一種對鐵路障礙進(jìn)行自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種報警系統(tǒng)，尤其涉及一種對鐵路障礙進(jìn)行自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路運(yùn)輸在國民經(jīng)濟(jì)中的地位舉足輕重，鐵路安全是關(guān)系國計民生的大事。隨著我國高速鐵路的不斷延伸，逐漸布網(wǎng)到地質(zhì)狀況復(fù)雜，地形起伏大的地理區(qū)域。這些區(qū)域容易造成諸多平原地段不曾遇到的鐵路安全隱患。其中包括鐵路沿線的滑坡、溜坡、泥石流、落石、以及其他危害鐵路安全的異物侵襲。目前還沒有一種較為有效的措施對這些地質(zhì)狀況復(fù)雜地段的鐵路安全進(jìn)行準(zhǔn)確有效的監(jiān)測。目前使用較多的是被動式雙電網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)。這種技術(shù)是在較容易發(fā)生山體滑坡地段架設(shè)金屬防護(hù)網(wǎng)。防護(hù)網(wǎng)上面敷設(shè)有絕緣導(dǎo)線，當(dāng)發(fā)生山體滑坡時，會有石塊或大面積泥土滑落到防護(hù)網(wǎng)上，若落物重量過重則會切斷導(dǎo)線產(chǎn)生報警信息。雖然這種技術(shù)的誤報率比較低，只要有橫截面大于防護(hù)網(wǎng)的口的落石，在切斷絕緣導(dǎo)線之后均會產(chǎn)生報警信號。但是這種雙電網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)對現(xiàn)場的實時狀況的監(jiān)測能力較低，是屬于被動式的防護(hù)系統(tǒng)。另外對鐵路本身狀況不能進(jìn)行主動式的監(jiān)測，不能夠獲取鐵路安全的直接信息。另外，對于滑坡落石等在防護(hù)網(wǎng)上的積累情況無法通過監(jiān)測信息上傳。電網(wǎng)不具備重復(fù)使用的功能，被壓斷后，需要重新更換維護(hù)，工程量較大，投入人力成本高。金屬網(wǎng)自身也存在一定的安全隱患，若損壞后不及時更換則可能會對鐵路行車安全造成危害。
[0003]目前有試點使用的是主動式二維激光掃描雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是利用激光雷達(dá)利用準(zhǔn)直的激光束對高出鐵軌的數(shù)毫米的距離位置進(jìn)行水平掃描。通過激光雷達(dá)的測距信息判斷是否存在鐵路的安全距離之內(nèi)存在高出鐵軌的異物侵襲。若發(fā)現(xiàn)有危險狀況則發(fā)出報警信息通知控制中心，控制中心調(diào)用激光雷達(dá)旁邊安裝的可將光攝像裝置對鐵路安全進(jìn)行審查合適。這種二維激光掃描雷達(dá)技術(shù)雖然實現(xiàn)了現(xiàn)場主動式安全監(jiān)測，但是由于其只能夠?qū)崿F(xiàn)一維掃描二維成像，不能夠獲取鐵路中間和兩側(cè)安全范圍之內(nèi)的立體空間狀況，容易產(chǎn)生誤判和錯判。環(huán)境干擾大，比如生長的草叢會對系統(tǒng)的判斷造成干擾，對移動物體不能夠準(zhǔn)確的判斷。圖像識別和判斷依靠可見光的攝像機(jī)，受環(huán)境影響大，不能夠全天時、全天候的工作。并且攝像機(jī)獲取的圖像不能夠準(zhǔn)確推算出異物的立體空間方位信息，綜合來說，這種以二維激光掃描雷達(dá)系統(tǒng)不能夠?qū)﹁F路安全進(jìn)行準(zhǔn)確有效的監(jiān)測。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有鐵路安全監(jiān)測技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供了一種可有效提高監(jiān)測的可靠性及有效性，并可實現(xiàn)對目標(biāo)物進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，使報警響應(yīng)速度更快、更及時，并能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行遙控的對鐵路障礙進(jìn)行自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種對鐵路障礙進(jìn)行自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)，其特征在于:所述對鐵路障礙進(jìn)行自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)包括開關(guān)電源、二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺、控制計算機(jī)以及光電報警器；所述二維激光掃描雷達(dá)固定在旋轉(zhuǎn)云臺并隨旋轉(zhuǎn)云臺同步轉(zhuǎn)動；所述控制計算機(jī)分別與二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺以及光電報警器相連；所述開關(guān)電源分別與二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺、控制計算機(jī)以及光電報警器相連。
[0007]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的旋轉(zhuǎn)云臺是可進(jìn)行俯仰角度轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)云臺。
[0008]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的旋轉(zhuǎn)云臺的俯仰角度的量程是90度。
[0009]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的旋轉(zhuǎn)云臺的轉(zhuǎn)動角度以及二維激光掃描雷達(dá)的轉(zhuǎn)動角度的角度分辨率是0.1度。
[0010]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的二維激光掃描雷達(dá)的有效量程是50m。
[0011]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的二維激光掃描雷達(dá)的測距分辨率是5cm。
[0012]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的控制計算機(jī)包括電源板、DSP、FPGA、存儲器SDRAM以及FLASH ;所述電源板、存儲器SDRAM以及FLASH分別通過DSP接入FPGA ;所述FPGA分別與二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺以及光電報警器相連；所述開關(guān)電源接入電源板。
[0013]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的FPGA通過光耦與光電報警器相連。
[0014]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的光電報警器是光耦光電式報警器。
[0015]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的對鐵路障礙進(jìn)行自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)還包括無線傳輸服務(wù)器、有線傳輸服務(wù)器以及監(jiān)控中心；所述控制計算機(jī)依次通過無線傳輸服務(wù)器以及有線傳輸服務(wù)器將檢測信號傳遞至監(jiān)控中心。
[0016]本實用新型的優(yōu)點是:
[0017]本實用新型提供了一種用于鐵路障礙自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括開關(guān)電源、二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺、控制計算機(jī)以及光電報警器；二維激光掃描雷達(dá)固定在旋轉(zhuǎn)云臺并隨旋轉(zhuǎn)云臺同步轉(zhuǎn)動；控制計算機(jī)分別與二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺以及光電報警器相連；開關(guān)電源分別與二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺、控制計算機(jī)以及光電報警器相連。二維激光掃描雷達(dá)固定在具備俯仰旋轉(zhuǎn)功能的旋轉(zhuǎn)云臺上；控制計算機(jī)控制二維激光掃描雷達(dá)的測距與云臺的旋轉(zhuǎn)和俯仰，并根據(jù)雷達(dá)的測距與云臺的空間角度信息計算出待測目標(biāo)的空間大小為位置信息；對目標(biāo)的三維圖像進(jìn)行處理提取目標(biāo)的特征信息，對比分析判斷是否有異物侵入鐵路中間以及是否會危害鐵路和影響列車行駛安全；通過系統(tǒng)綜合處理分析之后，若發(fā)現(xiàn)有危險狀況則可以通過直接聲音報警和閃光燈報警的方式告知鐵路監(jiān)測點，也可以通過信號電纜光纖將危險信號傳輸?shù)娇刂浦行模槐O(jiān)控中心也可以利用信號電纜光纖將實時的圖像數(shù)據(jù)調(diào)出遠(yuǎn)程判斷分析鐵路現(xiàn)場狀況。本實用新型利用激光雷達(dá)對待測區(qū)域進(jìn)行三維掃描成像，直接獲取三維的圖像效果，并能夠直接顯示特征物體相對于鐵軌的空間位置信息，虛警率低，報警準(zhǔn)確，具備較高的可靠性，滿足鐵路行業(yè)的高可靠性要求。第二，本實用新型對待測區(qū)域進(jìn)行逐幀的掃描成像，對比每幀之間的圖像之間的信息變化即可獲得移動目標(biāo)的移動方位和速度，提高了目標(biāo)判定的準(zhǔn)確性，為鐵路障礙的即時判定和排查提供準(zhǔn)確的信息，能夠?qū)δ繕?biāo)物進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。第三，本實用新型安裝靈活，受地形環(huán)境的影響小，能夠方便的在多種地形環(huán)境中安裝使用。激光雷達(dá)能夠有效的監(jiān)測距離達(dá)到50m，方位角能夠達(dá)到180度，俯仰角達(dá)到90度，所以能夠?qū)Υ蠓秶M(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。在距離50m的范圍能夠?qū)崿F(xiàn)1cm物體的有效探測，在較近的距離范圍能夠探測更小(<5cm)的目標(biāo)單位。對于高出鐵路1cm尺度的物體能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測出。激光雷達(dá)利用近紅外激光作為探測光源，這種激光收到環(huán)境的影響小，高效的測距算法能夠降低云霧雨雪環(huán)境造成的影響，所以這種技術(shù)能夠全天候、全天時的工作的復(fù)雜氣候環(huán)境下，致使監(jiān)測技術(shù)能夠靈活運(yùn)用。第四，本實用新型在發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)之后，產(chǎn)生報警信號，控制中心獲取報警信號之可將激光雷達(dá)所采集的三維數(shù)據(jù)上傳到控制中心，監(jiān)控人員可以實時操作激光雷達(dá)對目標(biāo)進(jìn)行重點監(jiān)測，確認(rèn)產(chǎn)生報警信號的原因并判斷是否需要派遣工作人員到現(xiàn)場排除障礙。這種實時性的監(jiān)測能夠提前遠(yuǎn)程判斷現(xiàn)場的狀況，大大減少了人力成本。另夕卜，雷達(dá)監(jiān)測裝置可以安裝在具備機(jī)械保護(hù)的外框中，因此系統(tǒng)不易損壞，可以重復(fù)使用，降低維護(hù)成本。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型所提供的報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2是本實用新型所采用的二維激光掃描雷達(dá)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖3是本實用新型所采用的控制計算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖4是本實用新型所提供的報警系統(tǒng)的運(yùn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作詳細(xì)說明:
[0023]參見圖1，本實用新型提供了一種對鐵路障礙進(jìn)行自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)，對鐵路障礙進(jìn)行自動監(jiān)測的三維激光雷達(dá)報警系統(tǒng)包括開關(guān)電源、二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺、控制計算機(jī)以及光電報警器；二維激光掃描雷達(dá)固定在旋轉(zhuǎn)云臺并隨旋轉(zhuǎn)云臺同步轉(zhuǎn)動；控制計算機(jī)分別與二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺以及光電報警器相連；開關(guān)電源分別與二維激光掃描雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)云臺、控制計算機(jī)以及光電報警器相連。二維激光掃描雷達(dá)與云臺的旋轉(zhuǎn)協(xié)同工作，并實時記錄測試目標(biāo)距離雷達(dá)的距離、方位角、俯仰角。
[0024]二維激光掃描雷達(dá)安裝于掃描旋轉(zhuǎn)云臺上方，二維激光掃描雷達(dá)可以實現(xiàn)180度的單個平面的掃描測距，旋轉(zhuǎn)云臺能夠?qū)崿F(xiàn)90度范圍的俯仰角度掃描。在系統(tǒng)的初始化后，二維激光掃描雷達(dá)在完成180度的掃描之后。旋轉(zhuǎn)云臺自動獲得控制中心的計時信號控制旋轉(zhuǎn)云臺移動一個步進(jìn)距離，