一种针对固定距离处轨道入侵异物检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种针对固定距离处轨道入侵异物检测方法及系统。该方法包括：获取列车车速并根据车速设置安全距离；调节相机焦距，使相机聚焦在安全距离处；调节结构光产生器的焦距使结构光产生器输出的结构光聚焦在安全距离处，调节结构光出射的角度或方向使到达安全距离处的光线落入相机在安全距离处的视场区域内；采集相机输出图像，判断输出图像是否清晰，若输出图像清晰，认为安全距离处存在入侵异物；对列车驾驶员进行提示和/或制停列车。本发明专利技术结合了结构光技术和视觉技术，实现对列车运行的轨道前方固定距离处异物入侵的检测，当存在异物时，及时对列车驾驶员进行提示或者制停列车，对列车安全行驶具有重大社会和经济效益。

A Foreign Object Detection Method and System for Track Invasion at Fixed Distance

【技术实现步骤摘要】
一种针对固定距离处轨道入侵异物检测方法及系统
本专利技术属于铁路安全监测
，特别是涉及一种针对固定距离处轨道入侵异物检测方法及系统。
技术介绍
随着我国轨道交通的不断发展，列车运行速度越来越快，人们对列车安全行驶越来越看重。轨道沿线突发情况，如人员入侵、牲畜误入、落石、泥石流、边坡溜塌等成为影响行车安全的重大隐患。在各种气候(如：风、雨、雪、雾)条件下全天候不间断监控异物侵限，成为轨道交通行车安全的重要技术保障。另外高速运行的列车其动能和惯性力都很大，如有异物入侵路线，列车很难在短时间、短距离内制动停，再加上异物入侵发生时间具有突发性、无规律性和不可预测性等特点，对列车运行路线进行实时监测并及时报警是必要的。目前一些入侵检测方法是对于一些易发生土、石崩塌和物落等整治投资大、施工困难的地段，需要根据预测的塌方范围及落物轨迹、设置异物入侵监测装置，以便及时发现异物侵限事故，提前采取应对措施。例如基于防护网传感器技术、标杆位移监控技术、微波技术、智能图像分析技术及应力光纤光栅技术的解决方案，该方法虽然能避免一些事故，由于异物入侵的突发性、不可预测等特点，存在误报、漏报多等问题。因此一个异物入侵监测并及时报警对于保证列车高舒适、高安全、高速度是必不可少的。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种针对固定距离处轨道入侵异物检测方法及系统。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种针对固定距离处轨道入侵异物检测方法，包括：步骤S1，获取列车车速并根据所述车速设置安全距离，所述安全距离不小于列车在所述车速下制动到停止状态时向前滑行的距离；步骤S2，调节相机焦距，使相机聚焦在安全距离处；调节结构光产生器的焦距使所述结构光产生器输出的结构光聚焦在安全距离处，调节结构光出射的角度或方向使到达安全距离处的光线落入相机在安全距离处的视场区域内；步骤S3，采集相机输出图像，判断输出图像是否清晰，若输出图像清晰，认为安全距离处存在入侵异物，进入步骤S4；若输出图像不清晰，认为安全距离处不存在入侵异物，判断列车行程是否结束，若行程结束，异物检测结束，若行程未结束返回继续执行步骤S3；步骤S4，对列车驾驶员进行提示和/或制停列车。上述技术方案的有益效果为：结构光聚焦在安全距离处，使得轨道异物只有在安全距离处，结构光在异物上的投影是清晰的，远了近了都会模糊；调整相机的焦距，使只有安全距离处的物体才能够被清晰成像，物体远了或者近了，相机拍摄的图像都不清晰；将两个清晰条件结合，使得本方法可以应用于全天检测，不会受夜晚或白天光线强度的影响，通过判断相机输出图像是否清晰就能准确获得前方安全距离处是否存在异物的信息。安全距离确保了列车有足够的时间制动，提高了安全性。本专利技术结合了结构光技术和视觉技术，实现对列车运行的轨道前方固定距离处异物入侵的检测，当存在异物时，及时对列车驾驶员进行提示或者及时制停列车，对列车安全行驶具有重大社会和经济效益。在本专利技术的一种优选实施方式中，预设所述结构光的形状为十字或点阵或多条平行条纹或环形。上述技术方案的有益效果为：这些形状具有对称性，不同的局部具有相同的特征，比较容易判断局部纹理是否吻合。在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述步骤S3中，在判断输出图像清晰后，还需判断输出图像中结构光投影图像的纹理是否与预设的结构光形状吻合，若吻合，认为安全距离处存在入侵异物，进入步骤S4；若不吻合，认为安全距离处不存在入侵异物，判断列车行程是否结束，若行程结束，异物检测结束，若行程未结束返回继续执行步骤S3。上述技术方案的有益效果为：进一步地对输出图像中结构光投影图像的纹理进行判断，避免了其他干扰光线从朝向列车的方向入射到安全距离处在输出图像上成像引起的误判，增强了异物入侵检测的可靠性。在本专利技术的一种优选实施方式中，当输出图像中结构光投影图像的纹理与预设的结构光形状吻合时，还需对吻合区域的大小进行判断，具体为：设置第一比例阈值；获取吻合区域在输出图像中所占的比例；若所述比例大于等于第一比例阈值，认为安全距离处存在入侵异物，进入步骤S4；若所述比例小于第一比例阈值，认为安全距离处不存在入侵异物，判断列车行程是否结束，若行程结束，异物检测结束，若行程未结束返回继续执行步骤S3。上述技术方案的有益效果为：当异物体积较小且不影响列车安全性时不提示驾驶员或不制停列车，避免频繁冲突提示和制停。在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述步骤S3中，判断输出图像是否清晰的方法包括：步骤S31，将输出图像显示在驾驶舱内的显示器上；步骤S32，列车驾驶员观察显示图像是否清晰以及观察是否存在与结构光形状吻合的图形。上述技术方案的有益效果为：通过人眼观察直观形象，避免了复杂算法。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述安全距离Ds的计算公式为：Ds＝V*t反应+D刹车；其中，所述V为列车车速，t反应为列车驾驶员的反应时间，D刹车为列车在车速为V时刹车滑行的距离。上述技术方案的有益效果为：给出了安全距离的一种计算方式，这种方式考虑到了列车驾驶员的反应时间，更符合实际情况，提高了安全性。在本专利技术的一种优选实施方式中，对列车驾驶员进行提示的方法为语音提示、显示画面提示、灯光提示三者中的部分或它们的任意组合；和/或在所述相机拍照的同时进行交替补光操作。上述技术方案的有益效果为：多种提示方式结合，效果更好。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种轨道入侵异物检测系统，所述系统采用本专利技术所述的针对固定距离处轨道入侵异物检测方法进行入侵异物检测，包括安装在列车车头前端面的至少一个相机、至少一个结构光产生器，所述相机拍摄列车前方景象，所述结构光产生器向列车前方发射结构光；还包括处理器；所述处理器的图像输入端与相机的输出端连接，处理器的图像输出端与列车驾驶室的显示器的图像输入端连接。上述技术方案的有益效果为：结构光聚焦在安全距离处，使得轨道异物只有在安全距离处，结构光在异物上的投影是清晰的，远了近了都会模糊；调整相机的焦距，使只有安全距离处的物体才能够被清晰成像，物体远了或者近了，相机拍摄的图像都不清晰；将两个清晰条件结合，使得本方法可以应用于全天检测，不会受夜晚或白天光线强度的影响，通过判断相机输出图像是否清晰就能准确获得前方安全距离处是否存在异物的信息。安全距离确保了列车有足够的时间制动，提高了安全性。该系统结合了结构光技术和视觉技术，实现对列车运行的轨道前方固定距离处异物入侵的检测，当存在异物时，及时对列车驾驶员进行提示或者及时制停列车，对列车安全行驶具有重大社会和经济效益。在本专利技术的一种优选实施方式中，还包括提示装置，所述提示装置的输入端与处理器的信号输出端连接；所述提示装置包括蜂鸣器和/或警示灯；和/或还包括设置在列车车头前端面对相机拍摄进行交替补光的补光灯。在本专利技术的一种优选实施方式中，一个所述相机与至少一个所述结构光产生器构成一个组合对；当所述组合对为多个时，所述组合对分散布置在列车车头前端面上。上述技术方案的有益效果为：实现列车前方全方位检测，避免相机视场角有限导致的漏检，提高了异物入侵检测的可靠性。附图说明图1是本专利技术一具体实施方式中轨道入侵异物检测系统的实施示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对固定距离处轨道入侵异物检测方法，其特征在于，包括：步骤S1，获取列车车速并根据所述车速设置安全距离，所述安全距离不小于列车在所述车速下制动到停止状态时向前滑行的距离；步骤S2，调节相机焦距，使相机聚焦在安全距离处；调节结构光产生器的焦距使所述结构光产生器输出的结构光聚焦在安全距离处，调节结构光出射的角度或方向使到达安全距离处的光线落入相机在安全距离处的视场区域内；步骤S3，采集相机输出图像，判断输出图像是否清晰，若输出图像清晰，认为安全距离处存在入侵异物，进入步骤S4；若输出图像不清晰，认为安全距离处不存在入侵异物，判断列车行程是否结束，若行程结束，异物检测结束，若行程未结束返回继续执行步骤S3；步骤S4，对列车驾驶员进行提示和/或制停列车。

【技术特征摘要】
1.一种针对固定距离处轨道入侵异物检测方法，其特征在于，包括：步骤S1，获取列车车速并根据所述车速设置安全距离，所述安全距离不小于列车在所述车速下制动到停止状态时向前滑行的距离；步骤S2，调节相机焦距，使相机聚焦在安全距离处；调节结构光产生器的焦距使所述结构光产生器输出的结构光聚焦在安全距离处，调节结构光出射的角度或方向使到达安全距离处的光线落入相机在安全距离处的视场区域内；步骤S3，采集相机输出图像，判断输出图像是否清晰，若输出图像清晰，认为安全距离处存在入侵异物，进入步骤S4；若输出图像不清晰，认为安全距离处不存在入侵异物，判断列车行程是否结束，若行程结束，异物检测结束，若行程未结束返回继续执行步骤S3；步骤S4，对列车驾驶员进行提示和/或制停列车。2.如权利要求1所述的针对固定距离处轨道入侵异物检测方法，其特征在于，预设所述结构光的形状为十字或点阵或多条平行条纹或环形。3.如权利要求2所述的针对固定距离处轨道入侵异物检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在判断输出图像清晰后，还需判断输出图像中结构光投影图像的纹理是否与预设的结构光形状吻合，若吻合，认为安全距离处存在入侵异物，进入步骤S4；若不吻合，认为安全距离处不存在入侵异物，判断列车行程是否结束，若行程结束，异物检测结束，若行程未结束返回继续执行步骤S3。4.如权利要求3所述的针对固定距离处轨道入侵异物检测方法，其特征在于，当输出图像中结构光投影图像的纹理与预设的结构光形状吻合时，还需对吻合区域的大小进行判断，具体为：设置第一比例阈值；获取吻合区域在输出图像中所占的比例；若所述比例大于等于第一比例阈值，认为安全距离处存在入侵异物，进入步骤S4；若所述比例小于第一比例阈值，认为安全距离处不存在入侵异物，判断列车行程是...

【专利技术属性】
技术研发人员：任义，赵波，苏力，
申请(专利权)人：成都希格玛光电科技有限公司，杭州国翌科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51