铁路限界异物侵入检测方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种铁路限界异物侵入检测方法、装置及系统，该方法包括：获取设定铁路限界范围的多帧激光点数据；对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，获得每帧激光点数据中多个激光点簇，基于所述多个激光点簇，过滤掉每帧激光点数据中的干扰激光点；提取过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓；基于过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓和该帧激光点数据的相邻帧激光点数据中对应激光点簇，判定该激光点簇是否侵入铁路限界范围。本发明专利技术可以对铁路限界异物侵入进行检测，虚警率低，准确性高，效率高。

【技术实现步骤摘要】
铁路限界异物侵入检测方法、装置及系统
本专利技术涉及轨道交通安全
，尤其涉及一种铁路限界异物侵入检测方法、装置及系统。
技术介绍
为了保障铁路运输的安全性，防止列车运行时与铁路沿线建筑物和设备发生撞击/刮蹭事故，铁路管理部门针对铁路沿线建筑物、设备和列车车辆都制定了标准的轮廓尺寸线，称为铁路限界(RailwayClearances)。铁路限界包括列车车辆限界和建筑接近限界，前者规定了列车车体及其装载货物的横断面最大尺寸，后者规定了保证列车安全通行所需要的空间横断面的最小尺寸，铁路沿线建筑物和设备都不允许侵入此限界范围内。近年来，新建铁路线路和改造既有铁路线路的里程不断增多，对铁路运输安全提出了巨大的挑战。在新建和改造铁路线路的过程中，铁路场站、站台、雨棚、隧道、桥梁的修建与改造都有可能出现不符合“标准轨距铁路限界规范”的情况，铁路沿线设备也有可能侵入到限界范围内，容易导致列车运行时发生撞击/刮蹭事故，影响铁路的整体运营秩序，造成巨大的经济和人员损失。因此，铁路限界异物侵入检测系统需要高效、准确地检测出异物的位置和尺寸，以确保列车在行驶时有足够的行驶空间，保障列车的安全运行。目前，铁路限界异物入侵检测方法主要有横断面法、轨迹法、综合断面法和断面摄像法。横断面法需要先人工选定施测横断面位置，采用净空检查尺或净空检查架进行测量，逐位置测出桥隧的净空轮廓，然后进行铁路限界异物侵入的检测分析。轨迹法是通过安装在车体上的测量触手，获取其外端点的运动轨迹得到车体各方位的净空、净宽变化曲线。综合断面法是一种定高测宽方法，通过安装在平车上的开屏式检查架的外围测量触手与桥隧部位接触，得到各测量触手位置的数据。然而，以上方法在检测过程中均需要大量的人工干预操作，检测效率低、测量精度不足、工作量大、可靠性差，已无法满足当前铁路限界异物侵入检测任务的需求。断面摄像法是一种自动化程度较高的方法，该方法通过线型激光器在被测建筑物表面投射激光光带，然后通过安装在车体上的摄像机拍摄该激光光带，得到建筑物的轮廓线，最后，使用图像处理方法计算出被测建筑物的实际位置和尺寸。该方法的操作简单、检测效率高，但对光照变化较为敏感，仅适用于隧道限界的检测，对隧道以外的建筑限界检测可靠性较低。随着车载激光扫描设备的快速发展，基于车载激光雷达的测量方法成为当前铁路限界异物侵入检测任务的主要方式。该方法通过一台或多台激光雷达连续不断的向铁路沿线建筑物表面投射激光点，然后，根据激光点的距离、反射率和角度分辨率等信息计算出该激光点的二维直角坐标，进而得到建筑物轮廓，最后，计算每个激光点与铁路限界标准点的偏移值识别铁路限界异物侵入检测。该方法具有高效、准确、可靠等特点，并且对光照条件的变化不敏感，能够在复杂环境下使用。然而，基于车载激光雷达的铁路限界异物入侵检测系统在实际检测时仍存在以下问题：激光雷达投射的激光点数据存在诸多的干扰点，其原因可能与检测现场的环境有关(如道床积水、隧道壁渗水、轨面波磨、飞虫等)，无法准确地测试量化。干扰点的位置分布没有规律，其反射率、角度分辨率等特征与正常激光点没有区别，导致检测结果中虚警率较高，产生很多异物侵入的误报。实际检测时，需要对大量的异物侵入断面图像进行人工复核，影响了检测效率和准确性
技术实现思路
本专利技术实施例提出一种铁路限界异物侵入检测方法，用以对铁路限界异物侵入进行检测，虚警率低，准确性高，效率高，该方法包括：获取设定铁路限界范围的多帧激光点数据；对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，获得每帧激光点数据中多个激光点簇，基于所述多个激光点簇，过滤掉每帧激光点数据中的干扰激光点；提取过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓；基于过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓和该帧激光点数据的相邻帧激光点数据中对应激光点簇，判定该激光点簇是否侵入铁路限界范围。本专利技术实施例提出一种铁路限界异物侵入检测装置，用以对铁路限界异物侵入进行检测，虚警率低，准确性高，效率高，该装置包括：数据获得模块，用于获取设定铁路限界范围的多帧激光点数据；聚类模块，用于对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，获得每帧激光点数据中多个激光点簇，基于所述多个激光点簇，过滤掉每帧激光点数据中的干扰激光点；轮廓提取模块，用于提取过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓；检测模块，用于基于过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓和该帧激光点数据的相邻帧激光点数据中对应激光点簇，判定该激光点簇是否侵入铁路限界范围。本专利技术实施例提出一种铁路限界异物侵入检测系统，用以对铁路限界异物侵入进行检测，虚警率低，准确性高，效率高，该系统包括：数据采集装置和上述铁路限界异物侵入检测装置，其中，数据采集装置安装于运行于铁路上的检测列车的车头位置，用于获取设定铁路限界范围的多帧激光点数据，并传输至铁路限界异物侵入检测装置。本专利技术实施例还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述铁路限界异物侵入检测方法。本专利技术实施例还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述铁路限界异物侵入检测方法的计算机程序。在本专利技术实施例中，获取设定铁路限界范围的多帧激光点数据；对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，获得每帧激光点数据中多个激光点簇，基于所述多个激光点簇，过滤掉每帧激光点数据中的干扰激光点；提取过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓；基于过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓和该帧激光点数据的相邻帧激光点数据中对应激光点簇，判定该激光点簇是否侵入铁路限界范围。在上述过程中，能够有效地滤除每帧激光点数据中的干扰激光点，降低虚警率，且判定该激光点簇是否侵入铁路限界范围时，考虑了每个激光点簇的轮廓和该帧激光点数据的相邻帧激光点数据中对应激光点簇，最后检测的准确性高，且上述检测过程不需要对大量的异物侵入断面图像进行人工复核，检测效率高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本专利技术实施例中铁路限界异物侵入检测方法的流程图；图2为本专利技术实施例铁路限界异物侵入检测方法的详细流程图；图3为本专利技术实施例中铁路限界异物侵入检测装置的示意图；图4为本专利技术实施例中铁路限界异物侵入检测系统的示意图；图5为本专利技术实施例中铁路沿线建筑物和设备的二维断面轮廓的示意图；图6为本专利技术实施例中图5对应的铁路沿线建筑物和设备的三维轮廓的示意图；图7为本专利技术实施例中聚类结果示意图；图8为提取的激光点簇轮廓图；图9为在无干扰激光点时现有方法的断面检测结果示意图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁路限界异物侵入检测方法，其特征在于，包括：/n获取设定铁路限界范围的多帧激光点数据；/n对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，获得每帧激光点数据中多个激光点簇，基于所述多个激光点簇，过滤掉每帧激光点数据中的干扰激光点；/n提取过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓；/n基于过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓和该帧激光点数据的相邻帧激光点数据中对应激光点簇，判定该激光点簇是否侵入铁路限界范围。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁路限界异物侵入检测方法，其特征在于，包括：
获取设定铁路限界范围的多帧激光点数据；
对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，获得每帧激光点数据中多个激光点簇，基于所述多个激光点簇，过滤掉每帧激光点数据中的干扰激光点；
提取过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓；
基于过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓和该帧激光点数据的相邻帧激光点数据中对应激光点簇，判定该激光点簇是否侵入铁路限界范围。


2.如权利要求1所述的铁路限界异物侵入检测方法，其特征在于，在获取车载激光雷达输出的多帧激光点数据之后，还包括：
计算每帧激光点数据中每个激光点的二维直角坐标值。


3.如权利要求2所述的铁路限界异物侵入检测方法，其特征在于，对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，获得每帧激光点数据中多个激光点簇，基于所述多个激光点簇，过滤掉每帧激光点数据中的干扰激光点，包括：
根据每帧激光点数据中每个激光点的二维直角坐标值，对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，获得每帧激光点数据中多个激光点簇，基于所述多个激光点簇，过滤掉每帧激光点数据中的干扰激光点。


4.如权利要求3所述的铁路限界异物侵入检测方法，其特征在于，根据每帧激光点数据中每个激光点的二维直角坐标，对每帧激光点数据中多个激光点进行聚类，包括：
根据每帧激光点数据中每个激光点的二维直角坐标，利用基于密度的聚类算法每帧激光点数据中多个激光点进行聚类。


5.如权利要求1所述的铁路限界异物侵入检测方法，其特征在于，提取过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓，包括：
对于过滤后的每帧激光点数据中任意每个激光点簇内的两个激光点，获取过所述两个激光点的设定半径的圆；
若所述设定半径的圆无其它激光点，确定所述两个激光点为边界点，所述两个激光点的连线为每个激光点簇内的轮廓的边界线；
重复执行以上步骤，直至获得过滤后的每帧激光点数据中每个激光点簇的轮廓的所有边界线。


6.如权利要求2所述的铁路限界异物侵入检测方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鑫欣，孙淑杰，杜馨瑜，王凡，程雨，刘俊博，谭松，吴奇永，王昊，王胜春，王宁，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所，北京铁科英迈技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11