高架單軌觀光車防撞系統的研究

廖巧云

中國中車株洲電機機車有限公司，湖南株洲 412001

高架單軌觀光車防撞系統的研究

廖巧云

中國中車株洲電機機車有限公司，湖南株洲 412001

高架觀光單軌車多車在同一環形軌道上運行時需重點考慮其安全距離，以防止碰撞。其多運行于山區且多彎道，周圍環境因素對防撞系統干擾較大，防止誤動作是防撞系統的關鍵。多種方法比較，闡明了視覺防撞系統的準確性。

高架單軌觀光車；視覺；防撞系統；安全距離

高架單軌觀光車是指用于景區旅游觀光或小區域特色專用運輸的小型單軌交通系統，有別于城市軌道交通，其速度基本在15km/h以下，多為人工駕駛，其控制系統相對簡單，無相應信號系統。當多車在同一環形軌道上運行時需要考慮安全運行距離，以防止碰撞給設備和游客帶來傷害。

傳統的防撞一般采用紅外線對射、超聲波對射、激光掃描雷達，但是由于觀光車一般運行在山區，軌道為箱型鋼軌，且運行軌道存在＞20米的彎曲半徑和〈10%的坡度，其運行環境（主要指雨霧、強光、軌旁樹木花草、戶外高溫、不規則的風、振動、防護柵欄、彎道）易使其產品誤動作或者檢測不到。近年隨著機器視覺的發展，讓其識別特定的標識物，并根據相應的特征參數計算出距離，可以有效地防止誤動作，提高了防撞系統的可靠性、準確性。

1 傳統的防撞方式

傳統的防撞方式一般是在高架單軌觀光車的車頭、車尾（運行在其前方的車）安裝紅外線/超聲波接收、發射裝置或者激光掃描雷達。采用對射的方式主要是為了避免其他物體的反射，使其產生誤動作。

器件關鍵參數的選擇。高架單軌游覽車的正常制動距離≤15m，緊急制動距離≤7.5m，故其安全運行距離選擇在30m。根據軌道拐彎半徑及其坡度計算其視角應當±43°（見圖1）。

故器件的關鍵選型參數為：工作距離7.5～30米，視角45°。

防撞系統的基本工作原理（詳見圖2），PLC根據器件反饋的距離，對變頻器做出相應的動作指示，防撞系統動作如表1所示。

圖1 器件視角選擇

圖2 防撞系統基本工作原理

表1 防撞系統對應動作表

傳統防撞方式的試驗結果如下。

相應器件安裝在觀光車上后，按照15km/h在試驗線上運行，試驗運行結果如下表2。

表2 試驗運行結果

紅外線主要對強光、高溫、振動敏感，易產生誤動作，且前后車更換后需要重新調整安裝位置。超聲波在提高安裝高度后，主要對不規則的強風敏感，易產生誤動作，而且前后車更換要調整位置。激光掃描雷達主要對軌道旁的花木、及其周邊防護墻體等無法識別，容易產生誤動作。

為了適應彎道和距離等工況需要，相應器件的工作距離和視角都較大，可以選擇的范圍收到限制。

為保證車輛的順暢運行，避免緊急制動給游客帶來的恐慌，以上防撞方式存在缺陷。

2 機器視覺防撞系統

機器視覺系統是指通過機器視覺產品將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。

2.1 系統構成

攝像機：拍攝頻率25Hz，視角45°，視距＞30米。此方案中為了安裝方便，將光源加在攝像機側。

工業計算機：防震動，計算輸出響應時間≤20ms。

檢測目標：前方車輛尾部的本公司的LOGO（公司在輸出產品時均會在同一位置噴繪本公司LOGO）。

與控制系統接口：根據計算軟件得出的距離參數，動作輸出同表1，相應輸出3個繼電器信號。考慮到該信號為安全信號，繼電器信號為常閉點，且進行組合使用，用BOOL形式表示如表3。

U2

A

1674-6708（2015）148-0129-01