一种对铁路障碍进行自动监测的三维激光雷达报警系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于安全技术领域，涉及一种报警系统，尤其涉及一种对铁路障碍进行自动监测的三维激光雷达报警系统。
【背景技术】
[0002]铁路运输在国民经济中的地位举足轻重，铁路安全是关系国计民生的大事。随着我国高速铁路的不断延伸，逐渐布网到地质状况复杂，地形起伏大的地理区域。这些区域容易造成诸多平原地段不曾遇到的铁路安全隐患。其中包括铁路沿线的滑坡、溜坡、泥石流、落石、以及其他危害铁路安全的异物侵袭。目前还没有一种较为有效的措施对这些地质状况复杂地段的铁路安全进行准确有效的监测。目前使用较多的是被动式双电网监测技术。这种技术是在较容易发生山体滑坡地段架设金属防护网。防护网上面敷设有绝缘导线，当发生山体滑坡时，会有石块或大面积泥土滑落到防护网上，若落物重量过重则会切断导线产生报警信息。虽然这种技术的误报率比较低，只要有横截面大于防护网的口的落石，在切断绝缘导线之后均会产生报警信号。但是这种双电网监测技术对现场的实时状况的监测能力较低，是属于被动式的防护系统。另外对铁路本身状况不能进行主动式的监测，不能够获取铁路安全的直接信息。另外，对于滑坡落石等在防护网上的积累情况无法通过监测信息上传。电网不具备重复使用的功能，被压断后，需要重新更换维护，工程量较大，投入人力成本高。金属网自身也存在一定的安全隐患，若损坏后不及时更换则可能会对铁路行车安全造成危害。
[0003]目前有试点使用的是主动式二维激光扫描雷达监测系统，这种系统是利用激光雷达利用准直的激光束对高出铁轨的数毫米的距离位置进行水平扫描。通过激光雷达的测距信息判断是否存在铁路的安全距离之内存在高出铁轨的异物侵袭。若发现有危险状况则发出报警信息通知控制中心，控制中心调用激光雷达旁边安装的可将光摄像装置对铁路安全进行审查合适。这种二维激光扫描雷达技术虽然实现了现场主动式安全监测，但是由于其只能够实现一维扫描二维成像，不能够获取铁路中间和两侧安全范围之内的立体空间状况，容易产生误判和错判。环境干扰大，比如生长的草丛会对系统的判断造成干扰，对移动物体不能够准确的判断。图像识别和判断依靠可见光的摄像机，受环境影响大，不能够全天时、全天候的工作。并且摄像机获取的图像不能够准确推算出异物的立体空间方位信息，综合来说，这种以二维激光扫描雷达系统不能够对铁路安全进行准确有效的监测。
【实用新型内容】
[0004]针对现有铁路安全监测技术中存在的不足，本实用新型提供了一种可有效提高监测的可靠性及有效性，并可实现对目标物进行动态监测，使报警响应速度更快、更及时，并能够远程进行遥控的对铁路障碍进行自动监测的三维激光雷达报警系统。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]—种对铁路障碍进行自动监测的三维激光雷达报警系统，其特征在于:所述对铁路障碍进行自动监测的三维激光雷达报警系统包括开关电源、二维激光扫描雷达、旋转云台、控制计算机以及光电报警器；所述二维激光扫描雷达固定在旋转云台并随旋转云台同步转动；所述控制计算机分别与二维激光扫描雷达、旋转云台以及光电报警器相连；所述开关电源分别与二维激光扫描雷达、旋转云台、控制计算机以及光电报警器相连。
[0007]作为优选，本实用新型所采用的旋转云台是可进行俯仰角度转动的旋转云台。
[0008]作为优选，本实用新型所采用的旋转云台的俯仰角度的量程是90度。
[0009]作为优选，本实用新型所采用的旋转云台的转动角度以及二维激光扫描雷达的转动角度的角度分辨率是0.1度。
[0010]作为优选，本实用新型所采用的二维激光扫描雷达的有效量程是50m。
[0011]作为优选，本实用新型所采用的二维激光扫描雷达的测距分辨率是5cm。
[0012]作为优选，本实用新型所采用的控制计算机包括电源板、DSP、FPGA、存储器SDRAM以及FLASH ;所述电源板、存储器SDRAM以及FLASH分别通过DSP接入FPGA ;所述FPGA分别与二维激光扫描雷达、旋转云台以及光电报警器相连；所述开关电源接入电源板。
[0013]作为优选，本实用新型所采用的FPGA通过光耦与光电报警器相连。
[0014]作为优选，本实用新型所采用的光电报警器是光耦光电式报警器。
[0015]作为优选，本实用新型所采用的对铁路障碍进行自动监测的三维激光雷达报警系统还包括无线传输服务器、有线传输服务器以及监控中心；所述控制计算机依次通过无线传输服务器以及有线传输服务器将检测信号传递至监控中心。
[0016]本实用新型的优点是:
[0017]本实用新型提供了一种用于铁路障碍自动监测的三维激光雷达报警系统，该系统包括开关电源、二维激光扫描雷达、旋转云台、控制计算机以及光电报警器；二维激光扫描雷达固定在旋转云台并随旋转云台同步转动；控制计算机分别与二维激光扫描雷达、旋转云台以及光电报警器相连；开关电源分别与二维激光扫描雷达、旋转云台、控制计算机以及光电报警器相连。二维激光扫描雷达固定在具备俯仰旋转功能的旋转云台上；控制计算机控制二维激光扫描雷达的测距与云台的旋转和俯仰，并根据雷达的测距与云台的空间角度信息计算出待测目标的空间大小为位置信息；对目标的三维图像进行处理提取目标的特征信息，对比分析判断是否有异物侵入铁路中间以及是否会危害铁路和影响列车行驶安全；通过系统综合处理分析之后，若发现有危险状况则可以通过直接声音报警和闪光灯报警的方式告知铁路监测点，也可以通过信号电缆光纤将危险信号传输到控制中心；监控中心也可以利用信号电缆光纤将实时的图像数据调出远程判断分析铁路现场状况。本实用新型利用激光雷达对待测区域进行三维扫描成像，直接获取三维的图像效果，并能够直接显示特征物体相对于铁轨的空间位置信息，虚警率低，报警准确，具备较高的可靠性，满足铁路行业的高可靠性要求。第二，本实用新型对待测区域进行逐帧的扫描成像，对比每帧之间的图像之间的信息变化即可获得移动目标的移动方位和速度，提高了目标判定的准确性，为铁路障碍的即时判定和排查提供准确的信息，能够对目标物进行动态监测。第三，本实用新型安装灵活，受地形环境的影响小，能够方便的在多种地形环境中安装使用。激光雷达能够有效的监测距离达到50m，方位角能够达到180度，俯仰角达到90度，所以能够对大范围进行动态监测。在距离50m的范围能够实现1cm物体的有效探测，在较近的距离范围能够探测更小(<5cm)的目标单位。对于高出铁路1cm尺度的物体能够准确的监测出。激光雷达利用近红外激光作为探测光源，这种激光收到环境的影响小，高效的测距算法能够降低云雾雨雪环境造成的影响，所以这种技术能够全天候、全天时的工作的复杂气候环境下，致使监测技术能够灵活运用。第四，本实用新型在发现异常状态之后，产生报警信号，控制中心获取报警信号之可将激光雷达所采集的三维数据上传到控制中心，监控人员可以实时操作激光雷达对目标进行重点监测，确认产生报警信号的原因并判断是否需要派遣工作人员到现场排除障碍。这种实时性的监测能够提前远程判断现场的状况，大大减少了人力成本。另夕卜，雷达监测装置可以安装在具备机械保护的外框中，因此系统不易损坏，可以重复使用，降低维护成本。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型所提供的报警系统的结构框图；
[0019]图2是本实用新型所采用的二维激光扫描雷达的结构框图；
[0020]图3是本实用新型所采用的控制计算机的结构框图；
[0021]图4是本实用新型所提供的报警系统的运行拓扑结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明:
[0023]参见图1，本实用新型提供了一种对铁路障碍进行自动监测的三维激光雷达报警系统，对铁路障碍进行自动监测的三维激光雷达报警系统包括开关电源、二维激光扫描雷达、旋转云台、控制计算机以及光电报警器；二维激光扫描雷达固定在旋转云台并随旋转云台同步转动；控制计算机分别与二维激光扫描雷达、旋转云台以及光电报警器相连；开关电源分别与二维激光扫描雷达、旋转云台、控制计算机以及光电报警器相连。二维激光扫描雷达与云台的旋转协同工作，并实时记录测试目标距离雷达的距离、方位角、俯仰角。
[0024]二维激光扫描雷达安装于扫描旋转云台上方，二维激光扫描雷达可以实现180度的单个平面的扫描测距，旋转云台能够实现90度范围的俯仰角度扫描。在系统的初始化后，二维激光扫描雷达在完成180度的扫描之后。旋转云台自动获得控制中心的计时信号控制旋转云台移动一个步进距离，