然后二维激光扫描雷达继续下一行的扫描，最终完成对监视区域的扫描过程。在本系统中云台和二维扫描激光雷达的角度分辨率可以达到0.1度，旋转云台的俯仰角度量程可以达到90度，二维激光扫描雷达的扫描测试角度为180度，所以每帧图像的分辨率最高可以达到1800*900像素。激光雷达的空间分辨率受由二维激光扫描雷达的方位角的角度分辨率、旋转云台的角度分辨率、激光光斑的大小以及雷达测距的距离分辨率共同决定。本系统中雷达测距的有效量程为50m，雷达测距的有效分辨率为5cm。激光光斑的大小由特殊设计的光学系统决定，准直后的光束发散角可以控制在I?2mrad数量级，在50m处的光斑尺寸为5cm。由此可知，此三维激光雷达的空间分辨率在50m的距离处可以达到1cm量级。
[0025]本实用新型所采用的二维激光扫描雷达可以是现有技术中的任何一种，例如本实用新型所采用的二维激光扫描雷达的结构框图如图2所示，该二维激光扫描雷达由激光器、光学发射/接收系统、光电探测器(APD)、激光电源、一维高速振镜及控制器、飞行时间测试芯片TDC、硬件控制系统(FPGA+ARM)、系统供电电源等组成。激光器产生用于测距的光源，经过调制之后的激光脉冲通过光学系统扩束以及一维振镜的反射之后照射到测试目标单位上，激光经过目标的漫反射形成脉冲回波，脉冲回波通过光学接收天线聚焦到高速光电探测器中产生光电效应。高速时间测试芯片(TDC)可以记录下被调制之后的脉冲来回飞行的时间，最终换算出目标到探测器的距离。激光器的光源选择为近红外激光，此波段激光器技术成熟，而且为非可见光，人眼能够承受的激光强度阈值高。一维高速振镜在振镜驱动器的控制下可以高速的以固定速度旋转，在稳定激光脉冲频率的输出下便能够实现高速的一维扫描。硬件控制电路能够将一维高速振镜的偏转角度和测试距离以固定的时序保存在系统的存储中心中。数据总线由串口和以太网组成，既可以满足需求较低的低速数据传输也能够满足实时的高速数据传输。
[0026]本实用新型所采用的控制计算机可以是现有技术中的任何一种，只要能够采集相应数据以及对二维激光扫描雷达以及旋转云台进行方位控制即可。例如，本实用新型所采用的控制计算机所采用的结构如图3所示，其中，控制计算机包括电源板、DSP、FPGA、存储器SDRAM以及FLASH ；电源板、存储器SDRAM以及FLASH分别通过DSP接入FPGA ；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；开关电源接入电源板。系统由FPGA、DSP、存储器SDRAM和FLASH、电源、加载和复位模块、报警器以及通用的串行和以太网通信接口组成。FPGA实现整个系统的时序运行控制，管理调度各个端口的数据传输过程。FPGA通过串行通信接口采集来自云台和二维激光扫描雷达的数据，然后通过计算以及方位角度修正变换将所有的角度和距离信息转变为被测区域的空间位置方位信息，形成三维效果的原始初步图像。DSP获取到存储于FPGA缓存中的原始三维图像，并对图像进行逐帧处理，对比每帧图像参数的变化，通过图像处理的算法运算获得测试区域的特征位置的轮廓信息，进而计算出空间位置、长、宽、高以及运动速度等关键参数。同时DSP还实现数据的压缩，特质值的分类，最终将这些处理完成的数据逐帧存储于系统的大容量存储器中。图像处理完成之后，若发现监测区域的某些部分出现异常现象，例如有异物侵袭铁路。则系统根据计算得出此异物的体积大小，判断异物是固定还是运动的存在方式危机铁路安全。若是固定物体则判断物体的大小，是否超出铁路能够允许存在的限制，若超出限定值测发出报警信号。若是运动物体测判断此物体的运行时间，是否长时间停留于铁路上方，若超出安全的停留时间测发出报警信号。控制中心在接收到报警信号之后，可以直接与每个雷达系统进行直接通信，进而直接实时的观察现场，人为判断现场状况，减少系统判断的虚警率，提高安全性。
[0027]由于单个雷达的观察范围有限，在实际应用过程中可以将多个雷达系统安装于不同的区域对多个区域进行实时的观察，如图4所示。考虑到单个雷达传输的数据为图像信息，信息传输过程中占用的资源量大，所以为了更好的管理和布局，在实际的适用中利用分级总线传输的拓扑结构。每局部区域形成一个控制中心，具备对管辖范围内雷达的控制权，对数个雷达进行监控。此控制中心同时与上级中心进行互联，如此便形成树形的激光雷达管理体。处于树形顶端的控制部门便能够对整条铁路线进行监控，实时掌握铁路安全状况，为列车的安全行驶提供强有力的保障。在监控过程中，单个雷达对所监测的区域进行全天候、全天时的实时扫描成像。当雷达发现有侵袭铁路的危害行为发生时则通知控制中心，通知中心获得此雷达的控制权，通过总线的数据传输将雷达扫描成像的结果直接呈现给控制中心，如此便不会造成由于数据量过大造成的通信阻断和通信缓慢的现象。保证整个雷达通信网络的实时畅通，即时获取危险地段的现场信号。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；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。
[0028]尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。
【主权项】
1.一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。2.根据权利要求1所述的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:所述旋转云台是可进行俯仰角度转动的旋转云台。3.根据权利要求2所述的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:所述旋转云台的俯仰角度的量程是90度。4.根据权利要求3所述的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。5.根据权利要求4所述的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:所述二维激光扫描雷达的有效量程是50m。6.根据权利要求5所述的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:所述二维激光扫描雷达的测距分辨率是5cm。7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的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。8.根据权利要求7所述的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FPGA通过光耦与光电报警器相连。9.根据权利要求8所述的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:所述光电报警器是光耦光电式报警器。10.根据权利要求9所述的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。
【专利摘要】本实用新型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，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。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。
【IPC分类】G01V8/10
【公开号】CN204945409
【申请号】CN201520667364
【发明人】何家玉, 黄建林, 凃海洋
【申请人】西安希德电子信息技术股份有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年8月29日