本發(fā)明屬于激光測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鐵道線路障礙物自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別的裝置。

背景技術(shù)：

目前我國(guó)鐵路經(jīng)過“十二五”的大力建設(shè)，在2015年實(shí)現(xiàn)通車?yán)锍?2萬公里，高鐵運(yùn)營(yíng)里程超過1.9萬公里，為民眾的出行提供了極大的便利，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。運(yùn)營(yíng)安全是鐵路運(yùn)輸永恒的主題。為加強(qiáng)鐵路線路防護(hù)管理，確保鐵路行車安全和人身安全，減少路內(nèi)外人身傷亡事故，我國(guó)新建的各等級(jí)鐵路沿線均設(shè)置了防護(hù)柵欄、防護(hù)網(wǎng)作為鐵路周界進(jìn)行封閉。隧道口山體的落石等有害障礙物對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全是嚴(yán)重的危害，在沿線重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行安全管理手段，是保障鐵路行車安全的重要措施之一。

基于鐵路運(yùn)營(yíng)安全管理需求，有必要研究基于隧道監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合光傳感、電傳感等新技術(shù)和管控措施，開發(fā)出一套運(yùn)營(yíng)于鐵路隧道落石等有害障礙物報(bào)警系統(tǒng)，為鐵路提供全方位的安全防護(hù)，大幅度提升鐵路周界、重點(diǎn)區(qū)域的安防管理水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵道線路障礙物激光雷達(dá)自動(dòng)搜索人工智能監(jiān)測(cè)識(shí)別和報(bào)警的裝置以解決以上所述的至少一項(xiàng)技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鐵道線路障礙物自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別的裝置，包括：

激光測(cè)距機(jī)，用于沿鐵道線路上方一平面按設(shè)定角度范圍發(fā)出激光，進(jìn)行掃動(dòng)搜索；還用于接收返回的激光信號(hào)；

精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，與激光測(cè)距機(jī)固定，用于控制激光測(cè)距機(jī)按設(shè)定角度進(jìn)行掃動(dòng)；

障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，用于根據(jù)接收返回的激光信號(hào)和發(fā)出激光信號(hào)，自動(dòng)判斷鐵道線路上是否存在有害障礙物。

進(jìn)一步的，還包括報(bào)警器，用于當(dāng)自動(dòng)判斷存在有害障礙物時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)電性耦接至一步進(jìn)電機(jī)，以使所述掃動(dòng)搜索以等角度步進(jìn)式方法進(jìn)行。

進(jìn)一步的，所述步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為0.001分-10度。

進(jìn)一步的，所述障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，用于自動(dòng)判斷鐵道線路上是否存在有害障礙物具體包括：

根據(jù)返回的激光信號(hào)以及發(fā)出的激光信號(hào)計(jì)算獲得障礙物數(shù)據(jù)，確定障礙物的位置和水平方向尺寸；

對(duì)接收到返回的激光信號(hào)區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃動(dòng)搜索，如仍接收到返回的激光信號(hào)，則判斷存在有害障礙物。

進(jìn)一步的，所述障礙物數(shù)據(jù)包括障礙物的尺寸，與返回的激光信號(hào)裝置的距離以及方位角。

進(jìn)一步的，對(duì)接收到返回的激光信號(hào)區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃動(dòng)搜索，如未接收到返回的激光信號(hào)，則判斷不存在有害障礙物。

進(jìn)一步的，還包括：發(fā)射整形部件，用于對(duì)按設(shè)定角度范圍發(fā)出的激光進(jìn)行光束整形以形成準(zhǔn)直光束；接收整形部件，用于對(duì)接收返回的激光信號(hào)進(jìn)行光束整形形成準(zhǔn)直光束。

進(jìn)一步的，所述激光測(cè)距機(jī)用于以連續(xù)激光方式或者脈沖激光方式發(fā)出激光。

進(jìn)一步的，所述激光測(cè)距機(jī)掃動(dòng)搜索的周期為1ms-60min。

通過上述技術(shù)方案，可得知本發(fā)明裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明裝置可提供即時(shí)監(jiān)視和報(bào)警，沒有時(shí)間延遲；同時(shí)可提供視頻信號(hào)，供值班人員遠(yuǎn)距離對(duì)有害障礙物進(jìn)行觀察和判斷，以便對(duì)報(bào)警采取措施；

(2)本發(fā)明裝置具有人工智能的功能，具體通過障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件實(shí)現(xiàn)，只對(duì)可能對(duì)鐵路造成威脅的有害障礙物(例如尺寸大小超過一定要求的落石等有害障礙物)報(bào)警?？梢苑直嬗捎谙掠辏ハx，空中漂浮物(如樹葉，塑料袋等)，路過小動(dòng)物，以及過往車輛等物體，避免上述物體造成系統(tǒng)的誤報(bào)；

(3)本發(fā)明裝置使用步進(jìn)式掃動(dòng)搜索，形成高精度雷達(dá)系統(tǒng)，距離，方位的分辨率可達(dá)到厘米級(jí)；雷達(dá)搜索面可以覆蓋指定的鐵路線路，無盲區(qū)。探測(cè)距離遠(yuǎn)可達(dá)一百米；

(4)本發(fā)明裝置利用人眼安全的激光束非接觸的搜索方式來探測(cè)有害障礙物，不會(huì)對(duì)列車運(yùn)行或者線路維護(hù)人員造成傷害；

(5)本發(fā)明裝置能夠在濕熱，高溫或寒冷地域使用，可以全天候工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鐵道線路障礙物自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別的裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的鐵道線路障礙物自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別的裝置原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清晰明確，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，任何對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征進(jìn)行等價(jià)替換和常規(guī)推理得出的方案均落入本發(fā)明保護(hù)范圍。本發(fā)明包含并不限于以下的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的基本構(gòu)思，提供一種鐵道線路障礙物自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別的裝置，通過發(fā)射和接收激光，利用激光測(cè)距和激光攝像原理，可以對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)闖入的有害障礙物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地判別，并對(duì)告警目標(biāo)進(jìn)行定位。同時(shí)快速傳遞告警信息，便于相關(guān)人員觀察、及時(shí)判斷，采取應(yīng)急措施。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鐵道線路障礙物自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別的裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本實(shí)施例提供的鐵道線路障礙物自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別的裝置，可以包括：

激光測(cè)距機(jī)，用于沿鐵道線路上方一平面按設(shè)定角度范圍發(fā)出激光，進(jìn)行掃動(dòng)搜索；還用于接收返回的激光信號(hào)；

精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，與激光測(cè)距機(jī)固定，用于控制激光測(cè)距機(jī)按設(shè)定角度進(jìn)行掃動(dòng)；

障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，用于根據(jù)接收返回的激光信號(hào)和發(fā)出激光信號(hào)，自動(dòng)判斷鐵道線路上是否存在有害障礙物。

進(jìn)一步的，一些實(shí)施例中還可包括報(bào)警器，用于當(dāng)自動(dòng)判斷存在有害障礙物時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

上述的精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)電性耦接至一步進(jìn)電機(jī)，以使所述掃動(dòng)搜索以等角度步進(jìn)式方法進(jìn)行，所述步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為0.001分-10度。

激光測(cè)距機(jī)用于以連續(xù)激光方式或者脈沖激光方式發(fā)出激光。所述激光測(cè)距機(jī)掃動(dòng)搜索的周期為主要是根據(jù)時(shí)間來判斷，比如動(dòng)物和隨風(fēng)漂浮塑料袋是動(dòng)態(tài)的，會(huì)移動(dòng)。設(shè)定一具體時(shí)間段(比如說1ms到60min)，重復(fù)測(cè)量后，來判斷是不是該障礙物還在，再?zèng)Q定是否報(bào)警。

具體的，所述障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，用于自動(dòng)判斷鐵道線路上是否存在有害障礙物包括：根據(jù)返回的激光信號(hào)以及發(fā)出的激光信號(hào)計(jì)算獲得障礙物數(shù)據(jù)，確定障礙物的位置和水平方向尺寸；對(duì)接收到返回的激光信號(hào)區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃動(dòng)搜索，如仍接收到返回的激光信號(hào)，則判斷存在有害障礙物。

上述障礙物數(shù)據(jù)包括障礙物的尺寸，與返回的激光信號(hào)裝置的距離以及方位角。

對(duì)于激光測(cè)距機(jī)，可對(duì)接收到返回的激光信號(hào)區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃動(dòng)搜索，如未接收到返回的激光信號(hào)，則判斷不存在有害障礙物。

優(yōu)選的，上述裝置還可包括：發(fā)射整形部件，用于對(duì)按設(shè)定角度范圍發(fā)出的激光進(jìn)行光束整形以形成準(zhǔn)直光束；接收整形部件，用于對(duì)接收返回的激光信號(hào)進(jìn)行光束整形形成準(zhǔn)直光束。

上述裝置一種可選的進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別的步驟包括：

s100：沿鐵道線路上方一平面按設(shè)定角度范圍發(fā)出激光，進(jìn)行掃動(dòng)搜索；

s200：接收返回的激光信號(hào)，自動(dòng)判斷是否存在有害障礙物。

步驟s100中，沿鐵道線路上方一平面可以是與鐵道線路所在平面上方設(shè)定高度的平面，該設(shè)定高度優(yōu)選的為0.5-50cm，進(jìn)一步的優(yōu)選為1-10cm。當(dāng)然該平面盡可能與鐵道線路所在平面盡可能平行，兩者之間也可以存在一定的夾角，以掃動(dòng)搜索的激光能夠探測(cè)到待探測(cè)軌道上方待探測(cè)的區(qū)域?yàn)闇?zhǔn)。

對(duì)于設(shè)定角度，目的是實(shí)現(xiàn)跨軌道掃描，即從一側(cè)的軌道掃描至另一側(cè)軌道，也就是在整個(gè)軌道上方都可以實(shí)現(xiàn)掃動(dòng)搜索。該設(shè)定角度可以為0-360°，優(yōu)選的為180度。

對(duì)于上述掃動(dòng)搜索，可以按照連續(xù)激光方式發(fā)出或者脈沖激光方式發(fā)出，對(duì)設(shè)定的角度范圍內(nèi)進(jìn)行搜索。

其中，上述步驟s100可包括子步驟：

s101：打開一鐵道線路障礙物激光雷達(dá)自動(dòng)搜索開關(guān)，安置激光測(cè)距機(jī)的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)開始沿鐵道線路上方一平面在設(shè)定角度間循環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)激光搜索；

s102：激光搜索過程中，激光測(cè)距機(jī)發(fā)出激光，經(jīng)過光束整形部分，照射到可能出現(xiàn)的目標(biāo)障礙物上。

對(duì)于搜索的位置，可將激光雷達(dá)放置在鐵路的隧道口內(nèi)，面向隧道口外的鐵軌進(jìn)行激光搜索，激光雷達(dá)探測(cè)探在0-1000米，優(yōu)選的也可以為0-100米；也可根據(jù)需要從隧道口外部激光搜索隧道出口的一段距離的軌道。

上述激光雷達(dá)可以人眼安全的近紅外激光(波長(zhǎng)780-2526nm)為光源，不會(huì)對(duì)列車運(yùn)行或者線路維護(hù)人員造成傷害。

在轉(zhuǎn)動(dòng)搜索時(shí)，可以等角度步進(jìn)式方法進(jìn)行；可以選擇步進(jìn)的角度為0.001分-10度。該步進(jìn)式搜索可以提高激光雷達(dá)的精度，提高后期接收到的反射的激光信號(hào)的分辨率，可達(dá)到厘米級(jí)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)具有高精度、高穩(wěn)定性以及長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，可以長(zhǎng)時(shí)間使搭載在其上的激光測(cè)距機(jī)平穩(wěn)精確的在某個(gè)角度范圍、某個(gè)高度的水平面之上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的有間斷，或者無間斷的搜索和監(jiān)測(cè)。

步驟s102中，可通過發(fā)射整形部分對(duì)激光光束進(jìn)行整形，使其發(fā)射出貼近軌道平面的準(zhǔn)直光束作為探測(cè)光，其中準(zhǔn)直激光對(duì)監(jiān)視區(qū)域的視場(chǎng)角內(nèi)進(jìn)行機(jī)械掃動(dòng)搜索，監(jiān)視進(jìn)入監(jiān)視范圍的外來物體。

步進(jìn)式搜索時(shí)通過上述高精度轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，高精度轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置于激光測(cè)距機(jī)下部，激光測(cè)距機(jī)發(fā)出激光后如遇到障礙物則反射回激光信號(hào)，被其接收；然后再步進(jìn)至下一角度，測(cè)量下一角度位置是否存能檢測(cè)到反射的信號(hào)。

其中，上述步驟s200可包括子步驟：

s201：返回的激光信號(hào)經(jīng)過接收整形部分返回到激光測(cè)距機(jī)接收器；

s202：全范圍背景激光搜索并完善；

s203：即通過測(cè)量該有害障礙物與測(cè)距機(jī)的距離和角度來確定該有害障礙物的位置以及水平方向的尺寸，確定障礙物位置；

s204：重復(fù)進(jìn)行掃動(dòng)搜索；

s205：若障礙物仍存在原始位置，則判斷為有害障礙物，發(fā)出警報(bào)；若此障礙物已不在原始位置，則繼續(xù)監(jiān)測(cè)過程，返回步驟s101。

上述有害障礙物出現(xiàn)時(shí)間可以根據(jù)具體要求進(jìn)行設(shè)定，比如1ms-60min，進(jìn)一步優(yōu)選的1-10s。出現(xiàn)在鐵道線路上且具有一定體積大小(比如識(shí)別報(bào)警的障礙物的尺寸可根據(jù)要求設(shè)定，可設(shè)定長(zhǎng)寬高范圍為0.5cm到50cm，目前設(shè)定是長(zhǎng)寬高均為5cm)的物體。

步驟s201中，接收返回的激光信號(hào)時(shí)也進(jìn)行光束整形形成準(zhǔn)直光束，通過形成準(zhǔn)直光束以提高探測(cè)的精度。

s202：全范圍背景激光搜索為預(yù)掃描，即提前了解下線路的情況，這樣可以排除預(yù)警線路上的電線桿等正常物件，避免誤報(bào)為障礙物。

步驟s203通過障礙物判斷電路實(shí)現(xiàn)，障礙物判斷電路可通過距離選通方法或者預(yù)算設(shè)定的智能判斷算法判斷出障礙物。

步驟s205中，當(dāng)自動(dòng)判斷存在有害障礙物時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。即可包括一報(bào)警器，該報(bào)警器包含聲、光、點(diǎn)的報(bào)警信號(hào)。當(dāng)激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)預(yù)警的判據(jù)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。通知值班人員進(jìn)一步通過視頻對(duì)報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)做出判斷，人工確認(rèn)闖入物體的性質(zhì)，采取必要的措施。該步驟可以通過運(yùn)算處理部件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算處理部件可以為單片機(jī)、電腦及有一定邏輯判斷功能的集成芯片。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的鐵道線路障礙物自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別的裝置原理示意圖。如圖2所示，可沿著鐵道線路203的一側(cè)設(shè)置有發(fā)射和探測(cè)激光一體化的激光測(cè)距機(jī)201，激光測(cè)距機(jī)沿著鐵道線路上方一平面206以設(shè)定角度d發(fā)出激光202進(jìn)行掃動(dòng)搜索。

當(dāng)有外部的有障礙物204闖入所指定的軌道范圍，首先對(duì)接收到的激光反射信號(hào)進(jìn)行接收整形，然后把整形后的信號(hào)提供給障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，通過根據(jù)測(cè)量所得到的有害障礙物距離測(cè)距機(jī)的距離以及角度關(guān)系進(jìn)而判斷出有害障礙物的大致位置以及水平長(zhǎng)度，以及障礙物停留的時(shí)間，決定是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)預(yù)警的判據(jù)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)之后，同時(shí)自動(dòng)打開激光高分辨監(jiān)視器，并通知值班人員進(jìn)一步通過視頻對(duì)報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)做出判斷，人工確認(rèn)闖入物體的性質(zhì)，采取必要的措施。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。