铁道线路障碍物自动监测识别方法与流程

本发明属于激光测量技术领域，涉及一种铁道线路障碍物激光雷达自动搜索人工智能监测识别和报警方法

背景技术：

我国铁路经过“十二五”的大力建设，在2015年实现通车里程12万公里，高铁运营里程超过1.9万公里，为民众的出行提供了极大的便利，为社会经济发展做出了积极的贡献。运营安全是铁路运输永恒的主题。为加强铁路线路防护管理，确保铁路行车安全和人身安全，减少路内外人身伤亡事故，我国新建的各等级铁路沿线均设置了防护栅栏、防护网作为铁路周界进行封闭。隧道口山体的落石等有害障碍物对铁路运营安全是严重的危害，在沿线重点区域进行安全管理手段，是保障铁路行车安全的重要措施之一。

基于铁路运营安全管理需求，有必要研究基于隧道监控技术，结合光传感、电传感等新技术和管控措施，开发出一套运营于铁路隧道落石等有害障碍物报警系统，为铁路提供全方位的安全防护，大幅度提升铁路周界、重点区域的安防管理水平。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁道线路障碍物自动监测识别方法以解决以上所述的至少一项技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种铁道线路障碍物自动监测识别方法，包括：

沿铁道线路上方一平面按设定角度范围发出激光，进行扫动搜索；

接收返回的激光信号，自动判断是否存在有害障碍物。

进一步的，当自动判断存在有害障碍物时，发出报警信号。

进一步的，所述扫动搜索以等角度步进式方法进行。

进一步的，所述步进的角度为0.001分-10度。

进一步的，接收返回的激光信号，自动判断是否存在有害障碍物具体包括：

根据返回的激光信号以及发出的激光信号计算获得障碍物数据，确定障碍物的位置和水平方向尺寸；

对接收到返回的激光信号区域进行重复扫动搜索，如仍接收到返回的激光信号，则判断存在有害障碍物。

进一步的，所述障碍物数据包括障碍物的尺寸，与返回的激光信号装置的距离以及方位角。

进一步的，对接收到返回的激光信号区域进行重复扫动搜索，如未接收到返回的激光信号，则判断不存在有害障碍物。

进一步的，按设定角度范围发出激光时对激光进行光束整形以形成准直光束，接收返回的激光信号时也进行光束整形形成准直光束。

进一步的，所述发出激光以连续激光方式发出或者脉冲激光方式发出。

进一步的，所述扫动搜索的周期为1ms-60min。

通过上述技术方案，可知本发明的监测识别方法具有如下优点：

(1)本发明方法可提供即时监视和报警，没有时间延迟；同时可提供视频信号，供值班人员远距离对有害障碍物进行观察和判断，以便对报警采取措施；

(2)本发明方法具有人工智能的功能，只对可能对铁路造成威胁的有害障碍物(例如尺寸大小超过一定要求的落石等有害障碍物)报警。可以分辨由于下雨，昆虫，空中漂浮物(如树叶，塑料袋等)，路过小动物，以及过往车辆等物体，避免上述物体造成系统的误报；

(3)本发明方法使用步进式扫动搜索，形成高精度激光雷达系统，距离，方位的分辨率可达到厘米级；激光雷达搜索面可以覆盖指定的铁路线路，无盲区，探测距离远可达一百米；

(4)本发明方法利用人眼安全的激光束非接触的搜索方式来探测有害障碍物，不会对列车运行或者线路维护人员造成伤害；

(5)本发明方法能够在湿热，高温或寒冷地域使用，可以全天候工作。

附图说明

图1是本发明实施例的铁道线路障碍物自动监测识别方法流程图。

图2是本发明实施例的铁道线路障碍物自动监测识别方法原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。本发明包含并不限于以下的应用。

根据本发明的基本构思，提供一种铁道线路障碍物自动监测识别方法，通过发射和接收激光，利用激光测距和激光摄像原理，可以对探测范围内闯入的有害障碍物进行快速、准确地判别，并对告警目标进行定位。同时快速传递告警信息，便于相关人员观察、及时判断，采取应急措施。

图1是本发明实施例的铁道线路障碍物自动监测识别方法流程图。如图1所示，该实施例的铁道线路障碍物自动监测识别方法可包括步骤：

s100：沿铁道线路上方一平面按设定角度范围发出激光，进行扫动搜索；

s200：接收返回的激光信号，自动判断是否存在有害障碍物。

步骤s100中，沿铁道线路上方一平面可以是与铁道线路所在平面上方设定高度的平面，该设定高度优选的为0.5-50cm，进一步的优选为1-10cm。当然该平面尽可能与铁道线路所在平面尽可能平行，两者之间也可以存在一定的夹角，以扫动搜索的激光能够探测到待探测轨道上方待探测的区域为准。

对于设定角度，目的是实现跨轨道扫描，即从一侧的轨道扫描至另一侧轨道，也就是在整个轨道上方都可以实现扫动搜索。该设定角度可以为0-360°，优选的为180度。

对于上述扫动搜索，可以按照连续激光方式发出或者脉冲激光方式发出，对设定的角度范围内进行搜索。

其中，上述步骤s100可包括子步骤：

s101：打开一铁道线路障碍物激光雷达自动搜索开关，安置激光测距机的高精度转台开始沿铁道线路上方一平面在设定角度间循环进行转动激光搜索；

s102：激光搜索过程中，激光测距机发出激光，经过光束整形部分，照射到可能出现的目标障碍物上。

对于搜索的位置，可将激光雷达放置在铁路的隧道口内，面向隧道口外的铁轨进行激光搜索，激光雷达探测探在0-1000米，优选的也可以为0-100米；也可根据需要从隧道口外部激光搜索隧道出口的一段距离的轨道。

上述激光雷达可以人眼安全的近红外激光(波长780-2526nm)为光源，不会对列车运行或者线路维护人员造成伤害。

在转动搜索时，可以等角度步进式方法进行；可以选择步进的角度为0.001分-10度。该步进式搜索可以提高激光雷达的精度，提高后期接收到的反射的激光信号的分辨率，可达到厘米级。步进电机驱动的精密转动平台具有高精度、高稳定性以及长寿命的特点，可以长时间使搭载在其上的激光测距机平稳精确的在某个角度范围、某个高度的水平面之上进行长时间的有间断，或者无间断的搜索和监测。

步骤s102中，可通过发射整形部分对激光光束进行整形，使其发射出贴近轨道平面的准直光束作为探测光，其中准直激光对监视区域的视场角内进行机械扫动搜索，监视进入监视范围的外来物体。

步进式搜索时通过上述高精度转台实现的，高精度转台设置于激光测距机下部，激光测距机发出激光后如遇到障碍物则反射回激光信号，被其接收；然后再步进至下一角度，测量下一角度位置是否存能检测到反射的信号。

其中，上述步骤s200可包括子步骤：

s201：返回的激光信号经过接收整形部分返回到激光测距机接收器；

s202：全范围背景激光搜索并完善；

s203：即通过测量该有害障碍物与测距机的距离和角度来确定该有害障碍物的位置以及水平方向的尺寸，确定障碍物位置；

s204：对设定的障碍物的位置重复进行扫动搜索；

s205：若障碍物仍存在原始位置，则判断为有害障碍物，发出警报；若此障碍物已不在原始位置，则继续监测过程，返回步骤s101。

上述有害障碍物出现时间可以根据具体要求进行设定，比如1ms-60min，进一步优选的1-10s。出现在铁道线路上且具有一定体积大小(比如识别报警的障碍物的尺寸可根据要求设定，可设定长宽高范围为0.5cm到50cm，目前设定是长宽高均为5cm)的物体。

步骤s201中，接收返回的激光信号时也进行光束整形形成准直光束，通过形成准直光束以提高探测的精度。

s202：全范围背景激光搜索为预扫描，即提前了解下线路的情况，这样可以排除预警线路上的电线杆等正常物件，避免误报为障碍物；

步骤s203通过障碍物判断电路实现，障碍物判断电路可通过距离选通方法(当有外部的有障碍物204闯入所指定的轨道范围，首先对接收到的激光反射信号进行接收整形，然后把整形后的信号提供给障碍物判断电路和运算处理部件，通过根据测量所得到的有害障碍物距离测距机的距离以及角度关系进而判断出有害障碍物的大致位置以及水平长度，以及障碍物停留的时间，决定是否发出报警信号)或者预算设定的智能判断算法判断出障碍物。

步骤s205中，当自动判断存在有害障碍物时，发出报警信号。即可包括一报警器，该报警器包含声、光、点的报警信号。当激光雷达系统发出的数据超出系统预警的判据时，系统发出警报。通知值班人员进一步通过视频对报警现场做出判断，人工确认闯入物体的性质，采取必要的措施。该步骤可以通过运算处理部件实现，运算处理部件可以为单片机、电脑及有一定逻辑判断功能的集成芯片。

图2是本发明实施例的铁道线路障碍物自动监测识别方法原理示意图。如图2所示，可沿着铁道线路203的一侧设置有发射和探测激光一体化的激光测距机201，激光测距机沿着铁道线路上方一平面206以设定角度d发出激光202进行扫动搜索。

当有外部的有障碍物204闯入所指定的轨道范围，首先对接收到的激光反射信号进行接收整形，然后把整形后的信号提供给障碍物判断电路和运算处理部件，通过根据测量所得到的有害障碍物距离测距机的距离以及角度关系进而判断出有害障碍物的大致位置以及水平长度，以及障碍物停留的时间，决定是否发出报警信号。当激光雷达系统发出的数据超出系统预警的判据时，系统发出警报。系统发出报警信号之后，同时自动打开激光高分辨监视器，并通知值班人员进一步通过视频对报警现场做出判断，人工确认闯入物体的性质，采取必要的措施。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。