轨道交通站台门多路红外激光落点多维校验工装及方法与流程

本发明属于轨道交通站台门校验，尤其是涉及一种轨道交通站台门多路红外激光落点多维校验工装及方法。

背景技术：

1、轨道交通站台门普遍配置980nm红外激光对射安全回路，用于实现站台门安全防护，苏州轨道交通5、6、7、8、11号线均全线部署该类回路。在月度点检、光路校准以及故障排查作业中，目前主要依靠双人人工观测的作业模式开展光路调试工作。

2、该传统作业模式要求配置两名持证检修人员，一人于站台侧调整激光发射端，另一人在接收端通过肉眼观察光斑，依靠对讲机交互完成调试，单站台作业需要持续占用双人人力资源，造成班组人员调配压力大，作业模式受到人力条件约束。同时光斑居中程度、光斑有效覆盖面积依靠人眼主观判别，缺少统一量化判定标准，不同检修人员评判尺度存在差异，校准完成后复测出现偏移的情况较多，重复返工率可达18%，增大站台门安全回路发生故障的风险。

3、现有观测手段仅能够实现单层单点光斑查看，不能同步获取上、中、下三层完整光强信息，光束存在的微小三维偏移难以被识别，单站台故障排查平均耗时可达40min，检修作业效率较低。此外，检修人员需要长期驻留轨行区近距离观察光斑，工时利用率低；传统作业方式不具备数据存储、无线传输能力，光路偏移相关检测数据无法留存归档，故障光路难以复盘溯源，难以满足轨道交通标准化运维的管理要求。

4、市面上现有的通用光学检测设备采购成本高达万元级别，设备体积大，难以适配地铁站台狭小的作业空间；而普通简易光电检测设备仅能够完成单层少量通道的数据采集，不具备滤波降噪、光斑质心运算、远距离蓝牙传输等功能，无法适配地铁站台门三层激光同步校验的实际使用需求。

技术实现思路

1、本发明目的是：提供一种轨道交通站台门多路红外激光落点多维校验工装，以及采用该工装实现的轨道交通站台门多路红外激光落点多维校验方法，主要用于地铁轨道交通站台门980nm红外激光对射安全回路的月度点检、光路校准以及故障排查作业，实现单人数字化校验，解决传统双人人工肉眼观测模式人力消耗大、判定无统一量化标准、微小三维光束偏移难以识别、检测数据无法留存追溯的行业痛点。

2、本发明的技术方案是：一种轨道交通站台门多路红外激光落点多维校验工装，包括光电采集模块、多路选通模块、信号缓冲隔离模块、主控运算传输模块和本地显示模块；

3、所述光电采集模块，包括分别对应站台门上、中、下三路红外激光光束的上、中、下三层独立5×5光电阵列，每层包含25颗红外光电二极管，上、中、下三层垂直分层排布并形成总计75路感光通道，用于将接收到的红外激光光强转换为模拟电压信号；

4、所述多路选通模块，其输入端连接所述光电采集模块的输出端，并接收主控运算传输模块输出的地址控制信号，分时选通75路感光通道的模拟电压信号向外输出；

5、所述信号缓冲隔离模块，其输入端连接所述多路选通模块的输出端，对所述多路选通模块多路切换输出的模拟电压信号做电压跟随隔离处理；

6、所述主控运算传输模块，其输入端连接所述信号缓冲隔离模块的输出端，且该主控运算传输模块包括mcu微控制器以及集成于所述mcu微控制器内部的adc模数转换单元，所述adc模数转换单元用于接收经过隔离后的模拟电压信号并完成模数转换，所述mcu微控制器用于执行基线校准、iir整数低通滤波、光斑加权质心运算、光路对准判定；

7、所述本地显示模块，通过i2c总线与所述主控运算传输模块连接，用于现场展示光斑检测结果。

8、作为优选的技术方案，还包括无线交互终端模块，所述mcu微控制器内部集成有蓝牙硬件单元，并通过该蓝牙硬件单元向所述无线交互终端模块传输光斑检测数据。

9、作为优选的技术方案，所述多路选通模块包括1片三八译码器和6片十六路模拟开关；所述主控运算传输模块输出3位地址控制信号至所述三八译码器，所述三八译码器分时输出使能电平，并依次切换6片十六路模拟开关，实现对75路感光通道模拟电压信号的分时选通输出。

10、作为优选的技术方案，所述信号缓冲隔离模块包含多路运放缓冲器，每一路被选通输出的模拟信号通道对应配置一路运放缓冲器，做电压跟随隔离。

11、作为优选的技术方案，还包括机械装配便携结构；该机械装配便携结构包含u型定位支架、一体化防护外壳以及type-c供电接口，所述u型定位支架用于将工装整体固定在站台门激光接收端。

12、一种轨道交通站台门多路红外激光落点多维校验方法，采用上述轨道交通站台门多路红外激光落点多维校验工装实现，包括以下步骤：

13、步骤s1：设备上电开机完成硬件初始化；

14、步骤s2：在无光环境下，采集多轮75路感光通道数据取平均值，得到并存储环境光基线；

15、步骤s3：主控运算传输模块通过三八译码器和十六路模拟开关按照设定周期分时选通75路感光通道，对通道信号进行采样，单通道执行双次采样消抖处理，得到原始光强信号；

16、步骤s4：对原始光强数据进行iir整数低通滤波平滑降噪；

17、步骤s5：设置光强检测阈值t，对滤波后光强数据做阈值二值化，统计光斑有效面积，然后以光强作为权重，计算光斑x、y方向加权质心坐标；

18、步骤s6：当同时满足质心坐标落在1.5~2.5区间、光斑有效面积≥9个感光点，则判定光路对准；否则，判定为光路偏移故障；

19、步骤s7：通过本地显示模块将光斑检测结果本地实时可视化输出；

20、步骤s8：通过蓝牙硬件单元将包含光斑质心、光斑面积、各通道光强的完整光斑数据向外分包传输；

21、步骤s9：无线交互终端模块接收数据完成光斑可视化展示、参数阈值调节、检测记录存储；

22、步骤s10：作业人员依据反馈的光斑量化结果在激光发射侧完成单人闭环光路校准，校准完成后存储带时间戳、地理位置戳的检测记录并导出校准报告。

23、作为优选的技术方案，所述步骤s3中设定周期为80ms，每秒输出12.5帧完整光斑数据。

24、作为优选的技术方案，所述步骤s5中光斑有效面积及加权质心坐标计算公式为：

25、光斑有效面积s=∑计数(i(x,y)＞t)

26、光斑x向加权质心cx=∑(x・i)/∑i；

27、光斑y向加权质心cy=∑(y・i)/∑i；

28、其中：x为光电阵列单元的x轴坐标，为感光点在5×5阵列水平方向的位置序号，取值0～4；y为光电阵列单元的y轴坐标，为感光点在5×5阵列竖直方向的位置序号，取值0～4；

29、i(x,y)为坐标(x,y)的感光单元扣除环境光基线之后的实际光强采样值；

30、t为光强检测阈值，可调范围：5~2000；

31、∑(x・i)为所有满足i(x,y)＞t的有效感光单元，各自x坐标与对应光强乘积的累加和；

32、∑(y・i)为所有满足i(x,y)＞t的有效感光单元，各自y坐标与对应光强乘积的累加和；

33、∑i为所有满足i(x,y)＞t的有效感光单元光强的累加总和。

34、作为优选的技术方案，步骤s6中光路对准判定公式为：

35、|cx-2|≤0.5、且|cy-2|≤0.5，s≥9。

36、作为优选的技术方案，所述步骤s7：采用黄蓝双色oled显示屏本地实时可视化输出，屏幕分区并同步展示三层激光光路的质心坐标、光斑面积以及对准/偏移故障状态。

37、本发明的优点是：

38、1、作业模式创新：本发明打破轨道交通站台门激光光路传统双人协同检修作业模式，实现单兵独立数字化校验作业；相比现有方案人力投入降低50%，减少轨行区作业人员数量，降低轨行区多人作业带来的安全风险，同时有效提升夜间天窗点作业的时间利用效率。

39、2、低成本多路采集硬件架构创新：采用1片三八译码器配合6片十六路模拟开关的通道扩展架构，并结合多路运放缓冲器，仅依托通用元器件完成75路感光通道的稳定同步采集，无需高价专用光学器件，工装整机制造成本控制在千元以内，大幅降低设备投入成本。

40、3、嵌入式检测算法创新：集成上电基线自校准、iir整数低通滤波、光斑加权质心运算以及双条件对准判定整套嵌入式算法体系，摆脱人眼目视判读的固有缺陷，消除人工主观判定带来的误差，将光路校准返工率降至零，实现全线统一的光路量化判定标准。

41、4、远距离无线数据可追溯创新：采用蓝牙通信方案，适配地铁隧道复杂电磁干扰环境；搭配无线交互终端模块（手机app终端）完成光斑热力图可视化展示，检测数据可完整存储归档，支持记录溯源与报告导出，满足轨道交通智慧运维的数据留存、故障复盘的管理需求。

42、5、便携轻量化机械结构创新：工装采用一体化手持整机结构，适配地铁站台、轨行区狭小作业空间；整机主要部件均为标准器件，无需定制非标零部件，便于批量生产，可快速复制推广到多条轨道交通线路开展光路校验作业。