基于压电薄膜的地铁间隙异物检测阻拦系统.pdf
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1、 年第 卷第 期总第 期物流工程与管理 安全管理与技术:./.基于压电薄膜的地铁间隙异物检测阻拦系统 邵宇超奚峥皓(上海工程技术大学 电子电气工程学院上海)【收稿日期】基金项目:上海市大学生创新训练项目()【作者简介】邵宇超()男本科研究方向:智能交通 【摘 要】针对地铁屏蔽门与列车间站台间隙易发生异物(含乘客)侵入而现行检测技术可靠性较差所带来的危险问题文中首先分析站台间隙夹人因素与现有检测装置的特点归纳夹人事件的成因与路径其次对单元控制器、门机控制器、就地控制盒等现有设备进行功能与逻辑更新设计一种内嵌于屏蔽门近列车侧的检测阻拦系统通过压电薄膜检测间隙异物可自动判断各类异常并可使用电机推出阻
2、拦条阻拦车内乘客在列车门异常时侵入站台间隙然后论述了信号转移条件及控制策略最后评估其自动化检测能力并进行建模与结构仿真对系统的适用性与可靠性做了验证 研究表明该系统可以帮助减少事故发生、减轻站务人员负担、提高运营效率并推广高自动等级线路【关键词】高自动化等级地铁站台屏蔽门风险间隙异物检测阻拦应急管理处置【中图分类号】.【文献标识码】【文章编号】()()【】().【】地铁屏蔽门是地铁中的一种安全装置但也有不容忽视的风险由于列车包络线和设备限界限制乘客可被困于屏蔽门和列车间的站台间隙之中 此类事故偶有发生会延误列车运营也会对乘客造成严重伤害 近年来无人驾驶地铁与高自动等级线路已是大势所趋随着各大型
3、城市的发展许多线路区段最大满载率超过 这会增加此类事故发生率 很多学者对此类问题做了研究如加装防夹挡板增大屏蔽门截面接触面积通过电机电流监控判断关门是否被阻碍等光学自动检测是目前间隙异物检测的主流和重要技术如红外光幕检测系统与激光对射及扫射技术通过在站台间隙一定区间内安装红外或激光发射及接收装置以达目的也有学者使用激光雷达探测与视觉检测方案进行检测这些研究大多聚焦于使用光学技术检测异物但鲜有能适应复杂光学环境(地面、高架站台)的检测技术被提出 这些技术受制于光直线传播的物理学定理难以在曲线站台上运用且易受到灰尘干扰出现误检情况对列车运营造成安全隐患并降低了自动化程度与效率 随着地铁线路的自动化
4、等级不断升高异物检测技术不应仅发挥单独的检测功能还需在检测后通过一些机构或系统自动处理较为简单的侵入物流工程与管理第 卷事件以提高屏蔽门系统的自动化等级保障地铁线路的运营效率 此外乘客等大异物的侵入路径也未被系统性总结和归纳过这也导致此类安全设备的自动化程度无法提高甚至出现二次伤害 在安装防夹挡板的屏蔽门系统中由于两门均具备防夹功能当屏蔽门防夹机制启动、再次开启时安全挡板则可能将不慎进入间隙的乘客裹挟推出移动门区致使其掉落站台针对上述难题市场亟需一种检测精度与稳定性高、可平稳过渡并兼容人工控制的检测方案 地铁站台间隙夹人因素及异物侵入情况.地铁站台间隙夹人因素根据参考文献站台间隙异物事件的风险
5、等级被划分为“夹人”“大异物”“中异物”“小异物”等事件 其中乘客作为侵入站台间隙的特大异物被分为“夹人事件”从客观因素考虑受列车晃动与风压等影响站台与列车限界之间需预留一定的安全余量(间隙)由于屏蔽门的加装生成了这一危险的半封闭间隙 根据文献及国标 等研究及规范站台间隙()可使成年男性及幼童进入(见图)不断上升的客流量则易造成地铁过饱和运输上下车辆的人流对冲也易使乘客侵入间隙 不合理的站台设计也会加剧该情况的发生从主观因素考虑乘客的不文明行为也容易导致事故 随着多孩政策的施行对孩童的疏于管教可导致更多事故的发生 站务人员工作负荷大、新冠病毒的流行与预后不明可能导致其机能和警觉下降无法及时对突
6、发情况采取正确措施图 站台间隙示意.乘客的侵入路径情况国内的新建地铁线路已多采用列车门晚于屏幕门关闭的控制策略且均附带有防夹机制 在此类策略下可总结出三类侵入站台的乘客路径情况:屏蔽门正常关闭列车门因防夹机构启动而未正常关闭拥挤情况下可能导致列车内乘客不慎被挤出列车外侵入风险间隙情况:乘客在关门时抢下但屏蔽门已关闭至人体无法通行的大小此时乘客较难反应或返回车厢内在曲线站台及较大间隙的站台处可能发生屏蔽门与列车门均关闭但乘客被困间隙的情况情况:屏蔽门与列车门的防夹机制均被乘客及其携带物品触发一般发生在屏蔽门与列车门关门初始乘客仍有上下车可能但若反应不及时可能被两扇门一起夹住 随身携带的较大异物也
7、可能成为被夹的物体贯穿两扇门的行程及站台间隙综上所述情况 可能使乘客进入最危险的封闭间隙中情况 则可能使乘客进入较危险的半封闭的间隙中这两种情况较难通过机械系统进行排障化险 由于屏蔽门先于列车门关闭若能将乘客尽可能隔离在站台间隙之外则可以将情况 的发生概率降到最低同时在乘客不慎进入站台间隙时(情况)完成高准确度的检测解锁屏蔽门 由此作者从检测、防范夹人事件的角度提出一种地铁屏蔽门检测阻拦系统尤其针对这两类较难处置的情况进行设计并兼顾其他异物侵入事件的检测 地铁屏蔽门检测阻拦系统设计.基于压电薄膜传感器的系统设计研究本系统分为五个模块:单元控制器、门机控制器、就地控制盒、传动系统、检测阻拦系统
8、前三个模块可与现有系统合并使用 后两个为新设机械模块均嵌于屏蔽门近列车侧(见图)图 系统机械结构(列车侧)单 元 控 制 器 单 元 控 制 器(简称)控制并监测整个系统的运行情况接受反馈门机控制器 门机控制器(简称)负责执行单元控制器的指令并可采集单门信息状态通过总线传输状态至单元控制器 其可根据检测阻拦系统信号判断开关门情况并控制传动系统运作就地控制盒 就地控制盒(简称)可以通过钥匙开关切换单扇门的控制等级与控制方式本系统设计的 可防止关门异常时站务人员错误将该门隔离出系统(详见.)传动系统 传动系统负责阻拦条的运作其在设定条件下可利用安装在内嵌于屏蔽门门柱的装载平台上的蜗杆电机驱动连杆(
9、见图)转动使阻拦条靠近列车并在检测阻拦第 期邵宇超等:基于压电薄膜的地铁间隙异物检测阻拦系统系统触碰至物体或人时锁定阻拦条位置(见图)传动平台内嵌于移动门门体内侧图 系统机械结构(侧视图)检测阻拦系统 系统分为阻拦条与检测系统(图)阻拦条内嵌于屏蔽门框内在设定情况下通过传动系统推出可阻拦列车内人员进入间隙在异常解除后缩回屏蔽门框内其行程与检测区域如图 所示图 传动系统及检测阻拦系统行程 检测系统安装在阻拦条上其采用灵敏性较高且结构简单的压电薄膜式传感器(安全触边)进行触碰检测可检测站台间隙内异物与人体 压电薄膜会因外力作用引起形变导致产生与压力成一定比例的电荷作为等效电荷源通过电荷放大器转换为
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