城市轨道交通车辆段/停车场周界报警系统方案选型分析

黄霁

摘 要：车辆段/停车场作为城市轨道交通的“车库”，在线路运营中发挥着至关重要的作用。因此，保障车辆段/停车场的正常运营是保障轨道交通线路乃至线网安全、可靠运营的重要前提。为实现对周围环境实时有效的监控，防止闲杂人员或物体的入侵，需在车辆段/停车场周界设施上安装周界报警系统。该文首先对目前常用的周界报警系统，从技术原理上进行了简要地介绍。接着针对车辆段/停车场的特点，并结合实际案例，对在进行周界报警系统建设时，关于技术方案选择的若干原则进行了详细讨论。该文对于城市轨道交通车辆段/停车场周界报警系统的建设具有一定的指导意义。

关键词：城市轨道交通车辆段 停车场周界报警系统

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0038-03

随着国家社会经济的蓬勃发展，城市人口亦跟随城市化进程的脚步急剧增加。为缓解交通拥堵及环境恶化等社会问题，许多城市尤其是大中型城市都在如火如荼地进行着城市轨道交通的建设，其他尚未建设轨道交通线路的城市也呈现跃跃欲试之势。此外，就单个城市来看（如北京、上海、广州、深圳等），得益于国家对于基础设施建设的重视，轨道交通线路建设的步伐越来越快，轨道交通线网规模急剧扩大，运营客流急剧膨胀。因其安全便捷、舒适环保等优点，轨道交通已逐渐成为各城市居民生产生活必不可少的出行工具。因此，保障城市轨道交通线安全、可靠的运行，已成为各城市轨道交通线路运营单位工作的重中之重。

车辆段/停车场作为城市轨道交通的“车库”，除了承担车辆的停放、检修、保养之外，许多线路的列车编组、调度等工作也在此完成。因此，车辆段/停车场在线路正常运营中发挥着十分重要的作用。此外，在许多情况下，线路的控制中心（OCC）、物资总库、变电所等重要处所也放置于车辆段/停车场内。由此可见，保证车辆段/停车场的安全有序运营，是保障城市轨道交通线路安全、可靠运行的重要前提。

1 原理介绍

为保障车辆段/停车场的正常运营，避免外来闲杂人员的无意闯入或恶意入侵，车辆段/停车场周界除设置围蔽设施外，一般还应在围蔽设施上布设周界报警系统，保证对车辆段/停车场周界的实时智能监控。目前，周界报警系统主要采用以下几种方案进行建设：振动光纤方案、振动电缆方案、红外对射方案、激光对射方案、地埋电缆方案、微波探测方案。

1.1 振动光纤

振动光纤周界报警系统可以分为基于多模光纤技术的光纤周界报警系统、基于干涉原理的分布式光纤传感入侵系统、基于光时域反射定位（OTDR）技术的光纤周界报警系统、基于光纤光栅传感技术的光纤周界报警系统。其基本原理可以总结为图1所示。

发射激光器发射光信号通过传感光纤传输，当传感光纤受到外部干扰时，光纤中传输光的部分特性（例如相位、波长、衰减、极化、传播时间、模场分布等）就会发生变化。经过对光信号的采集与分析后，就能检测光的该特性变化。然后再通过报警控制器的特殊算法和分析处理，区分第三方入侵行为与正常干扰，实现报警及定位功能。

1.2 振动电缆

振动电缆周界报警系统实现原理如图2所示。

其前端探测传感部分由振动电缆和前端处理器串联而成，振动电缆中含有振动传感器等元件。当振动电缆检测到干扰信号后，将此信号发送至前端处理器，然后传递给数据采集模块并输入中央计算机对该干扰信号进行分析，通过特殊的算法处理后识别出有效的干扰信号，并进行报警和定位等后续联动功能。

1.3 红外对射

红外对射报警系统可分为主动红外对射报警系统和被动红外对射报警系统。其中，被动红外对射报警系统是指通过探测人体或其他物体发射出来的红外线来实现探测报警的系统。主动红外对射报警系统的原理可表示为图3所示。

主动红外对射报警又叫“光束遮断式感应器”（Photoelectric Beam Detector），顾名思义，其实现原理主要是通过检查光束遮断来实现探测报警。如上图，红外线发射模块持续的发射红外线光束，红外线接收模块对光束进行接收。一旦有物体从中间通过，对红外线光束进行遮挡，接收模块就将此扰动信号发送至数据采集模块，然后通过计算机对此信号进行分析计算，确认为有效扰动信号后进行报警等后续工作。

1.4 激光对射

激光对射报警系统的实现原理与主动红外对射报警系统基本一致，只是其发射和接收光源变成了激光，关于其工作过程此处不再赘述。

1.5 地埋感应电缆

地面感应电缆，其本质类似于漏泄同轴电缆。将一段作为发射源的泄露同轴电缆浅埋于地下，距其一定距离的地方并行埋设另一根漏泄同轴电缆作为信号的接收装置，这样便在两根漏泄电缆之间形成一个稳定的磁场区域，即监控区。当有人或其他物体进入磁场区域时，引起电磁场变化，经分析确认后触发报警装置，从而实现对磁场覆盖的区域的实时监控。其原理见图4。

1.6 微波探测

微波探测报警系统可分为雷达式微波探测系统和墙式微波探测系统。其中，雷达式微波探测系统基于多普勒效应实现，微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移。当系统检测到该偏移时，经分析确认后进行报警等工作。墙式微波探测系统相对更适合与车辆段/停车场周界报警系统，其原理见图5。

微波发射模块持续地发射出定向性很好的调制微波束，微波接收模块对该微波信号进行接收，从而在微波发射和接收模块之间形成一个微波场，即监控区。当监控区中有阻挡物或探测目标时，由于破坏了微波的正常传播，使接收到的微波信号有所变化。微波接收模块将此变化信号传输给中央计算机，经分析计算后进行报警等后续工作。

2 方案选择

2.1 车辆段/停车场特点

首先，车辆段/停车场一般地域相对偏僻，且大多数位于地面之上（部分还会进行上盖物业开发），很容易受到外来人员或动物的入侵；其次，车辆段/停车场空间面积较大，周界长度一般在2～4km，门卫处经常有人员及车辆经过，出入段线处列车会频繁出入；再次，车辆段/停车场周界轮廓一般为不规则的形状，且大多数还存在各个位置的地面高度不一致的情况。但大体上与“酒瓶”非常相似，列车轨道在出入段线处形成一个汇聚。

2.2 需解决的问题

为保证车辆段/停车场的正常运营，周界报警系统应能有效解决以下问题：

（1）由于车辆段/停车场一般位于地面之上，因此，周界报警系统应能正确识别并剔除均匀性环境冲击造成的铁丝网的持续振动，如刮风、下雨、下雪、雷电、车辆通行不报警。

（2）周界报警系统应能正确识别并剔除偶然性的环境因素产生的误报，如树枝的拍打等。

（3）周界报警装置应能正确匹配围蔽设施的特性。

（4）因车辆段/停车场周界周长并不是很长，周界报警系统应能精确显示报警位置，定位精度不应大于10米。

2.3 选择原则

由于周界报警系统存在多种技术方案，在进行车辆段/停车场周界报警系统建设时应从以下几个方面进行综合考虑：

（1）适用性，在进行方案选择时，应充分考虑车辆段/停车场的环境及周界设施的特性。当车辆段/停车场位于地面上时，应充分考虑设备对于室外环境、天气的适应性。所选系统方案设备应能满足车辆段/停车场周界形状不规则、位置高度不一致等特点。此外，系统方案还应与周界设施的特性进行匹配。例如，当周界设施为柔性金属网时，考虑到技术方案、设备安装等特性，采用振动光纤或振动电缆则相对红外对射或激光对射更为适合。

（2）误、漏报率，由于车辆段/停车场地域偏僻，设备贵重，安保值班人员需对周界环境进行全天24小时监控。因此，系统方案应具备比较低的漏、误报率，降低安保值班人员的工作负荷。此外，由于车辆段/停车场来往人员、车辆繁多，且位于地面时，非常容易受到大风、大雨、雷电等天气因素及周围环境因素（如绿化植物）的影响，系统方案应能有效剔除这些外来干扰的影响，当真正有人或其他物体的入侵时，能进行可靠的报警等工作。

振动感应电或振动光缆需依附周界设施敷设，对周边环境没有具体要求当有人企图攀爬和剪断围栏时，不可避免地会引起围栏的振动，围栏会将这种振动传递给绑定在围栏上的振动传感器或振动光缆，检测出振动后即通过系统发出报警信号。由于振动感应式电/光缆可环绕任意形状的境界区域，不受地形和地面平坦度等因素的影响，其探测灵敏度也不受环境温度、湿度、风雨烟尘等恶劣气候条件的影响，漏报和误报率低，是十分理想的周界探测设备。地埋感应电缆预埋在周界地面以下，构成一个立体空间的防范区域，当有人跨越时产生报警信号。基本不受天气影响，但是受周边环境影响比较大，防区内流动的地表水和移动的金属物体容易引起误报。此类探测器在现有的探测技术中，漏报率最低，相对更适用于野外无人看守需要隐蔽安装或者有比较宽阔范围的场地环境。对于微波探测报警方案，其探测器的发射器与接收器之间的距离一般会影响到探测率。微波探测方案更适用于周围环境开阔平坦，没有树木、湖泊、金属物等，并且不能经常有人和车辆经过的地方。其受天气的影响比较大，地面高低起伏不平点会产生探测死角。主动红外对射或激光对射报警系统受天气的影响比较大，如雾、雪、雨、风沙及空中漂浮物等。而且，由于跨越或钻过红外线/激光相对容易，因此这类探测器的漏报率比较高，其更适用于室内或受天气影响小的区域。

（3）定位精度，车辆段/停车场内部设备贵重，与线路乃至线网行车安全密切相关。特别对于出入段线区域，必须禁止闲杂人员或物体随意闯入。当周界报警系统进行报警时，安保值班人员应能及时准确地进行处理。因此，针对车辆段/停车场地域广、周界长等特点，周界报警系统必须具备精确定位功能。

目前，振动光纤和振动电缆周界报警系统基本能实现对入侵信号的定位，不过在定位精度上有所差异。振动光纤方案的定位精度一般100m左右，而振动电缆方案的定位精度则相对更为精确，一般能达到10m左右，有些厂商的设备甚至能达到1m的定位精度。此外，地埋感应电缆周界报警系统亦能实现对入侵信号的定位，定位精度理论上能达到5m左右。而其他基于红外对射、激光对射和微波探测的周界报警系统，由于其实现原理特点，基本上只能确定入侵位置位于某对信号发射模块和接收模块之间，而无法实现精确定位。

（4）投资比选，城市轨道交通作为一项公共基础设施，在进行方案选择时，其建设成本也应该作为一项必不可少的考虑因素。建设成本主要可分为设备材料费和工程实施费两部分。在进行方案选择时，可以根据以往工程经验，确定设备材料费和工程实施费的大概区间，同时还能够通过对设备厂商进行询价等方法，进一步确定设备材料费的区间。不过，就目前来看，随着技术的进步以及市场竞争日趋激烈，如果周界报警系统要达到相对理想的效果，各种技术方案的建设成本差别不是很大。

（5）工程实施，在进行技术方案的选择时，工程实施的难易程度也是一个不可忽视的因素。工程实施的难易度不仅影响到工程实施费的额度，而且对工期以及施工过程控制存在巨大影响。

就前述几种技术方案来看，振动光纤和振动电缆报警系统需在整个车辆段/停车场周界设施上利用扎带等材料捆绑在围网上，安装和布线简单，工程实施极为简便；红外对射、激光对射以及微博探测报警系统需在车辆段周界每隔一定距离（依地形和探测距离确定）设置一对前端探测模块，布线工程量大，施工相对复杂；地埋电缆报警系统需要沿车辆段/停车场周界开挖一条或两条电缆沟敷设漏泄电缆，布线较为简单，但工程实施难度较大。

（6）运营维护，为了保证系统建好后能持续稳定可靠的运行，城市轨道交通运维人员需定期对系统设备进行运营维护。因此，为了方便运维人员对系统进行维保，在系统建设时应尽量考虑采用易于运营维护的技术方案。

总的来看，振动光纤和振动电缆在敷设完毕以后，运营维护方便简单，工作量低，如果铁丝网出现松动等情况，可以通过软件设置匹配铁丝网振动特性，保证振动光纤和振动电缆的灵敏度；红外对射和激光激光对射报警系统在安装完毕后，因为要定时清洗前端发射、接收模块，维护量相对较大；地埋电缆敷设完毕后，基本不需维护，但是，若地埋电缆发生破坏，检测和维护将会很麻烦；微波探测器安装完毕后，其维护量则相对很小。

2.4 实用案例

在前述内容的基础上，该章节结合广州市轨道交通13号线官湖车辆段周界报警系统的建设情况进行简要描述。

官湖车辆段位于13号线线路的东端，官湖站的南侧，段址位于新塘镇官湖村境内，环城路（新107国道）、石新公路及新沙大道包夹的地块，整个地块大致呈东西走向，占地面积约41公顷，周界长度约3.6km。车辆段建设于地面之上，并进行上盖物业开发。车辆段共设置两个出入口，即主出入口和次出入口。车辆段内设置13号线控制中心、物资总库、主变电所、牵引变电所等处所。

由此可见，官湖车辆段符合前述所说的“位置偏僻、面积大、周界长、内部设备贵重、地处地面之上”等特点。因此，根据方案选择的若干原则分析，官湖车辆段周界报警系统采用振动电缆方案进行建设，目前已完成设备招标。

3 结语

随着城市轨道交通的迅速发展，保障各线路安全可靠的运营已成为各城市轨道交通运营单位的首要任务。车辆段/停车场作为轨道交通的“车库”，在城市轨道交通中发挥着至关重要的作用。保障车辆段/停车场的正常运营成为保障各线路乃至线网安全可靠运营的重要前提。

该文对几种常用的周界报警系统技术方案从实现原理上进行了简要的介绍，并针对轨道交通车辆段/停车场周界报警系统在建设方案选择时应遵循的若干原则进行了详细描述。并以广州市轨道交通13号线为例进行了实例说明。

当然，车辆段/停车场安防系统应是一个综合的安保系统，周界报警系统仅作为其中的子系统之一，其还应配合视频监控系统、广播系统等其他系统完成系统的多重联动功能。同时，技术方案仅能从物理上给安保系统提供一个实现手段，运营单位还需从管理等多方面保障车辆段/停车场的正常运营。

参考文献

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