劉偉銘,陳綱梅,李海玉,鄭麗媛,耿慶華

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院,廣州 510641； 2.廣州地鐵集團(tuán)有限公司,廣州 510030)

地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間是指列車在站?？科陂g，屏蔽門與列車之間的站臺(tái)水平面至列車車門頂水平面之間，屏蔽門垂直面與列車垂直輪廓面之間所形成的立體區(qū)域(如圖1陰影區(qū)域)。異物是指屏蔽門與列車門關(guān)好后，列車離站之前，風(fēng)險(xiǎn)空間新增的影響地鐵設(shè)施、乘客安全和列車正常運(yùn)營(yíng)的人和物。

目前，北京、上海、深圳、廣州、重慶、南京等大中城市都已經(jīng)建立了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)軌道交通系統(tǒng)，地鐵客運(yùn)量比例占公共交通總客運(yùn)量的50%～80%。隨著國(guó)內(nèi)城市地鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋面越來越廣，越來越多的市民選擇地鐵作為主要出行方式，造成了地鐵擁擠與過飽和運(yùn)輸。尤其在早晚高峰時(shí)段，許多線路列車最大滿載率均超過100%，部分區(qū)段最大滿載率超過120%，相應(yīng)地產(chǎn)生了一些新的交通安全問題。如地鐵站等風(fēng)險(xiǎn)空間夾人傷亡事件，以及各城市地鐵每年上百起因風(fēng)險(xiǎn)空間異物引起列車延誤的事件，已造成極大的財(cái)產(chǎn)損失與客流擁擠，引起社會(huì)公眾不滿。

盡管地鐵運(yùn)營(yíng)規(guī)范要求設(shè)置異物防夾裝置和(或)異物自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，并要求司機(jī)在離站前瞭望風(fēng)險(xiǎn)空間檢測(cè)確保安全，但是并沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范其設(shè)計(jì)與安裝，現(xiàn)有技術(shù)存在著漏檢、誤報(bào)率高等缺陷，且增加了列車在站時(shí)間，實(shí)際運(yùn)行不容樂觀，已不能滿足地鐵客運(yùn)迫切要求減少列車在站時(shí)間和自動(dòng)駕駛的發(fā)展需求。

因此城市地鐵的發(fā)展迫切要求進(jìn)一步完善風(fēng)險(xiǎn)空間異物檢測(cè)系統(tǒng)并標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

本文在分析地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間的風(fēng)險(xiǎn)特性與異物事件發(fā)生原因的基礎(chǔ)上，進(jìn)行異物事件分類與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，同時(shí)分析了現(xiàn)有防夾裝置與異物檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出了未來地鐵無人駕駛環(huán)境下的風(fēng)險(xiǎn)空間異物檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求，為風(fēng)險(xiǎn)空間安全保障行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定和異物檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用提供參考。

1 地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間物理結(jié)構(gòu)分析

按《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》“車站站臺(tái)不應(yīng)侵入車輛限界：直線車站站臺(tái)邊緣與車廂地板面高度處車輛輪廓線的水平間隙不應(yīng)大于100 mm；曲線車站站臺(tái)邊緣與車廂地板面高度處車輛輪廓線的水平間隙不應(yīng)大于180 mm?！倍九_(tái)邊緣距離屏蔽門門框的間距平均30 mm，屏蔽門門框厚度X約60 mm，因此，實(shí)際上直線站臺(tái)屏蔽門(玻璃)與列車門之間風(fēng)險(xiǎn)空間橫向最小間距X+Y為190 mm，曲線站臺(tái)橫向最小間距X+Y為270 mm(圖1)，從而易發(fā)生夾人、夾物或異物體掉落站臺(tái)邊緣上等異物事件。

圖1 屏蔽門與列車之間的間距

此外，在列車行駛過程形成的車輛橫向晃動(dòng)、活塞風(fēng)和負(fù)壓等，將造成屏蔽門的變形(最大允許±10 mm)，擠壓夾于此空間的人或異物，或被吸入軌行區(qū)，或可能使夾在屏蔽門或列車門門縫的異物漂浮而侵限，形成危害列車、站臺(tái)設(shè)施與乘客安全以及影響列車正常運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)事件，造成投訴和賠賞。

按《站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和地鐵列車塞拉門設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范，當(dāng)站臺(tái)屏蔽門所夾異物尺寸<5 mm×40 mm(厚×高)，或地鐵列車塞拉門門縫所夾異物尺寸<25 mm×60 mm(厚×高)時(shí)，屏蔽門與列車門的安全系統(tǒng)將不會(huì)報(bào)警，認(rèn)為列車門與屏蔽門已關(guān)好，因而常會(huì)發(fā)生人體手指、頭發(fā)和衣角、背包帶、塑料袋等異物體被夾于列車門或屏蔽門上。此外，由于地鐵發(fā)車頻率高、發(fā)車間隔短(最短90 s)、在站時(shí)間短(25～40 s)、車門多(六編組30門，八編組40門)、上下客流量大，因此風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件的發(fā)生概率及司機(jī)無法發(fā)現(xiàn)的概率都大大增加。

2 地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件統(tǒng)計(jì)分析

2.1 異物事件的特性分析

風(fēng)險(xiǎn)空間發(fā)生的異物事件包括關(guān)在屏蔽門與列車之間的站臺(tái)邊緣或防踏空膠條上的人或物事件，以及站臺(tái)屏蔽門門縫和列車塞拉門門縫夾異物事件。關(guān)在站臺(tái)邊緣或防踏空膠條上的常見物品主要有乘客、雨傘、錢包、手機(jī)、水瓶等；門縫常見被夾對(duì)象為乘客的手、腳、衣服、隨身的包以及女生的頭發(fā)等。

如圖2所示，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017年某城市地鐵101起造成延誤的異物事件中，主要是雨傘、水瓶、錢包等小異物體遺落風(fēng)險(xiǎn)空間的站臺(tái)邊緣上，占比35.87%；其次是由于客流擁擠，列車門啟動(dòng)防夾功能，占比16.30%；然后是列車門夾乘客手指、手臂、頭發(fā)等事件，占比16.30%，發(fā)生概率較高，但處理及時(shí)，乘客無損傷，沒有發(fā)生投訴與索賠。其他微小異物(如瓶蓋、金屬徽章、佛珠等)事件，占比7.61%。雖然夾人事件發(fā)生概率極小，但是一旦發(fā)生將造成不可挽回的損失。

圖2 2017年某城市地鐵夾異物類型統(tǒng)計(jì)

同時(shí)，對(duì)該市地鐵異物事件造成的列車延誤時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖3)，可知異物事件導(dǎo)致列車到達(dá)下一站臺(tái)的平均延誤為214 s，最長(zhǎng)延誤428 s，最短延誤117 s。可見異物事件對(duì)列車的運(yùn)行效率影響很大，大大增加列車在站時(shí)間。尤其是夾人致死事件，一旦發(fā)生，引起列車延誤將長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí)。高峰期列車一旦延誤，極易造成乘客滯留與擁擠，易發(fā)生踩踏事件。

圖3 2017年某城市地鐵夾異物事件延誤時(shí)間統(tǒng)計(jì)

此外，對(duì)該市地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件發(fā)生位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖4)，可知地鐵異物位置主要是被夾于列車門門縫，占比67.69%；異物遺落風(fēng)險(xiǎn)空間站臺(tái)上，占比30.77%；最少發(fā)生的是屏蔽門夾異物事件，僅占比1.54%。列車門門槽與門頁也會(huì)發(fā)生夾異物事件，但不屬于風(fēng)險(xiǎn)空間范疇，本文不進(jìn)行分析。列車離站時(shí)先關(guān)閉屏蔽門后關(guān)閉列車門，且車廂擁擠度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于站臺(tái)，列車門由于乘客擁擠常常啟動(dòng)防夾功能而打開列車門，因此地鐵列車門夾異物事件的發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于站臺(tái)屏蔽門。文獻(xiàn)[1]也提出了靠近列車門一側(cè)的空間，其風(fēng)險(xiǎn)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于屏蔽門一側(cè)。此外，由于地鐵的行駛特性，列車門夾異物事件的風(fēng)險(xiǎn)性與危害程度也更高。因此，進(jìn)行地鐵運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)分析與異物檢測(cè)系統(tǒng)研究時(shí)，應(yīng)首要針對(duì)地鐵列車門進(jìn)行安全防范工作。

圖4 2017年某城市地鐵夾異物位置統(tǒng)計(jì)

2.2 異物事件的發(fā)生原因

2.2.1 風(fēng)險(xiǎn)空間形成的必然性

地鐵屏蔽門安裝在站臺(tái)邊緣，將地鐵站臺(tái)與列車隔離，在列車到達(dá)后自動(dòng)開啟，列車出發(fā)前自動(dòng)關(guān)閉。設(shè)置地鐵屏蔽門具有安全、節(jié)能、環(huán)保、美觀等優(yōu)點(diǎn)[2-4]，自2002年廣州地鐵2號(hào)線率先在國(guó)內(nèi)采用了屏蔽門后，目前象征安全和節(jié)能的屏蔽門已經(jīng)成為城市軌道交通新線以及舊線改造的標(biāo)準(zhǔn)配置[5]。

屏蔽門的使用在提高地鐵運(yùn)營(yíng)安全、節(jié)能、環(huán)保的同時(shí)，也與地鐵列車之間形成了風(fēng)險(xiǎn)空間，隨著地鐵客流不斷增大，風(fēng)險(xiǎn)空間的風(fēng)險(xiǎn)性不斷增大，近幾年發(fā)生的異物事件備受社會(huì)關(guān)注。

2.2.2 風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件的發(fā)生原因

根據(jù)2017年某城市風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖5)，結(jié)合歷年來我國(guó)學(xué)者對(duì)異物事件原因分析的研究成果[2，6]，總結(jié)風(fēng)險(xiǎn)空間發(fā)生異物事件的主要原因如下。

圖5 2017年某城市地鐵夾異物原因分析

(1)乘客安全意識(shí)低及不文明乘車

乘客乘車過程中倚靠列車門，或低頭玩手機(jī)；攜帶大件行李搭乘地鐵時(shí)，擁擠無法上車導(dǎo)致被夾；當(dāng)屏蔽門、列車門即將關(guān)閉時(shí)，不顧后果地?fù)屔蠐屜碌劝踩庾R(shí)低及不文明乘車行為是導(dǎo)致異物事件的主要原因，占比51.25%。

(2)列車滿載率高

根據(jù)圖5，列車滿載率高是導(dǎo)致異物事件的次要原因。一是車廂擁擠導(dǎo)致乘客、其攜帶物或其散落物被夾于風(fēng)險(xiǎn)空間中，占比23.50%；二是乘客擠壓或擋門導(dǎo)致列車防夾功能多次啟動(dòng)而造成延誤，占比12.50%；三是部分車站因站臺(tái)空間較為狹小，候車秩序混亂與擁擠，導(dǎo)致屏蔽門夾異物事件，占比2.75%。風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件的發(fā)生率與地鐵的滿載率成正比[6]，異物事件常常高發(fā)于換乘站、大客流站點(diǎn)。近幾年地鐵客流不斷增大，擁擠現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件發(fā)生率也大大上升。

(3)小孩照看不周

根據(jù)圖5，大人照看小孩不周到，導(dǎo)致小孩被夾手指、腳趾等異物事件亦不容忽視，占比10.00%。國(guó)家二胎政策實(shí)施后，懷抱嬰幼兒搭乘地鐵的乘客增多，部分成年乘客忽略對(duì)小孩的監(jiān)護(hù)，1/3以上的被夾對(duì)象屬于7歲以下兒童[6]。

因此，地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間異物檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求是可以檢測(cè)并識(shí)別小朋友，檢測(cè)人的尺寸大小應(yīng)該以1歲嬰兒的平均體型為準(zhǔn)。

(4)異物檢測(cè)體系不完善

目前我國(guó)現(xiàn)有的地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間防夾裝置與異物檢測(cè)系統(tǒng)存在盲區(qū)大、漏報(bào)和誤報(bào)率高等缺陷，系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致異物事件沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)與排除。因此迫切需要完善異物檢測(cè)系統(tǒng)并規(guī)范化其安裝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有防夾裝置與異物檢測(cè)技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間的物理防夾裝置主要有防爬板、防夾擋板和人工瞭望燈帶；異物自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)主要有紅外探測(cè)和激光探測(cè)兩種。根據(jù)近幾年北京、上海和廣州等大城市的地鐵運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，表明即使安裝了各類物理防夾和異物自動(dòng)檢測(cè)裝置，仍然無法避免異物事件的發(fā)生，總結(jié)原因如下。

3.1 現(xiàn)有防爬板、防夾擋板的局限性[7-8]

(1)由于列車車門具有防夾功能，當(dāng)屏蔽門關(guān)閉后，車門有可能因?yàn)閵A人或擁擠觸發(fā)防夾而打開，此時(shí)乘客可能被擠出車門并關(guān)在屏蔽門和列車之間，而屏蔽門防爬板或防夾擋板對(duì)于列車被擠下來的乘客沒有防范功能。

(2)人體腿部圓錐形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和防夾擋板的尺寸限制，導(dǎo)致防夾擋板隨滑動(dòng)門合攏時(shí)仍存在劃過腿部后合攏關(guān)閉的可能。

3.2 人工瞭望燈帶技術(shù)[9]

人工瞭望燈帶技術(shù)(圖6)是在屏蔽門尾端立柱外側(cè)加裝軟燈管，司機(jī)通過觀察軟燈管的完整情況來判斷風(fēng)險(xiǎn)空間是否新增異物。瞭望燈帶高200 mm、寬15～30 mm、燈帶底端距離站臺(tái)水平面不大于100 mm，外側(cè)與站臺(tái)外邊緣齊平，不侵入車輛限界。人工瞭望方式檢測(cè)范圍為局部的矩形立體空間，屬于局部區(qū)域檢測(cè)，其風(fēng)險(xiǎn)性更低、可靠性更高、可檢測(cè)識(shí)別大部分小異物體，同時(shí)可進(jìn)行視覺確認(rèn)，設(shè)備成本極低。因此全國(guó)地鐵除曲線站臺(tái)和地面站臺(tái)外，幾乎都采用或保留了人工瞭望燈帶方式。

根據(jù)近幾年我國(guó)地鐵人工瞭望燈帶技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，新增乘客、背包、雨傘等異物事件，人工瞭望燈帶均可識(shí)別并報(bào)警，人工瞭望燈帶方式逐漸被認(rèn)為是目前國(guó)內(nèi)異物檢測(cè)技術(shù)中最為行之有效的異物檢測(cè)方式。只要嚴(yán)格執(zhí)行人工瞭望方式的管理程序，理想條件下(工作人員視力正常、無疲勞)的人工瞭望可以精準(zhǔn)識(shí)別地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間是否新增異物。人工瞭望燈帶方式基本滿足了地鐵安全運(yùn)營(yíng)的要求，可以有效提高運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平[10]。

但人工瞭望方式也具有一定的缺陷，比如：不適用于曲線站臺(tái)；人工瞭望勞動(dòng)強(qiáng)度大，易產(chǎn)生疲勞，連續(xù)駕駛45～50 min將會(huì)產(chǎn)生疲勞感[11]；平均瞭望時(shí)間需3～5 s；人的視距受光線、人體狀態(tài)影響，且站臺(tái)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，辨識(shí)度下降越大，瞭望時(shí)間越長(zhǎng)；高峰期客流量大，擁擠情況下人工瞭望的視線受阻，特別是曲線站臺(tái)工作人員無法正常工作，導(dǎo)致觀察準(zhǔn)確度大大下降。因此人工瞭望燈帶的異物檢測(cè)技術(shù)有待進(jìn)一步完善。

3.3 現(xiàn)有異物自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的局限性

(1)紅外光幕探測(cè)技術(shù)[12-13]

紅外光幕探測(cè)器技術(shù)(圖7)利用接收端是否能接收到發(fā)送端輸出的多束(一般3～6束，間距100 mm)紅外信號(hào)來判斷是否新增異物。紅外光幕一般規(guī)定2～3束光同時(shí)被遮擋時(shí)才啟動(dòng)報(bào)警，僅能檢測(cè)寬≥100 mm，高≥200 mm的遮擋光束的異物，屬于多線檢測(cè)，檢測(cè)距離較短，最長(zhǎng)為1節(jié)車廂長(zhǎng)度，需布設(shè)多組設(shè)備，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)(在站臺(tái)門與列車門關(guān)好后2～5 s)，易受到灰塵、懸浮粒、昆蟲、隧道風(fēng)、列車振動(dòng)、車門與屏蔽門折射/反射光等干擾，常常造成虛警或誤報(bào)。

圖6 廣州地鐵人工瞭望燈帶實(shí)物

圖7 重慶地鐵紅外光幕探測(cè)實(shí)物

(2)對(duì)射式激光光幕探測(cè)技術(shù)[14]

激光光幕探測(cè)技術(shù)(圖8)由激光發(fā)射器、激光接收器或激光反射板組成，由一個(gè)或幾個(gè)激光發(fā)射器向?qū)?yīng)的激光接收器發(fā)射激光，屬于多線檢測(cè)，一般規(guī)定2～3束光同時(shí)被遮擋時(shí)，認(rèn)為該區(qū)域存在障礙物，啟動(dòng)報(bào)警。一般每束光束的間距為250 mm，因此僅能檢測(cè)深入風(fēng)險(xiǎn)空間寬度≥100 mm，高≥500 mm的大物件或乘客，小物體則無法檢測(cè)。

圖8 深圳對(duì)射式激光光幕

激光光幕探測(cè)技術(shù)較紅外光幕聚光效果更好，有效檢測(cè)距離較長(zhǎng)，探測(cè)200 m距離，可以一側(cè)站臺(tái)設(shè)置一組檢測(cè)器。如目前深圳2號(hào)線，采用2套激光光幕上下垂直安裝(圖8)的對(duì)射式激光光幕探測(cè)技術(shù)，但是該激光裝置寬度約90 mm(安裝空間約35 mm)，遠(yuǎn)大于安全安裝尺寸，極易發(fā)生侵限；同時(shí)對(duì)準(zhǔn)十分困難與維護(hù)工作量極大，如果設(shè)備故障將可能造成系統(tǒng)停運(yùn)；并且激光光束易受到屏蔽門和列車門的影響，使發(fā)射的激光產(chǎn)生漫反射，發(fā)射信號(hào)易繞過障礙物經(jīng)列車或屏蔽門漫發(fā)射至接收器，使接收端仍能接收到發(fā)射端的信號(hào)，造成大量的誤報(bào)，以及隧道灰塵、站臺(tái)振動(dòng)等易引起虛警，可靠性與檢測(cè)精確度低。

(3)掃描式激光光幕探測(cè)技術(shù)[15-16]

掃描式激光光幕探測(cè)技術(shù)利用飛行時(shí)間(TOF)原理掃描空間是否存在異物，即發(fā)射器發(fā)出一束激光光線，打到物體表面后反射回來，再由接收器接收反射回的光線，根據(jù)記錄的時(shí)間差可測(cè)算距離。檢測(cè)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)扇形平面，屬于面檢測(cè)，根據(jù)掃描面的數(shù)量，可分為單層激光掃描和多層激光掃描(一般為四層，如巴黎地鐵，安裝高度為2.5 m時(shí)，站臺(tái)水平面位置的掃描面最大間距為83.8 mm)。如圖9所示。

圖9 激光掃描儀掃描范圍剖面

香港部分地鐵線路中采用SICK的單層激光掃描器OS2000產(chǎn)品系列，1臺(tái)激光掃描器可以檢測(cè)及控制3個(gè)屏蔽門，掃描角度：270°/180°，最大掃描長(zhǎng)度達(dá)20 m，但是檢測(cè)區(qū)域?yàn)榧す馑谄矫妫^(qū)大，僅可以檢測(cè)人(圖10(a))。為解決單層激光盲區(qū)大和曲線站臺(tái)間隙大的問題，巴黎部分曲線地鐵站，一個(gè)滑動(dòng)門設(shè)置3臺(tái)四層掃描儀和一套視頻監(jiān)視攝像頭，檢測(cè)精度更高，可以檢測(cè)寬度>83.8 mm的小異物體(圖10(b))。

圖10 掃描式激光光幕探測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

掃描式激光光幕探測(cè)技術(shù)相較紅外光幕和對(duì)射式光幕穩(wěn)定性更好，安裝調(diào)試更方便，但也易受隧道灰塵、站臺(tái)振動(dòng)、屏蔽門和列車門影響，導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)容易繞過障礙物經(jīng)列車門或屏蔽門漫發(fā)射至接收器，從而造成誤檢和漏檢，且僅能檢測(cè)掃描平面內(nèi)是否存在異物，無法將檢測(cè)結(jié)果可視化。

(4)人工瞭望燈帶結(jié)合光幕的檢測(cè)方式

為解決光幕技術(shù)誤報(bào)等問題，國(guó)內(nèi)地鐵普遍應(yīng)用人工瞭望燈帶結(jié)合光幕技術(shù)的方式，以提高檢測(cè)準(zhǔn)確率，比如成都地鐵采用紅外光幕與瞭望燈帶結(jié)合的方式，但是紅外裝置平行安裝于燈帶靠近列車的一側(cè)(圖11(a))，侵入了車輛限界，存在影響列車安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)；上海地鐵部分線路采用紅外光幕垂直安裝于瞭望燈帶下方的方式(圖11(b))，當(dāng)紅外光幕故障時(shí)，人工瞭望燈帶則無法檢測(cè)站臺(tái)以上至燈帶以下的區(qū)域，且盲區(qū)大，易造成漏檢。

圖11 人工瞭望燈帶結(jié)合光幕的檢測(cè)方式

人工瞭望燈帶結(jié)合光幕探測(cè)技術(shù)的異物檢測(cè)方式雖然集合了瞭望燈帶與光幕的優(yōu)勢(shì)，但兩者的缺陷仍無法排除，實(shí)際運(yùn)行效果不佳，并且仍然沒有解放人力勞動(dòng)，不適用于未來地鐵無人駕駛環(huán)境。

綜上所述，為確保地鐵行車安全，防止發(fā)生異物事件，應(yīng)從兩個(gè)方面來規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)：一是人的因素，二是設(shè)備的因素。

一方面加強(qiáng)乘客的安全意識(shí)、提倡文明乘車，并加強(qiáng)工作人員的安全管理意識(shí)和規(guī)范工作程序，杜絕司機(jī)疲勞駕駛；另一方面采用先進(jìn)完善的異物自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)與預(yù)警，規(guī)范異物檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝，切實(shí)保障行車安全。

4 地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件的危害程度，對(duì)可能發(fā)生的異物事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，如表1所示。

表1 異物事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

根據(jù)地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間異物事件發(fā)生的位置，可以將異物事件劃分為兩大類：落在風(fēng)險(xiǎn)空間內(nèi)站臺(tái)邊緣上的異物事件、夾在門縫上的異物事件。

參考人工瞭望燈帶方式可以檢測(cè)識(shí)別的異物尺寸(寬≥100 mm)，根據(jù)異物事件的異物體積、發(fā)生位置與危害程度，進(jìn)行了異物大小分類和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分。針對(duì)曲線站臺(tái)時(shí)，可劃分為多段直線站臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，因此曲線站臺(tái)的異物大小劃分與直線站臺(tái)一致。

4.1 落在站臺(tái)上的異物事件分類

落在站臺(tái)上的異物事件(圖12)分類及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分如表2所示。

圖12 落在站臺(tái)邊緣上的異物事件示意

事件類型異物尺寸劃分依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)夾人事件身高≥800mm,身厚≥100mm,身寬≥100mm人以小孩體積為最小值Ⅰ大異物事件高≥200mm,寬≥100mm,長(zhǎng)≥100mm紅外光幕技術(shù)可檢測(cè)Ⅱ中異物事件100mm≤高<200mm,寬≥100mm,長(zhǎng)≥100mm瞭望燈帶可檢測(cè)Ⅲ小異物事件50mm≤高<100mm,50mm≤寬<100mm,50mm≤長(zhǎng)<100mm介于中異物與微小異物之間Ⅳ微小異物事件高<50mm,寬<50mm,長(zhǎng)<50mm會(huì)掉入軌行區(qū)的微小物Ⅳ

(1)人體：根據(jù)研究結(jié)果1/3以上的被夾乘客為7歲以下兒童，因此地鐵異物檢測(cè)系統(tǒng)必須以識(shí)別出小孩為前提，人體尺寸取值應(yīng)不小于1歲小孩的平均體積，即身高≥800 mm，身厚≥100 mm，身寬≥100 mm。夾人事件一旦發(fā)生，其風(fēng)險(xiǎn)性與危害程度是相當(dāng)嚴(yán)重的，因此屬于Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)。

(2)大異物：光幕檢測(cè)技術(shù)的基本報(bào)警要求是至少遮擋2束光束(高≥200 mm)，因此定義大異物高≥200 mm，寬≥100 mm，長(zhǎng)≥100 mm。大異物將可能影響行車安全，可能造成財(cái)產(chǎn)損失，因此屬于Ⅱ級(jí)中風(fēng)險(xiǎn)。

(3)中異物：根據(jù)地鐵瞭望燈帶安裝標(biāo)準(zhǔn)，燈帶最右側(cè)距離車輛輪廓最小距離約100 mm，燈帶最低端距離站臺(tái)平面最大距離100 mm，如果燈帶寬20 mm，則燈帶最左側(cè)距屏蔽門玻璃約70 mm(圖12)，落在站臺(tái)的高≥100 mm，寬≥100 mm的物體必然遮擋燈帶，人工瞭望燈帶可以檢測(cè)，因此定義中異物尺寸為100 mm≤高<200 mm，寬≥100 mm，長(zhǎng)≥100 mm，中異物風(fēng)險(xiǎn)性較低，定義為Ⅲ級(jí)低風(fēng)險(xiǎn)。

(4)小異物：小異物定義為介于中異物與微小異物體之間，50 mm≤高<100 mm，50 mm≤寬<100 mm，50 mm≤長(zhǎng)<100 mm。該尺寸的異物體不屬于人體，列車離站后會(huì)掉落軌行區(qū)并且不會(huì)影響行車安全，認(rèn)為其風(fēng)險(xiǎn)危害可忽略，屬于Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，不會(huì)影響乘客人身財(cái)產(chǎn)安全，無投訴與賠償。

(5)微小異物：地鐵站臺(tái)防踏空膠條邊緣距列車有50 mm的間隙，微小異物體將會(huì)掉落軌行區(qū)，軌行區(qū)清障車可以清除高>100 mm的異物體，高度≤100 mm則忽略，認(rèn)為其對(duì)列車行駛無影響。因此，將掉落軌行區(qū)且對(duì)列車無影響的高<50 mm，寬<50 mm，長(zhǎng)<50 mm的物體，定義為微小異物體，屬于Ⅳ級(jí)可忽略風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 夾在門縫上的異物事件分類

客流擁擠時(shí)，列車門或屏蔽門常常夾住某些異物，如手指、腳趾、衣角、背包帶、塑料袋和頭發(fā)等(圖13)。夾于列車門門縫上的異物將跟隨列車快速行駛，其風(fēng)險(xiǎn)性更高，要求排除。根據(jù)所夾異物伸入風(fēng)險(xiǎn)空間部分的體積及其危害程度，進(jìn)行分類與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，見表3。

圖13 夾在門縫上的異物事件

表3 夾于門縫上的異物事件分類及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

劃分說明如下。

(1)大異物：尺寸為高≥200 mm，寬≥100 mm，長(zhǎng)≥100 mm的異物，體積大，必然侵入車輛限界與設(shè)備限界，危及設(shè)備與行車安全，屬于Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)。

(2)中異物：夾在列車門門縫上的異物伸入風(fēng)險(xiǎn)空間的寬度≥100 mm，夾屏蔽門門縫上的異物伸入風(fēng)險(xiǎn)空間的寬度≥30 mm(如圖13燈帶寬20 mm，則燈帶最左側(cè)距屏蔽門門縫約30 mm)，人工瞭望燈帶可檢測(cè)識(shí)別，其100 mm≤高<200 mm，長(zhǎng)≥100 mm，體積較大，其風(fēng)險(xiǎn)性較高，定義為中異物體，屬于Ⅱ級(jí)中風(fēng)險(xiǎn)。

(3)小異物：介于中異物與微小異物之間。異物夾列車門上：40 mm≤寬<100 mm；夾屏蔽門上：寬<30 mm；其50 mm≤高<100 mm，50 mm≤長(zhǎng)<100 mm，該尺寸的異物體積較小，在車輛運(yùn)行過程超出車輛限界的概率較小，屬于Ⅲ級(jí)低風(fēng)險(xiǎn)。

(4)微小異物：根據(jù)《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》地鐵列車門區(qū)域車輛限界與設(shè)備限界間距為40～57 mm，間距最小值為40 mm。因此，當(dāng)異物被夾列車門縫其伸入風(fēng)險(xiǎn)空間的寬度<40 mm時(shí)，地鐵行駛過程中所夾異物不會(huì)侵入車輛限界，不會(huì)被軌道內(nèi)其他設(shè)備擠壓或碰撞；夾屏蔽門門縫的異物寬度<30 mm時(shí)，不會(huì)遮擋燈帶且不侵限；高<50 mm，長(zhǎng)<50 mm；體積小，無安全隱患，其風(fēng)險(xiǎn)可忽略，無需立即采取解除措施，對(duì)列車安全影響極小。因此高<50 mm，長(zhǎng)<50 mm，寬<40 mm屬于微小異物體。

5 無人駕駛異物檢測(cè)系統(tǒng)評(píng)估及技術(shù)要求

綜合上述，在異物事件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，根據(jù)地鐵風(fēng)險(xiǎn)空間異物自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)所能檢測(cè)的異物尺寸、是否可以視覺確認(rèn)、延誤影響、定位和設(shè)備可靠性等技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行異物檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)水平等級(jí)劃分。其中，視覺確認(rèn)是指將實(shí)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)空間圖像反映給安全監(jiān)控相關(guān)人員，以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)事件檢驗(yàn)與確認(rèn)。檢測(cè)水平等級(jí)劃分見表4。

進(jìn)一步地，根據(jù)檢測(cè)水平等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)有的異物檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。

(1)紅外光幕、對(duì)射式激光光幕(圖11(a)和單層掃描式光幕(圖9(a))等技術(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性低，僅檢測(cè)人或大異物，精度低且無視覺確認(rèn)，屬于D級(jí)初級(jí)檢測(cè)水平；而多層掃描式光幕檢測(cè)技術(shù)(圖9(b))在直線和曲線站臺(tái)均可以檢測(cè)識(shí)別小異物，檢測(cè)精度較高，屬于C級(jí)低級(jí)檢測(cè)水平。

(2)人工瞭望燈帶技術(shù)(圖14(b))在直線站臺(tái)檢測(cè)精度為中異物體，可進(jìn)行視覺確認(rèn)、可靠性較高，屬于C級(jí)檢測(cè)水平，不適用于曲線站臺(tái)；人工瞭望燈帶結(jié)合光幕檢測(cè)的技術(shù)(圖14(c)、圖14(d))屬于C級(jí)檢測(cè)等級(jí)，雖然集合了光幕與人工瞭望燈帶的優(yōu)勢(shì)，但兩者的缺陷仍無法排除。

表4 異物檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)水平劃分

圖14 現(xiàn)有異物檢測(cè)系統(tǒng)盲區(qū)對(duì)比

(3)機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)[17-18]是模擬人的視覺辨識(shí)進(jìn)行異物識(shí)別的異物檢測(cè)方式，盲區(qū)小甚至無盲區(qū)，檢測(cè)精度最高，精確定位到車門，風(fēng)險(xiǎn)性最低。并可遠(yuǎn)程對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行視覺確認(rèn)。其中側(cè)裝式機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)[19](圖14(e))在直線站臺(tái)屬于B級(jí)檢測(cè)水平，在間隙大的曲線站臺(tái)屬于D級(jí)；而無論是直線站臺(tái)還是曲線站臺(tái)，頂裝式機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)[20-21](圖14(f))可達(dá)到A級(jí)檢測(cè)水平，其檢測(cè)區(qū)域可以隨間隙大小和車型自動(dòng)改變，無盲區(qū)并可以檢測(cè)到微小異物。具體檢測(cè)等級(jí)評(píng)估如表5所示。

隨著軌道交通無人自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，為了節(jié)約列車在站時(shí)間，保證乘客的人身財(cái)產(chǎn)安全，未來異物檢測(cè)技術(shù)的基本要求是必須達(dá)到理想化的人工瞭望技術(shù)(C級(jí))及其以上的檢測(cè)水平，方可滿足地鐵安全運(yùn)營(yíng)的要求。

表5 現(xiàn)有異物檢測(cè)技術(shù)等級(jí)評(píng)估

6 結(jié)語

人工瞭望燈帶方式是我國(guó)目前最有效的異物檢測(cè)方式，但存在著人易疲勞與視距受限等缺陷。未來地鐵自動(dòng)駕駛環(huán)境下的風(fēng)險(xiǎn)空間異物檢測(cè)系統(tǒng)必然達(dá)到理想化的人工瞭望燈帶(C級(jí))及其以上的檢測(cè)水平，如側(cè)裝式或頂裝式機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)，方可滿足地鐵安全運(yùn)營(yíng)的要求，使得地鐵運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)性在運(yùn)營(yíng)單位與乘客的經(jīng)濟(jì)能力和心理承受能力的平均限度之內(nèi)，對(duì)列車行車安全影響概率很小，不會(huì)影響乘客人身財(cái)產(chǎn)安全。機(jī)器視覺檢測(cè)方式或是機(jī)器視覺檢測(cè)為主、其他檢測(cè)方式為輔的異物自動(dòng)檢測(cè)方式，符合未來地鐵無人自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展需求，是異物檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

未來自動(dòng)駕駛地鐵異物檢測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)空間是否夾人是必然前提，同時(shí)滿足識(shí)別異物大小并劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、盲區(qū)小甚至無盲區(qū)、縱深長(zhǎng)覆蓋站臺(tái)并可定位到車門、可進(jìn)行視覺確認(rèn)、可判斷是否侵限，檢測(cè)精度與穩(wěn)定性高、可平穩(wěn)過渡兼容人工檢測(cè)方式且不易受環(huán)境影響等技術(shù)要求。