简述一种全自动无人值守列车(UTO)障碍物检测方法

无人值守的列车驾驶(UTO)系统，是按照IEC62290-1v2014安全要求划分的，信号系统必须具有监督进路的功能：无人值守列车在正线运行时，需要确保运行线路出清，前方进路无威胁行车安全的障碍物;尤其是在半高安全门车站和自动化车辆段范围内的区域，更是要防护好人员和物品侵入轨道的情况。为此，设计一种轨道障碍物检测方法，以实现进路障碍检测功能，保障无人值守列车的正常运转。

1　现有检测技术

针对无人值守列车控制系统安全运行的需求，现有的障碍物检测系统多采用在列车前部安装多组碰撞开关，结合加速度计，判断列车运行状态，再将多组开关状态反馈给车载信号系统，执行制动操作。在站台轨行区和安全门区域，采用红外对射实现区域覆盖。其基本原理：车载功能由1台计算机实现，通过接口与车载信号系统主机相连接;外置传感器包括行程开关和加速度传感器;加速度传感器和行程开关为多组冗余设备，由计算机判决后把碰撞信息传递给车载信号系统计算机处理;车站轨行区的检测，依靠轨旁布置多个垂直于轨道的红外对射点，多点检测障碍物，发送给地面主机判断处理后向接近列车发送制动信号。但是，这种设计存在以下问题。

1.无法在非接触的情况下避免碰撞。由于列车碰撞检测都是基于碰撞后的检测，即使是在车辆段内和正线低速行驶时，也无法实现预碰撞的提前报警。

2.车辆上需要安装多个传感器。由于车辆对障碍物的检测需要传感器的输入，多组加速度传感器和行程开关都需要安装在车辆不同设备中，增加了车载设备的复杂性，占用了车辆空间，增加了设备的失效概率。

3.车站的轨行区传感器需要在轨道两侧布线。由于红外对射需要在站台轨行区两侧布置较多点位，布线将会增加施工难度，且在高震动的环境中，会造成对射器对不准，引起误报。

4.无法做到车辆和关键站台区域的同时检查。现有的障碍物检测，由车载或地面设备单独完成，没有实现车载和地面设备同步检测。总的来看，目前对障碍物检测的方案仍旧是以车辆自检测为主，且需要触发机械开关才能完成车辆制动。

2　新型技术方案

为了解决上述问题，设计一种基于无人值守列车的障碍物检测系统，从两个方面对障碍物进行辨识：①列车前部非接触检测，需要在列车排障器前方配置非接触式传感器开关，实现列车前方短距离的障碍物检测，对库内、出入段线和低速行驶下列车均具有重要意义;②站台轨行区视频检测，在无安全门或半高安全门的站台区首、中部向出站方向布设特种摄像头(依据使用环境选型)，对准轨道区域，用视频识别的方法侦测移动的物体和非移动的物体并给出报警。

障碍物检测系统由视频处理轨旁计算机、人机接口管理软件和光电传感器开关3部分组成。

1.轨旁计算机。轨旁视频计算机，是进行轨行区移动物体识别的核心。根据视频判断策略，采集安装在无安全门或半高安全门的站台轨行区视频信息，按视频中移动物体的尺寸判断障碍物，主要检测视频中较小的移动物体，并把报警信号发到人机界面，可人工或自动处理报警信息。

2.人机接口管理软件。根据轨旁计算机的判断，显示报警原因和视频内容，可设置自动向信号系统报警或由人工处理报警、人工解除报警，并将正确的报警信息传输给联锁。

3.光电传感器开关。在车辆的正前方水平安装3个光电传感器开关。光电传感器开关具有漫反射抗强光特征，识别距离超过5 m，内置数字滤波器，识别外来光，可在室外恶劣环境下使用。工作时，把模拟信号输入车载信号系统中，车载信号系统结合自身的速度传感器来判断车辆在静止或行进中是否遇到障碍物，给出提示报警，通过驱动相关继电器，完成车辆的制动。只有判断所有光电传感器均正常时，车辆信号才具备启动条件，任一传感器检测到障碍都将给出相应报警。

3　技术特点

1.车载和地面多方式同时组合监测。车载和车站的检测设备完全独立，任一个有效检测将会触发列车报警和制动停车。车站报警信息可提醒人工操作和观察视频记录。列车静止、启动或运行中，车载障碍物检测系统均能起到检测作用。

2.车站障碍视频识别。车站的轨旁主机根据收到的多路摄像信息，判断轨行区小特征物体的移动报警;对于进站的列车，将不产生响应。

3.车载传感器的检测。在车辆上采用多个光电传感器来检测前方障碍物，模拟信号转变为开关信号，直接接入车载信号设备的继电器，供信号系统判断并给出报警提示。

4　实验结果

摄像识别障碍物方案较成熟。为了验证车站障碍视频识别效果，在某地下车站长距离轨行区内，完全依靠环境光，轨旁热感应摄像机监控的画面可清晰辨认远距离人体。

依据环境要求决定视频设备的配置。在地面车站和车辆段，配置的摄像机为远焦和红外摄像机，以减少天气影响因素。视频识别对异物的侵入方式有多种模式设定，较敏感。

本文提出的无人值守列车障碍物检测方法，克服了原有技术缺陷，解决了无人驾驶列车在低速未接触情况下的障碍判断和在站台等高风险区域的障碍判断，极大地提高了无人值守列车信号系统的自动化程度和安全性。同时，本产品设计是基于通用的继电或模拟量接口，能直接接入轨旁和车载信号设备中。