本发明涉及监控技术领域，尤其涉及一种基于3d激光雷达的铁路监控系统。
背景技术：
近年来，铁道交通发展迅速，铁道交通网络也越来越完善，对铁道线上的安全监控也越来越重要，而铁轨则是铁道交通最基础也是最重要的一环，铁轨的监测、维护对铁路运输的安全有着至关重要的影响，铁轨上的异物也会对火车行驶造成安全隐患，而传统的监控系统多采用摄像头或平行轨道发射单束激光的方式进行异物监测，摄像头受限于环境、光线的影响，无法在夜晚、大雾天气正常工作，而单束激光则无法判断障碍物的具体类别、尺寸，而且通常需要人工操作。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提出一种不受环境影响，可全天候工作的铁路监控系统，采用激光雷达扫描并进行3d成像，计算障碍物的尺寸、距离，通过zigbee方式组网，实现多个外围器件的快速、灵活、稳定的数据传输。
具体的，一种基于3d激光雷达的铁路监控系统，包括3d激光雷达扫描系统、报警装置、压力传感器、温度传感器、震动传感器及主控制器，所述3d激光雷达扫描系统沿铁道设置，所述压力传感器、温度传感器、震动传感器设置在铁轨内侧，所述3d激光雷达扫描系统包括发射单元、接收单元、电动云台，图像处理单元及中央处理单元；
所述图像处理单元、压力传感器、温度传感器及震动传感器均设置有zigbee终端节点模块，所述中央处理单元设置有zigbee路由节点模块，所述主控制器设置有zigbee协调器节点模块；
所述发射单元、接收单元及电动云台分别与所述中央处理单元连接，所述图像处理单元、压力传感器、温度传感器及震动传感器分别通过zigbee终端节点模块与所述中央处理单元通信连接，所述中央处理单元通过zigbee路由节点模块与所述主控制器通信连接。
进一步的，所述发射单元包括激光发射器和红外截止滤光片，所述激光发射器发出的激光束通过红外截止滤光片形成一字线激光；所述接收单元为摄像头。
进一步的，所述中央处理单元通过rs485串口线与所述电动云台的控制接口连接。
优选的，所述zigbee终端节点模块为cc2530。
优选的，所述中央处理单元为avr单片机。
进一步的，所述路由器节点模块为cc2530，cc2530通过rs232串口与所述中央处理单元连接。
进一步的，所述主控制器为arm。
进一步的，所述协调器节点模块包括cc2530和cc2591，其中cc2591为射频前端芯片，cc2530的rf_n引脚、rf_p引脚、p0_1引脚、p0_4引脚及p1_1引脚分别与cc2591的rf_n引脚、rf_p引脚、pa_en引脚、lna_en引脚、hgm_en引脚连接，cc2530通过rs232串口与所述主控制器连接，cc2591的ant引脚分别连接sma天线和fp倒f天线。
优选的，所述主控制器还设置有3g/4g/wifi模块。
进一步的，所述报警装置为短信报警模块，所述短信报警模块通过rs232串口与所述中央处理单元连接。
本发明的有益效果在于：不受环境影响，可全天候进行监控，可准确识别障碍物的类别、尺寸和距离，监测设备通过zigbee组网可灵活、快速、稳定的进行数据交换，便于管理人员快速、直观的了解现场情况。
附图说明
图1是本发明的一种基于3d激光雷达的铁路监控系统的系统示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种基于3d激光雷达的铁路监控系统，包括3d激光雷达扫描系统、报警装置、压力传感器、温度传感器、震动传感器及主控制器，所述3d激光雷达扫描系统沿铁道设置，所述压力传感器、温度传感器、震动传感器设置在铁轨内侧，所述3d激光雷达扫描系统包括发射单元、接收单元、电动云台，图像处理单元及中央处理单元；
所述图像处理单元、压力传感器、温度传感器及震动传感器均设置有zigbee终端节点模块，所述中央处理单元设置有zigbee路由节点模块，所述主控制器设置有zigbee协调器节点模块；
所述发射单元、接收单元及电动云台分别与所述中央处理单元连接，所述图像处理单元、压力传感器、温度传感器及震动传感器分别通过zigbee终端节点模块与所述中央处理单元通信连接，所述中央处理单元通过zigbee路由节点模块与所述主控制器通信连接。
铁道监控涉及的监控点位多，需要的设备也很多，用传统的485或can方式将浪费大量的时间在布485总线或can总线上，且一旦总线出现问题整个系统将瘫痪，本方案采用zigbee无线传输方式，zigbee定义了3种网络节点形式，分别是网络协调器节点（coordinator）、路由器节点（router）和终端节点（enddevice），终端节点用于发送相关监测数据及其对应的地址信息；路由器节点用于将终端节点发送的信息转发给协调器；协调器节点负责网络的建立、网络地址的分配以及接收路由器节点和终端节点发送来的数据，由于采用无线形式，终端节点可以很方便地安装在铁轨各处，且zigbee采用自组织网络通信，当一个终端节点模块出现问题时，不会影响整个系统的运行，同时本系统具有功耗低，操作简单和便于维护的特点。
进一步的，所述发射单元包括激光发射器和红外截止滤光片，所述激光发射器发出的激光束通过红外截止滤光片形成一字线激光；所述接收单元为摄像头。
进一步的，所述中央处理单元通过rs485串口线与所述电动云台的控制接口连接，本实施例通过将一字线激光器设置在电动云台上，通过云台旋转扫描获取每个点位相位差信息，就可以获取出目标的三维信息。
优选的，所述zigbee终端节点模块为cc2530。
优选的，所述中央处理单元为avr单片机，具体为atmega88，通过预置的软件系统可控制开启/关闭激光器，设置扫描路径、控制云台转动角度；avr单片机控制云台的转动，一字线激光器由云台根据扫描路径带动，发射一系列扫描光束，摄像头获取被扫描目标返回的二维回波信号，摄像头成像部分获得被扫描目标的二维分布信息，avr单片机通过激光三角测距算法算法计算一字线激光器与被测目标的距离，并将得到的数据与目标二维信息结合构成三维激光成像信息，并将得到的信息发送至图像处理单元，图像处理单元进行数据处理并绘制三维图像，通过zigbee网络将图像数据发送至协调器节点；通过本系统完成单片avr编程、硬件搭建、成像控制与图像处理系统和扫描装置的控制，并能准确实现各项指标及功能，在保证较好的实现3d成像的前提下，与同类激光雷达相比，较大幅度的降低了系统成本。
进一步的，所述路由器节点模块为cc2530，cc2530通过rs232串口与所述中央处理单元连接。
进一步的，所述主控制器为arm，这里采用基于arm9为核心的控制系统。
进一步的，所述协调器节点模块包括cc2530和cc2591，其中cc2591为射频前端芯片，cc2530的rf_n引脚、rf_p引脚、p0_1引脚、p0_4引脚及p1_1引脚分别与cc2591的rf_n引脚、rf_p引脚、pa_en引脚、lna_en引脚、hgm_en引脚连接，cc2530通过rs232串口与所述主控制器连接，cc2591的ant引脚分别连接sma天线和fp倒f天线。
优选的，所述主控制器还设置有3g/4g/wifi模块，主控制器将接收到图像和其他监测数据如轨道温度、轨道各个点的压力数据通过无线网络发送至后台管理系统。
进一步的，所述报警装置为短信报警模块，所述短信报警模块通过rs232串口与所述中央处理单元连接，当某一项监测数据异常时，avr单片机通过短信报警模块向管理员发送报警短信。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、rom、ram等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。