列车主动安全

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列车障碍物检测与辅助防撞系统

  • 工作温度: -25~+70℃
  • 报警准确率: ≥99%
  • 供电: 标称DC110V,77~162V
  • 视频存储容量: 7×24h
  • 通信接口: TRDP以太网 ×2,MVB ×1
  • 最大功耗 : ≥150W
  • 列车辅助防撞距离: ≥500m
  • 雷达无线频段: 3.6~6.2GHz
  • 报警漏报率: ≤0.1%
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系统概述:

列车障碍物检测与辅助防撞系统,又称主动式、非接触式障碍物检测系统,采用无线、视觉分析和雷达探测技术相融合的方式,实现对运营列车的防护。该系统通过视觉分析进行轨行区障碍物的探测和预警,采用雷达技术在ATP切除模式下实现对前方列车的距离测量和辅助防撞预警,为列车运行提供辅助安全保障。

系统仅在非信号模式下参与列车控制。

本系统具备深度学习的功能,可以不断提升增加障碍物的识别种类,增强障碍物识别的灵敏度。

系统构成:

车载设备配置表

列车障碍物检测与辅助防撞系统(图1)

系统通过高清摄像机采集列车轨行区的视频影像,通过深度学习的人工智能算法自动分析,自动甄别障碍物入侵限界的异常事件,并及时发出告警。

在具体算法实现过程中,首先对图像进行预处理,降低灯光、阳光等背景噪声干扰,包括灰度化、滤波去燥等,并通过边缘检测确定检测敏感窗口即轨行区。通过当前帧与背景帧的差分算法,对图像进行二值化处理并进行人工各种深度学习,提取障碍物的形态特征,进一步计算障碍物的大小和距离,视情发出预警。一旦发现报警帧,则将相关视频影像进行存储备查。

列车障碍物检测与辅助防撞系统(图2)

前、后列车通过射频信号的发送和接收建立查询-应答式测距机制。后车向前车发送查询射频信号,前车接收后经信号处理与识别,若符合预设通信协议,则向后车发送应答信号;后车在接收应答信号后根据查询—应答时间差计算追踪距离,并由显示终端告知驾驶人员。若追踪距离小于预警阈值,则发出声光报警。

列车在走行过程中,无论ATP是否旁路,障碍物探测预警功能始终激活。列车通过视频采集获取前方轨行区影像,自动分析是否存在障碍物。若障碍物尺寸超限或侵入列车限界,则自动触发声光警示。采集的视频数据被同步存储并保存较长时间,以供事后分析。

通过视频、激光、雷达的信息融合,使用多种不同的探测体制,能够避免单一技术体制失效可能带来的漏报警风险,充分提高了系统的安全性。

2.1车载主机

列车两端TC1和TC2车内各安装一台障碍物检测车载主机,采用19英寸标准3U机箱设计。其中包括电源模块、MVB模块、IO模块、雷达模块、交换机模块、视频处理模块等。

(1)分析处理雷达和视频信息,根据处理结果触发相应报警输出;

(2)可以记录不小于7×24h的视频信息以及运行日志;

(3)具有MVB或TRDP总线接口,能够向TIMS传输预警信息和工作信息,以便上传给OCC;

(4)距离检测:当前后列车间距<400m时,向HMI及OCC车辆调度提供声光警示,声光报警需根据距离的大小进行分级。

(5)障碍物检测:当检测到轨道中具有危险到行车安全的障碍物时,发出声光报警信息,声光报警需根据障碍物的大小进行分级。

(6)采用高度集成化、模块化进行设计,可单独插拔更换,简化维护工作;

(7)具有故障自检功能,能够实时监测系统工作,系统故障时可根据故障提示信息,快速锁定故障模块,缩短维修时间。

(8)主机设有维护以太网接口,列车数据下载和集中维护可通过维护以太网完成,并实现地面服务器分析数据。

 2.2二次雷达

二次雷达安装在每列车司机室的风挡玻璃内侧,用于和前行列车之间收发无线电信号,实时探测本车与前车距离。雷达探测具有较强的传统能力,可以在弯曲的隧道区段可靠探测前方的列车,弥补了视频探测在这个场景下的探测空白。

(1)能够实现直线段不小于500m的雷达探测距离

(2)直线段静态测距误差不超过0.1m; 

(3)扩频调制,减小发射功率,增加抗干扰性能

2.3摄像机

障碍物探测摄像机安装在司机室,用于探测线路前方障碍物。

(1)视频输出具有多种格式可调,默认为720P 25fps;

(2)直线段215m处仍能够获取较清晰画面质量,保证障碍物探测距离;

(3)具有夜晚低亮度增强、雾霾增强、噪点去除等图像软件增强算法;

(4)结构特殊加强和缓冲处理,能够适应列车高速行驶时产生的振动干扰。

2.4激光雷达

激光雷达可以准确构建地铁车辆前方轨行区的三维图像,通过和视频图形融合,实现高可靠性探测。该雷达探测覆盖范围可达200m。自配有接线盒,用于对激光雷达供电与数据传输。安装在列车端车上方,通过接线盒与车载机箱相连,激光雷达的接线盒内置在车载机箱内,接线盒主要用于激光雷达的供电与数据接收。

系统特点:

(1)ODAS同时具备障碍物探测和实时探测同向前行列车距离两种功能,当存在追尾或障碍物碰撞等重大安全危险隐患时,可以提前预警;

(2)障碍物探测采用人工智能算法,能有效消除隧道或高架复杂环境的影响,同时根据需要进行障碍物类型的调整;

(3)辅助防撞功能通过探测同向前行列车距离实现,采用二次雷达方式进行距离探测,能够有效去除干扰,保证测距的真实有效,同时排除平行股道反向列车的干扰;

工程业绩:

上海地铁7号线,42列车,辅助防撞预警系统,2014年开通;

深圳地铁6号线,51列车,障碍物检测与辅助防撞系统,2020年开通


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