高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示系统的制作方法

本发明属于高速铁路安全信息监控与识别技术领域，尤其涉及一种高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示装置与方法。

背景技术：

铁路运输与公路等其他运输方式相比具有运量大，运行安全等优势。近些年来我国经济的快速发展以及科技水平的不断提高，为全面进行高速铁路的建设奠定了基础。据中国铁路总公司统计，截止2015年底，我国高速铁路营业里程达1.8万多公里。随着“十三五”规划的进一步落实，高速铁路的里程将会继续增长，因此需要高度重视高速铁路的安全问题，尤其是轨道环境带来的安全问题。

目前，国内已经有关于铁路异物侵入的监测专利，其中实用新型居多。存在较少的发明专利，但都是从电路的角度进行检测。为了提高高速铁路异物侵限识别及警示的有效性，可以采集双重信息，进行二次识别，计算异物的大小，在异物侵限警示的前提下，能够更有效的采取异物清理措施。

技术实现要素：

发明目的：针本发明提供了一种高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示系统，本发明基于77ghz雷达传感器，面阵ccd传感器分别实现对异物电磁反射波波长α，异物图像信息数据的采集，通过分析实现对高速铁路异物侵限的识别及警示。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示系统，包括雷达信息采集模块、图像信息采集模块、存储模块、控制模块、识别模块、通讯模块和显示模块，其中：

所述雷达信息采集模块，用于对侵入铁路轨道安全限制范围的异物进行监测，将检测得到信号存储在存储模块；

所述图像信息采集模块，用于对初步识别有异物侵限的铁轨路段进行图像信息采集，以进一步进行异物识别，并将采集的图像信息记录在存储模块中；

所述控制模块，用于控制雷达信息采集模块、图像信息采集模块、存储模块、识别模块、通讯模块以及显示模块的功能实现；

所述识别模块，对雷达采集信息进行初步异物识别，若初步判断有异物，则由控制模块控制启动图像信息采集模块采集图像信息，根据图像信息对异物进行再识别，最终判断是否为异物侵限；若是异物侵限，在控制模块的控制下将识别信息发送到显示模块、通讯模块；

所述通讯模块，在控制模块的控制下通过无线或有线方式将识别信息向远端的铁路控制中心发送。

作为优选，所述通讯模块采用gprs/cdma接口以短信的形式传输编码信息、短信信息。

进一步的，所述雷达信息采集模块采用77ghz雷达传感器，并设于铁路轨道两侧，且高度低于轨道。

进一步的，所述图像信息采集模块采用面阵ccd传感器，并设于铁路轨道两侧，且高度低于轨道。

进一步的，所述显示模块包括警示灯，所述警示灯置于轨道外侧安全界限边缘处，高度与铁路行驶指示灯保持一致。

进一步的，所述识别模块进行异物识别的过程包括以下步骤：

步骤s01：获取雷达信息采集模块采集的电磁反射波波长α，记录到存储模块中；

步骤s02：控制模块将当前时刻的电磁反射波波长α从存储模块中提取到识别模块；

步骤s03：对步骤s02识别模块中的电磁反射波波长α进行ad转换，并与界定的标准波长α⁽⁰⁾进行比较；

步骤s04：如果α与α⁽⁰⁾的比较值没有超出误差允许范围，则返回步骤s02，如果α与α⁽⁰⁾的比较值超出误差允许范围，则进入步骤s05；

步骤s05：获取图像信息采集模块中面阵ccd传感器的图像数据，记录到存储模块中；

步骤s06：控制模块将步骤s05存储模块中面阵ccd传感器的图像数据提取到识别模块；

步骤s07：对面阵ccd传感器的图像数据进行ad转换，提取图像边缘特征值，以实际单位尺寸为s0，读出单位尺寸为d0的网格作为标准，得到图像在标准网络中横轴、纵轴的像素元数分别为nx，ny，计算异物的实际尺寸为

步骤s08：控制模块启动警示指令，开启显示模块中的警示灯；

步骤s09：接通无线通讯模块接口；

步骤s10：将异物侵限信息通过gprs/cdma接口或无线发射子模块发送；

步骤s11：检测异物侵限信息是否发送成功：如果是，则进入步骤s12，如果否，则进入步骤s09，重新启动通讯模块发送信息。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)双重信息，二次识别。本发明设定了两个信息采集模块，雷达信息采集模块用于初步采集电磁反射波波长，初步判断是否有异物侵限；初步判断有异物侵限后，还要采集图像信息计算异物尺寸，进行异物再判断。

(2)节省储存空间。本发明在进行双重信息采集二次识别时，雷达信息采集模块一直处于工作状态，但是图像信息采集模块则是在一次识别异物后才开启，因此能够节省图像采集的空间。

(3)现场警示，实时通讯。本发明在确定高速铁路异物侵限之后，显示模块的警示灯亮，向沿线轨道检修人员或高铁驾驶员预警，同时由通讯模块向控制终端提供信息，由控制终端的管理人员判断如何实行紧急措施。

附图说明

图1为本发明所述高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示系统的原理框图；

图2为本发明所述高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示系统识别异物的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1所示为本发明一个实施例中高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示装置的结构原理图，其中，一种高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示装置，包括雷达信息采集模块1、图像信息采集模块2、存储模块3、控制模块4、识别模块5、通讯模块6以及显示模块7，控制模块4分别与雷达信息采集模块1、图像信息采集模块2、存储模块3、识别模块5、通讯模块6以及显示模块7连接，控制模块4作为核心模块用于控制上述模块的功能实现。

如图1所示，控制模块4作为识别及警示装置的核心模块，一方面用以控制和连接雷达信息采集模块1、图像信息采集模块2、存储模块3、识别模块5、通讯模块6以及显示模块7，另一方面用以和外界计算机等其它设备连接，以实现装置和其它设备之间的通信。

雷达信息采集模块1用以监测装置100所处位置安全限制范围内的异物，雷达信息采集模块1在控制模块4的控制下工作，并将监测信息记录在存储模块3中；

作为优选的实施方式，所述雷达信息采集模块1包括77ghz雷达传感器，倾斜置于轨道外侧道渣边缘处，并稍低于轨道高度，用于识别高速铁路轨道限制安全范围内是否有异物。

图像信息采集模块2用以采集初步识别有异物侵限地段的图像信息，以便于进行异物再识别，图像信息采集模块2在控制模块4的控制下工作，并将图像信息记录在存储模块3中；

作为优选的实施方式，所述图像信息采集模块2包括面阵ccd传感器，与77ghz雷达传感器平行共同置于轨道外侧道渣边缘处，并稍低于轨道高度，用于拍摄异物图像。

存储模块3用以储存前述激光雷达信息和图像信息，并可在控制模块4的控制下由识别模块5进行调用；

识别模块5用以对前述采集得到的激光雷达信息和图像信息进行识别，并输出异物侵限信息。根据激光雷达信息初步识别是否有异物侵限，若初步判断有异物，则由控制模块4控制启动图像信息采集模块2采集图像信息，根据图像信息对异物进行再识别，最终判断是否为异物侵限；若是异物侵限，可在控制模块4的控制下将识别信息发送到显示模块7、通讯模块6，从而实现高速铁路异物侵限的识别及警示过程；

显示模块7作为警示信息的输出环节，在控制模块4的控制下，将识别模块5的警示信息通过警示灯发布，实现异物侵限预警。

通讯模块6作为识别及警示装置中的对外通信模块，在控制模块4的控制下通过无线发射向外界以无线信号，或者通过gprs/cdma接口以短信的形式传输编码信息、短信信息，实现装置与高速铁路控制中心的通信。

本实施例中，所述的控制模块4采用单片机实现，雷达信息采集模块1采用传感器实现，图像信息采集模块2采用传感器实现，存储模块3采用存储介质实现，例如：sd卡，tf卡，mmc卡等，识别模块5以程序的形式储存在控制模块4的单片机内并可由单片机进行调用执行，显示模块7采用警示灯实现，所述通讯模块6采用无线发射电路实现。

如图2所示为本发明另一个实施例中高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示装置的结构原理图，其中，本实施例的装置200中包括上述图1实施例所述的各部件、组件或其他组合(本实施例中，与图1实施例功能、形状、位置均相同的部分采用同一标号)，本实施例的装置200还包括一个与控制模块4连接的微型计算机处理装置8，该计算机处理装置8包括接口单元9、操作面板10和指示单元11。

控制模块4通过接口单元9提供的usb接口与计算机处理装置8连接，实现计算机处理装置8与控制模块4之间的通信；

操作面板10通过触控式显示屏实现，用以实现控制模块4的数据清理、重新启动以及对前述传感器的调试等操作指令；

指示单元11用以监控上述雷达信息采集模块1、图像信息采集模块2、存储模块3、控制模块4、识别模块5、通讯模块6以及显示模块7的工作状况，例如：77ghz雷达传感器是否工作正常，面阵ccd传感器是否工作正常等，并表征给用户，例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。

作为可选的实施方式，计算机处理装置8是一台触控式平板计算机。

本实施例中，前述识别模块5对采集到的雷达信息、图像信息的异物识别包括以下过程：

步骤s01：获取雷达信息采集模块的电磁反射波波长α，记录到存储模块中；

步骤s02：控制模块将当前时刻的电磁反射波波长α从存储模块中提取到识别模块；

步骤s03：对步骤s02识别模块中的电磁反射波波长α进行ad转换，并与界定的标准波长α⁽⁰⁾进行比较；

步骤s04：如果α与α⁽⁰⁾的比较值没有超出误差允许范围，则返回步骤s02，如果α与α⁽⁰⁾的比较值超出误差允许范围，则进入步骤s05；

步骤s05：获取图像信息采集模块中面阵ccd传感器的图像数据，记录到存储模块中；

步骤s06：控制模块将步骤s05存储模块中面阵ccd传感器的图像数据提取到识别模块，对面阵ccd传感器的图像数据进行ad转换；

步骤s07：提取图像边缘特征值，以实际单位尺寸为s0，读出单位尺寸为d0的网格作为标准，得到图像在标准网络中横轴、纵轴的像素元数分别为nx，ny，计算异物的实际尺寸为

步骤s08：控制模块启动警示指令，开启显示模块中的警示灯。

步骤s09：接通无线通讯模块接口；

步骤s10：将异物侵限信息通过gprs/cdma接口或无线发射子模块发送；

步骤s11：检测异物侵限信息是否发送成功：如果是，则进入步骤s12，如果否，则进入步骤s09，重新启动通讯模块发送信息；

步骤s12：退出预警。

作为可选的实施方式，所述界定的标准电磁反射波波长要根据装置所处位置的不同，进行现场调试及标定。

作为可选的实施方式，α与α⁽⁰⁾的比较值误差允许范围可以根据需要进行自主调节。

本发明的另一个实施例中还提出一种基于上述高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示装置实现的高速铁路异物侵限的信息采集、识别及警示方法，包括以下步骤：

步骤s01：获取雷达信息采集模块的电磁反射波波长α，记录到存储模块中；

步骤s02：控制模块将当前时刻的电磁反射波波长α从存储模块中提取到识别模块；

步骤s03：对步骤s02识别模块中的电磁反射波波长α进行ad转换，并与界定的标准波长α⁽⁰⁾进行比较；

步骤s04：如果α与α⁽⁰⁾的比较值没有超出误差允许范围，则返回步骤s02，如果α与α⁽⁰⁾的比较值超出误差允许范围，则进入步骤s05；

步骤s05：获取图像信息采集模块中面阵ccd传感器的图像数据，记录到存储模块中；

步骤s06：控制模块将步骤s05存储模块中面阵ccd传感器的图像数据提取到识别模块，对面阵ccd传感器的图像数据进行ad转换；

步骤s07：提取图像边缘特征值，以实际单位尺寸为s0，读出单位尺寸为d0的网格作为标准，得到图像在标准网络中横轴、纵轴的像素元数分别为nx，ny，计算异物的实际尺寸为

步骤s08：控制模块启动警示指令，开启显示模块中的警示灯。

步骤s09：接通无线通讯模块接口；

步骤s10：将异物侵限信息通过gprs/cdma接口或无线发射子模块发送；

步骤s11：检测异物侵限信息是否发送成功：如果是，则进入步骤s12，如果否，则进入步骤s09，重新启动通讯模块发送信息；

步骤s12：退出预警。

作为优选，所述界定的标准电磁反射波波长要根据装置所处位置的不同，进行现场调试及标定。

作为优选，α与α⁽⁰⁾的比较值误差允许范围可以根据需要进行自主调节。