铁路站台激光越线检测系统（反射式）

    随着人民生活水平的不断提高，铁路凭借着安全系数高、运行速度快、乘坐舒适等优点成为旅客最主要的出行方式。尤其是CRH动车组的开行不但提高了旅客乘坐的舒适性，而且大大缩短了旅途时间，受到旅客的欢迎。我国普通列车站台和动车组列车站台都沿用了传统的开放式构建形式，虽然站台边沿处设有安全黄线，但在候车过程中仍然有部分旅客意识不到危险越过安全黄线随意走动、接打电话，往往需要接车工作人员的多次提醒和制止。接车工作人员少乘客多，起不到站台全线实时提醒和看护的效果；有时候部分带孩的旅客，由于看护不周导致小孩在玩耍时跌落站台，甚至会逼停列车造成晚点，严重的还会出现生命危险。为此，站台需要一套有效的越线检测报警系统。
一、项目目的
    在对铁路原有声光信号不造成影响的前提下，在站台建立一套智能有效的越线检测及语音提醒系统，从而进一步保护旅客在站台乘车时的人身安全；由于越线即播报提醒语音，同时也提高了旅客的自我安全保护意识，防止意外事故发生。
二、系统介绍
    整个系统分激光越线探测、越线报警信号处理、语音提示三大功能部分。激光越线探测功能的核心是激光测距，越线信号由激光越线探测器发出通过有线(或无线)的方式传输给控制主机内的无线信号控制器，控制器将信号分析、处理后驱动站台全线语音提示器播放提示或警告语音。语音提示功能主要由一体化语音提示器实现，每个语音提示器内部有已经固化好的语音文件，通过控制主机驱动播放。语音提示器根据整个站台长度要求每间隔60米安装一个，间隔距离越近整个站台的声音越响亮，整体效果表现越好。整个系统的启动或关闭可通过无线遥控器远程控制。
    系统网络图如下所示:

三、工作原理    当列车即将到站，站台工作人员可根据旅客进入站台的时间择时通过手中的无线遥控器启动激光越线检测系统。整个系统开始运行，激光越线探测器进入实时探测状态；激光越线探测器间断发出一串高频脉冲激光束，该激光束发散角度小、方向一致，以激光束作为一条警戒线检测整条站台；列车到来之前该条警戒线应是无任何遮挡，当任意位置有人或物体遮挡，激光越线探测器判断认为探测目标位置发生变化、探测目标距离值有改变，立即输出报警信号给控制主机。                      
    控制主机接收到报警信号后，会根据系统设置启动整个站台沿线的语音提示器播放越线提醒语音：“您已越线，请注意安全！”(语音内容可定制)起到越线及时提醒及制止的作用。站台工作人员听到越线提醒语音也可以进一步劝阻、制止越线旅客，退到安全黄线以内，确保人身安全和保障列车正常运行。
    当列车到达站台并停稳后，旅客必会越过安全黄线上下车，此时站台工作人员需按下无线遥控器的控制按钮，暂停语音提醒或关闭整个探测系统，目的是在旅客上下车的过程中不让其发出提醒语音。
    当旅客上下车完毕，列车门关好准备开车时，站台工作人员可根据现场需要选择是否再次打开语音提醒或整个探测系统，目的是确保列车开动时，安全黄线及线外没有滞留的旅客及行李，防止意外发生。
    列车安全驶出站台，本趟列车接车工作基本结束，站台工作人员一般会及时提醒并劝离逗留在站台上的旅客尽快出站，待站台上没有旅客及闲杂人员后，工作人员通过遥控器关闭整个系统，本次接车工作结束。

四、系统组成
    系统主要有激光越线探测器、控制主机、无线信号控制器、语音提醒、反光板(可选配)5个功能模块组成。
（一）激光越线检测器
(1)产品介绍
    激光越线探测器是飞天激光自动化技术有限公司根据铁路站台、生产车间、考古现场、临时警戒等应用领域开发的一款以激光光源作为检测媒介的新型产品，产品靠激光测量整个站台的距离长度，通过该距离能自动判断出有无人越线或遮挡，测量速度快、精度高，可设置报警参考距离值，系统能根据此报警参考值自动判断并触发报警。

    产品为立式筒形结构，直径160mm，总高度700mm。粗壮、圆滑的造型设计能有效抵抗站台地面的震动及列车高速通过时的强风压影响；直径250mm厚度8mm的安装底盘确保产品安装在站台边缘稳固、结实。产品壳体为优质304#不锈钢材质，抗腐蚀抗氧化不褪色；底盘6个φ12mm安装孔均匀分布。

    根据《中国成年人人体尺寸》（GB10000-88），结合从国内我公司调查以及和国轨道交通运营公司的交流沟通情况来看，产品设计将激光束的高度设置在距站台面520mm的高度。成年人身高为1449-1830mm，成年男子，小腿加足高为372-468mm，大腿为413-532mm，成年女子，小腿加足高为331-420mm，大腿为387-496mm，考虑鞋高约20mm ，同时小腿是中间粗两头细，所以激光束设置在520mm 高度比较合适。未成年人，身高在1000-1400mm，一旦出现越线或滞留情况，必可保证激光束被其臀部以上部位遮挡，从而报警。

(2)探测范围
    激光波长选用905nm肉眼不可见光，激光发散角小于3′，合理的激光发散角使得产品可以达到以线盖面的检测效果。根据本公司实测，能测量成功前提下的激光光斑大小与对应距离关系如下所列：

    激光光源和手电筒光源原理一样，随着距离变远光斑也会变大。但是从上表中可以看出，在约300m处开始，光斑大小基本不再随着距离的变远而增大。其原因是，光斑边缘的激光能量相对较弱，在往返目标物的过程中会逐渐消失，表中所列的激光光斑范围是保证能测量成功的前提下得出的数据，实际光斑虽然大，但是边缘弱光不能保证测量的成功性。

    1米左右的有效高度检测范围，基本覆盖了人胸部以下在整个站台上的空间区域，因此检测效率及检测准确度高。(图中用红色表示激光光区，只是为了展示光斑效果，并不代表实际激光光源颜色)

    0.5米左右的有效水平检测范围，基本适合站台安全黄线实际宽度，合理的激光发散角使激光光源以点代面达到空间检测的使用要求。
(3)工作原理
    激光越线探测器是以激光测距功能作为检测核心，以一道不可见激光束为检测基准线。光源受激光腔的滤波效应，其光束细、功率密度高、光线叠加幅度稳定且在时间上和空间上周期一致，不仅可以长期工作而且可以提高测距精度。
激光测距分脉冲测量法和相位测量法；其中脉冲测量法是利用激光脉冲在大气中传播的时间差实现距离的测量，它适合测距量程较远的应用场合。相位测量法是测量激光脉冲在目标物之间往返过程中产生的相位变化，经过换算得出被测目标的距离，目前这种测量方法适合测距精度要求较高的场合。
其基本原理如图：

    激光越线探测器将脉冲测量和相位测量两种方法的优点相结合，融入飞行时间算法理念实现了测距精度高且测量距离远的应用目标。激光脉冲经倍频、发射、接收、放大、整形、鉴频等一系列硬件电路处理送入内部逻辑运算单元并结合软件程序分析对防护区域实现高精度不间断监控。调试人员手动设定探测目标距离值，激光测距单元即以此目标距离为探测标准，在与目标物直线距离之间若有人越过或遮挡激光检测线，测距单元会自动分析并计算出越线位置距离并启动报警。

(4)技术指标

（二）控制主机
    控制主机是保证整个系统正常运行的核心，内部预留开放式端子接口。控制主机箱采用0.8mm厚度304#不锈钢制作，确保长期安装于室外不生锈不被腐蚀，主机箱长*宽*高尺寸为400*300*170mm。内部各部件按照工业标准设计，装有漏电保护开关，具有过流、漏电、短路等保护功能。
控制主机实物如下所示：

    箱内无线信号控制器由卡轨式品牌工业电源(明纬)单独供电，不与外部电源混接，电源输出规格为DC24V/30W。内部所有 功能接线都已完成，外接引线全部甩到接线端子，接线简单、接线思路清晰明确。
控制主机技术指标：

（1） 信号控制模式
    控制主机可对外提供1路AC220V/5A和1路DC12V/1A电源输出，且两路电源不受任何控制，一直输出。该模式遥控器能起到的作用只有旁路越线信号的功能。当站台工作人员按下遥控器“A”键，各设备正常供电工作，越线信号旁路被解除，有人越线或侵线，内部MCU收到越线信号后即会通过NO和COM端子输出信号触发语音提示器播放语音，实现越线提醒语音播报的功能。当站台工作人员按下遥控器的“B”键，激光越线探测器会正常工作，控制主机内部MCU正常接收越线信号，但是控制主机不会驱动语音提示器播报语音，实现暂停语音播报的功能。
（三）无线信号控制器
    无线信号控制器属于站台越线专用控制器，由本公司根据站台越线检测功能专门设计，外壳材质ABS工程塑料，卡轨式安装。它起到无线控制信号接收、越线信号检测、触发语音播报的功能。控制器带有电源指示灯、工作模式指示灯、无线信号指示灯、语音输出指示灯。可根据工作模式设置自动控制输出状态，越线一次能实现可设定触发1-4遍语音播报。
无线信号控制器实物如下图所示：

    无线信号控制器包含发射模块和接收模块两部分。发射模块整体尺寸为145*43*25mm，抽拉式天线，天线拉出后总长度为240mm。外壳背部曲线设计，握持手感舒适，右侧设计有电源开关，背部电池仓盖推拉式结构，电池型号为9V方形电池可更换，正面顶部设计有信号发射指示灯。发射模块实物如下图所示：

    发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～+85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。模块体积小、遥控距离远，发射电压为12V时为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地理论传输距离700～800米，实际传输距离视现场环境略有改变，发射功率约500毫瓦。数据信号采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流可降为零。
    接收模块的工作频率为315M，静态电流仅为4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度高。本模块不像其它超再生接收电路那样产生密集的噪声波形，所以抗干扰能力较强。接收模块焊接在无线信号控制器内部电路上，完成控制信号的接收功能。

接收模块

    由于控制器安装在不锈钢控制箱内部，无线信号很大程度被控制箱屏蔽，为了达到远距离控制的效果，需要加装高增益外引天线，增大无线信号的接收距离。天线通过控制箱底部出线孔引出放置在箱外，底部强磁吸盘。

(四)语音提醒
    本系统语音提醒功能独立实现，不与站台语音系统相冲突。语音通过控制主机触发播报，语音内容为“您已越线，请注意安全！”。语音提示器实物如下图：

    单个语音提示器额定播放功率为100W,工作电压支持DC12-24V，长*宽*高尺寸为230*200*140mm。综合考虑，本方案中设计每个语音提示器单独配备一个DC24V/2.5A输出的开关电源。因站台较空旷、声音衰减幅度大，根据现场体验，语音提示器要求每间隔60米左右安装一个，一般500米长度的铁路站台需安装8个左右。

    声音提示器具备分区域播报的能力，遵循就近原则，距离发生越线地点较近的声音提示器有优先播报权；举例：当检测正常时，激光越线探测器检测正常距离值为500或＞500m，此时假如站台270m处有越线行为，那么系统会自动分析并启动A5处的声音提示器播放越线提示语音，A5点距离设备280m。当然，用户也可以根据实际应用要求改成越线时全线语音提示器同时播放的功能。
（五）激光检测反光板(可选配)
    越线探测是靠检测激光往返目标物的时间来确定中间有没有旅客及滞留物，当激光往返路径上有物体遮挡，大量的激光能量由于被散射或折射而衰减，回光量小检测就会不准确。大雾、大雨、沙尘等恶劣天气也会对测量结果产生一定影响，由于雨雾、沙尘其含量成分就是细小的水珠和固体颗粒，当激光照射到细小的水珠或固体颗粒物时，会产生光源的折射或漫反射，而且方向角度不一致。
因此，针对多雾霾多沙尘等天气复杂的地域，产品需配备测距反光板，用反光板作为测量目标物来保证探测的稳定性，当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，会有80%以上的光会被反射，激光能量散失少、往返目标物的穿透力强，大幅度提高了测量结果准确性。
四、系统配置
整套系统主要配置如下表所列，具体可根据现场条件调整。

五、安装与布设
    激光越线探测器的安装需要6颗M8*10mm膨胀螺栓直接固定在地面上或安装在支架上(现场地面无法直接安装的需要支架)，要求地面为坚硬平整的混凝土结构或石基结构。
用户只需要沿站台首尾布设一根的多芯软铜线就可实现给越线探测器和全线语音提示器开关电源统一供电；从站台首个语音提示器到末个语音提示器布设一根的多芯软铜线连到控制主机就可实现语音播报统一控制。
产品安装示意图：

六、维护与保养
     因站台现场条件特殊，不停站的列车通过时风压大、震动强，长久下来可能会对越线探测器的激光束产生影响。激光警戒线与安全黄线平行、与地面高度远近一致是保证系统正常运行的重要前提，要求用户需每隔两个月或一个季度对激光越线探测器进行一次激光光路校准和系统的整体检查维护。