單獨(dú)配備一個(gè)DC24V/2.5A輸出的開關(guān)電源。因站臺(tái)較空曠、聲音衰減幅度大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，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(zhǎng)度的鐵路站臺(tái)需安裝8個(gè)左右。?

?????聲音提示器具備分區(qū)域播報(bào)的能力，遵循就近原則，距離發(fā)生越線地點(diǎn)較近的聲音提示器有優(yōu)先播報(bào)權(quán)；舉例：當(dāng)檢測(cè)正常時(shí)，激光越線探測(cè)器檢測(cè)正常距離值為500或＞500m，此時(shí)假如站臺(tái)270m處有越線行為，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析并啟動(dòng)A5處的聲音提示器播放越線提示語(yǔ)音，A5點(diǎn)距離設(shè)備280m。當(dāng)然，用戶也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求改成越線時(shí)全線語(yǔ)音提示器同時(shí)播放的功能。

4）激光檢測(cè)反光板(可選配)

??????越線探測(cè)是靠檢測(cè)激光往返目標(biāo)物的時(shí)間來確定中間有沒有旅客及滯留物，當(dāng)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(cè)就會(huì)不準(zhǔn)確。大霧、大雨、沙塵等惡劣天氣也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響，由于雨霧、沙塵其含量成分就是細(xì)小的水珠和固體顆粒，當(dāng)激光照射到細(xì)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(duì)多霧霾多沙塵等天氣復(fù)雜的地域，產(chǎn)品需配備測(cè)距反光板，用反光板作為測(cè)量目標(biāo)物來保證探測(cè)的穩(wěn)定性，當(dāng)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(biāo)物的穿透力強(qiáng)，大幅度提高了測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)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(chǎng)條件調(diào)整。?

（四）、安裝與布設(shè)

激光越線探測(cè)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(chǎng)地面無法直接安裝的需要支架)，要求地面為堅(jiān)硬平整的混凝土結(jié)構(gòu)或石基結(jié)構(gòu)。

用戶只需要沿站臺(tái)首尾布設(shè)一根的多芯軟銅線就可實(shí)現(xiàn)給越線探測(cè)器和全線語(yǔ)音提示器開關(guān)電源統(tǒng)一供電；從站臺(tái)首個(gè)語(yǔ)音提示器到末個(gè)語(yǔ)音提示器布設(shè)一根的多芯軟銅線連到控制主機(jī)就可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)統(tǒng)一控制。

8.5.6維護(hù)與保養(yǎng)

因站臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)條件特殊，不停站的列車通過時(shí)風(fēng)壓大、震動(dòng)強(qiáng)，長(zhǎng)久下來可能會(huì)對(duì)越線探測(cè)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(yuǎn)近一致是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要前提，要求用戶需每隔兩個(gè)月或一個(gè)季度對(duì)激光越線探測(cè)器進(jìn)行一次激光光路校準(zhǔn)和系統(tǒng)的整體檢查維護(hù)。

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(cè)技術(shù)的研發(fā)，以周界入侵報(bào)警產(chǎn)品為主導(dǎo)，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(tái)服務(wù)全價(jià)值鏈業(yè)務(wù)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(kù)罐區(qū)，高鐵變電所，地鐵停車場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)停機(jī)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(lǐng)域提供強(qiáng)力支撐，為道路交通保駕護(hù)航，還為廣闊的民用光電市場(chǎng)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(wù)商。

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