一种基于遮盖物检测的雪深测量系统的制作方法

本发明涉及气象观测领域及高铁灾害监测系统雪深监测领域，特别涉及一种基于遮盖物检测的雪深测量系统。

背景技术：
随着高速铁路的飞速发展，列车的行驶速度越来越快，因此列车的运行安全成为铁路运营的重中之重，降雪作为对铁路列车运行安全威胁最大的恶劣气候情况对铁路的安全运营有着巨大的影响。积雪会造成轮轨摩擦力减小，会大大加大列车的制动距离，由此会增大事故发生的概率，严重威胁着旅客的生命财产安全。因此，雪深数据的实时性及准确性就显得尤为重要。传统的方法是采用测雪尺或者有刻度的测雪杆插入雪中至地表面进行地面积雪深度的测量，由于积雪下面通常有冰层，使得雪尺难以精确测量，同时风吹雪导致积雪重新分布，因此需要选择有代表性的测量点和多次测量，该方法费时费力、随机误差大，并且难以实时监测。目前已有的雪深测量方法有放射性同位素法，精度虽然高但会危害测量人员健康；基于图像处理的测量方法，其受天气和光照影响大，鲁棒性差；超声传感器雪深测量方法，其受温度风速影响大，基于相位法激光测距原理的雪深测量方法稳定性较强但受雪面不平整的影响。现有高速铁路雪深监测装置主要是基于激光测距法测量雪深，该种测量方式要求激光测量径路上不允许存在遮挡，否则会导致测量错误。然而，高速铁路实际应用环境中，难免出现其它物体进入测量区域，遮挡雪深测量的情况。因此，亟需一种能够辅助检测测量范围是否存在遮挡物的方法和系统，用于排除这一干扰。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于遮盖物检测的雪深测量系统，通过对突变雪深点的摄像机抓拍，利用图像灰度处理，图像二值化处理，形态学处理等一系列处理方法判断测量点是否存在遮盖物。实现本发明目的的具体技术方案为：包括激光检测模块，用于实时检测待测区域的雪深值；存储模块，用于存储所述激光检测模块测量的雪深值，其包括第一分区和第二分区；摄像模块，用于抓拍检测区域的图像；控制器，其包括判定模块和比较模块，所述控制器分别与激光检测模块、存储模块、摄像模块、报警模块电性连接；控制器在第一时刻启动激光检测模块对待测区域进行雪深测量，并控制激光检测模块将第一时刻检测值发送到存储模块的第一分区，记录下此时的检测值为第一测量值；经过一预定时间，控制器在第二时刻再次启动激光检测模块对待测区域进行雪深测量，并控制激光检测模块将第二时刻检测值发送到存储模块的第一分区，记录下此时的检测值为第二测量值；所述比较模块将第一测量值和第二测量值进行比较，如果两者的差值大于一阈值，控制器启动摄像模块抓拍测量区域，所述判定模块根据摄像模块抓拍的图像与测量区域模板图像进行对比，判断是否存在遮盖物，若判定模块判定不存在遮盖物，则将第二测量值作为有效测量值存储在第二分区，并将第一分区数据清零；若判定模块判定存在遮盖物，控制器启动报警模块，通知人工进行现场遮盖物确认及清理工作，遮盖物清理完毕后，将第一分区数据清零，并重新进行雪深测量，直至有效测量值产生。优选地，所述判定模块根据以下方法判定是否存在遮盖物：1）将抓拍的测量区域的彩色三通道图像转换为单通道的灰度图像；2）将灰度图像差值取模，并进行二值化处理；3）对二值化处理后的图像进行膨胀和腐蚀处理；4）连通区域筛选，并计算连通区域面积；5）将计算出的连通区域面积与测量区域模板图像的区域面积进行对比，判断是否存在遮盖物。本发明具有如下有益效果：在原有单点测量基础上，增加了干扰物分析和排除的功能，能够提高雪深测量数据的准确度，减少错误报警次数，同时可以为“异物侵限检测”提供辅助支持，具有一定的应用价值。附图说明图1为本发明系统组成图。具体实施方式如图1所示，本发明的雪深测量系统，包括激光检测模块、存储模块、摄像模块、控制器、报警模块。激光检测模块，用于实时检测待测区域的雪深值；存储模块，用于存储所述激光检测模块测量的雪深值，其包括第一分区和第二分区；摄像模块，用于抓拍检测区域的图像；控制器，其包括判定模块和比较模块，所述控制器分别与激光检测模块、存储模块、摄像模块、报警模块电性连接；控制器在第一时刻启动激光检测模块对待测区域进行雪深测量，并控制激光检测模块将第一时刻检测值发送到存储模块的第一分区，记录下此时的检测值为第一测量值；经过1min，控制器在第二时刻再次启动激光检测模块对待测区域进行雪深测量，并控制激光检测模块将第二时刻检测值发送到存储模块的第一分区，记录下此时的检测值为第二测量值；所述比较模块将第一测量值和第二测量值进行比较，如果两者的差值大于5mm，控制器启动摄像模块抓拍测量区域，所述判定模块根据摄像模块抓拍的图像与测量区域模板图像进行对比，判断是否存在遮盖物，若判定模块判定不存在遮盖物，则将第二测量值作为有效测量值存储在第二分区，并将第一分区数据清零；若判定模块判定存在遮盖物，控制器启动报警模块，通知人工进行现场遮盖物确认及清理工作，遮盖物清理完毕后，将第一分区数据清零，并重新进行雪深测量，直至有效测量值产生。遮盖物检测，包括以下步骤：（1）彩色图像的灰度化：首先将彩色的三通道图像转换为单通道的灰度图像，根据视觉心理学的研究，RGB三通道图像和单通道的灰度图像之间的转化关系如下（1）（2）图像差值取模（3）图像二值化处理（4）利用膨胀和腐蚀这两种形态学处理方法对二值图像进行处理。（4.1）膨胀用结构元素b对函数f进行灰度膨胀，记为：，定义为：（2）这里和分别表示和的定义域。（4.2）腐蚀用结构元素b对函数f进行灰度腐蚀，记为：，定义为：（3）这里和分别表示和的定义域。（5）连通区域筛选（6）计算连通区域面积（7）判断是否有遮盖物，若是，回传疑似图像，记录检测日志，若否，则结束算法。