專利名稱：一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著高速鐵路建設(shè)力度的日益加大和工程進(jìn)度的不斷加快，在新建鐵路跨越或 鄰近既有線施工過程中，經(jīng)常發(fā)生機械、機具、人員及施工材料侵入既有線限界的情 況，對既有線的安全運行造成極大的安全隱患。同時，在高速鐵路運營過程中，在關(guān)鍵 路段，尤其是山區(qū)和隧道出入口，經(jīng)常存在落石等突發(fā)危害，嚴(yán)重危及鐵路運輸安全。 作為鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，異物侵限檢測主要提供對重點地段異物侵 入的監(jiān)測，一旦檢測到異物侵入，進(jìn)行現(xiàn)場或遠(yuǎn)程報警，提醒維修人員及時排除危險因 素，提醒司乘人員采取措施避免事故發(fā)生。目前國內(nèi)外的軌道交通異物侵限檢測主要應(yīng) 用在運營期間，檢測原理分為接觸式和非接觸式兩種。應(yīng)用較成熟的是接觸式的防護網(wǎng)技術(shù)，例如京津城際鐵路為防止公路橋上的 汽車等大型物體墜落到鐵路上危及行車安全，特設(shè)置了防護網(wǎng)異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng) 落物破壞了防護網(wǎng)上的檢知導(dǎo)線時，就會產(chǎn)生報警信息。日本和德國的高速鐵路也采 用了這種接觸式的檢測技術(shù)。專利號為ZL200820148978.2的實用新型專利中介紹了一 種基于接觸網(wǎng)檢測的技術(shù)。發(fā)明專利申請“高速鐵路異物侵入監(jiān)測系統(tǒng)”(申請?zhí)?200810024620.3)也是接觸式異物侵限檢測系統(tǒng)的一種具體實現(xiàn)方案。接觸式的防護網(wǎng)技術(shù)在鐵路建設(shè)期大范圍安裝較為困難，同時由于建設(shè)期施工 情況較為復(fù)雜，例如在工作天窗可能存在侵限作業(yè)，防護網(wǎng)使用不便，而且一旦破損及 時修復(fù)較為困難。而且，防護網(wǎng)只能攔截大于防護網(wǎng)網(wǎng)眼大小的物體，纖細(xì)的鋼筋等物 體無法檢測，該種方式無法判斷侵入物體的大小及具體位置；同時，只能在侵限事件發(fā) 生時才能報警，無法對報警事件進(jìn)行記錄、查詢。非接觸式檢測技術(shù)具有安裝維護方便、檢測靈敏準(zhǔn)確的特點。非接觸式物體侵 入探測大部分采用紅外探測光幕組成幕墻。例如，西班牙的高速鐵路在隧道口等容易發(fā) 生異物侵限(如落石)的路段，安裝了基于紅外線光幕的落物監(jiān)測系統(tǒng)。紅外報警器的原理是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射 變化，從而完成報警功能。當(dāng)入侵者靜止時，對于防區(qū)內(nèi)紅外輻射沒有變化的情況無法 完成檢測，只能探測輻射變化的運動物體；而且只能監(jiān)測物體的有無，無法確定該物體 的大小和在防區(qū)內(nèi)的具體位置；并且，由于小物體的輻射能量較小，對于體積較小的鋼 筋、石塊等物體的侵入無能為力，而在鐵路建設(shè)施工期間，存在著大量潛在的小截面侵 限物體，如鋼筋、鋼軌、石塊等?？傊?，需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是如何能夠提供一種 非接觸式鐵路異物侵限檢測方案，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍小物體的檢測，并且提高檢測的精確 度和實時性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)，能夠 實現(xiàn)大范圍小物體的檢測，并且提高檢測的精確度和實時性。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)，包 括至少一個激光掃描報警裝置、中繼器和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器；所述激光掃描報警裝置包括二維激光測距儀，用于以扇面掃描的方式輸出激光光束，并根據(jù)探測到的反射 光采集測量信息，以及將所述測量信息輸入至CPU ；CPU,用于實時獲取二維激光測距儀輸出的測量信息，并在檢測范圍內(nèi)比較當(dāng) 前測量信息和環(huán)境信息的信息差異，當(dāng)所述信息差異滿足報警條件時，將對應(yīng)的測量信 息輸入至存儲單元，同時觸發(fā)報警單元；報警單元，用于進(jìn)行現(xiàn)場報警；通信單元，用于當(dāng)所述信息差異滿足報警條件時，將所述測量信息發(fā)送到中繼 單元；存儲單元，用于記錄檢測區(qū)域范圍，以及保存環(huán)境信息和報警時的測量信息；所述中繼器，用于獲取由激光掃描報警裝置的通信單元發(fā)送的測量信息，并將 測量信息傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器，用于接收中繼器發(fā)送的測量信息，并對測量信息進(jìn)行顯 示禾口記錄。優(yōu)選的，每個工點設(shè)置一個中繼器，一個中繼器對應(yīng)一個或多個激光掃描報警
直ο進(jìn)一步，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器還用于向?qū)?biāo)定參數(shù)發(fā)送至中繼器；則所述中繼 器還用于將接收到的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送的標(biāo)定參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給各個激光掃描報警裝置；其 中，所述標(biāo)定參數(shù)包括檢測區(qū)域范圍、掃描頻率、報警條件。進(jìn)一步，所述測量信息包括激光光束在掃描扇面內(nèi)的掃描角度、對應(yīng)掃描角 度上激光光束反射點到反射光探測點的探測距離。優(yōu)選的，所述環(huán)境信息為檢測區(qū)域內(nèi)沒有侵入異物時，CPU獲取的二維激光 測距儀采集的一包測量信息；其中，所述一包測量信息為二維激光測距儀完成一次扇 面掃描所采集的多組測量信息。優(yōu)選的。所述報警條件為當(dāng)前測量信息的探測距離與環(huán)境信息中對應(yīng)掃描角 度上的探測距離之差大于預(yù)置閾值；和/或，完成一次扇面掃描，所述探測距離之差大 于預(yù)置閾值的累積次數(shù)。優(yōu)選的，所述二維激光測距儀以每0.5度發(fā)射一激光光束的方式進(jìn)行扇面掃描； 其中，掃描角度范圍為180度。優(yōu)選的，所述掃描頻率為一秒完成一次扇面掃描。所述檢測類型包括跨越類施工工點和并行類施工工點。優(yōu)選的，所述中繼器通過輪詢的方式從各個激光掃描報警裝置獲取測量信息；所述中繼器通過GPRS無線方式將測量信息遠(yuǎn)程傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過激光掃描報警裝置進(jìn)行異物檢測，具體的，利用二維激光測距儀以 扇面掃描的方式輸出激光光束，根據(jù)探測到的反射光采集測量信息和預(yù)先采集的環(huán)境信 息做比較，當(dāng)信息差異滿足報警條件時進(jìn)行報警。通過該激光掃描報警裝置，相比于 現(xiàn)有技術(shù)的防護網(wǎng)和紅外檢測，能夠精確獲知侵入異物的具體位置及大小，可精確到毫米。此外，本發(fā)明可在多個工點設(shè)置多組激光掃描報警裝置，可以根據(jù)現(xiàn)場需要靈 活設(shè)置現(xiàn)場檢測裝置的數(shù)量及位置，而且每個激光掃描報警裝置的監(jiān)控范圍可以通過軟 件任意設(shè)置(含任意多邊形或曲線形狀)，通過中繼器和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器實現(xiàn)對多個工點 的遠(yuǎn)程監(jiān)控，監(jiān)控中心可以同時遠(yuǎn)程監(jiān)測并記錄上百個施工地點的侵限狀況，增大了監(jiān) 控范圍，提高了監(jiān)控的及時性。進(jìn)一步，可對多種類型施工工點進(jìn)行檢測，本發(fā)明提出的跨越或并行既有鐵路 施工侵界報警技術(shù)，采用高密度的激光掃描實現(xiàn)非接觸式、高密度的侵限報警，對確保 高速鐵路施工安全具有重要意義。


圖1是本發(fā)明一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明一種二維激光測距儀的掃描示意圖；圖3是本發(fā)明一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明一種跨越類施工工點的激光掃描報警裝置的布置示意圖；圖5是本發(fā)明一種并行類施工工點的激光掃描報警裝置的布置示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體 實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參照圖1，示出了本發(fā)明一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu) 圖，包括至少一個激光掃描報警裝置11、中繼器12和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器13 ；所述激光掃描報警裝置11包括二維激光測距儀111，用于以扇面掃描的方式輸出激光光束，并根據(jù)探測到的反 射光采集測量信息，以及將所述測量信息輸入至CPU ；CPU 112,用于實時獲取二維激光測距儀輸出的測量信息，并在檢測范圍內(nèi)比較 當(dāng)前測量信息和環(huán)境信息的信息差異，當(dāng)所述信息差異滿足報警條件時，將對應(yīng)的測量 信息輸入至存儲單元，同時觸發(fā)報警單元；報警單元113，用于進(jìn)行現(xiàn)場報警；通信單元114，用于當(dāng)所述信息差異滿足報警條件時，將所述測量信息發(fā)送到中 繼單元；存儲單元115，用于記錄檢測范圍，以及保存環(huán)境信息和報警時的測量信息；所述中繼器12，用于獲取由激光掃描報警裝置的通信單元發(fā)送的測量信息，并 將測量信息傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器；
所述遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器13，用于接收中繼器發(fā)送的測量信息，并對測量信息進(jìn)行 顯示禾口記錄。下面對上述一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)的工作方式進(jìn)行詳細(xì)說明在激光掃描報警裝置的現(xiàn)場檢測階段，二維激光測距儀以扇面掃描的方式輸出 激光光束，并根據(jù)探測到的反射光采集測量信息。二維激光測距儀是利用激光光束對目 標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定的儀器。具體的，激光測距儀在工作時依次以各個角度射出一束 很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，同時計時器測定激光束從發(fā)射到接收 的時間，計算出從探測點到目標(biāo)的距離。本發(fā)明實施例采用二維激光測距儀，相比其他 光學(xué)測距儀，具有重量輕、體積小、操作簡單、檢測速度快、誤差小的優(yōu)點。所述測量信息為二維信息，包括激光光束在掃描扇面內(nèi)的掃描角度，以及對 應(yīng)掃描角度上激光光束反射點到反射光探測點的探測距離。也即，在極坐標(biāo)平面中的極 角和極徑。在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述二維激光測距儀以每0.5度發(fā)射一激光光束 的方式進(jìn)行扇面掃描，同時接收反射的激光束，通過激光傳播時間計算此角度上物體的 距離，其中，掃描角度為180度。如圖2所示，為本發(fā)明一種二維激光測距儀的掃描示 意圖。該二維激光測距儀依次從0度到180度進(jìn)行掃描，則在180度范圍內(nèi)，可以獲得 361個角度上反射探測物體到激光器的距離。需要說明的是，二維激光測距儀實際測量得到的數(shù)據(jù)為激光光束反射點到反射 光探測點的探測距離，對應(yīng)的掃描角度可以依據(jù)掃描過程中的掃描點獲知，例如，進(jìn)行 180度范圍的掃描時，第一個掃描點對應(yīng)0度，最后一個掃描點對應(yīng)180度。進(jìn)一步，激光掃描報警裝置將采集到的測量信息輸入至CPU，CPU實時采集二 維激光測距儀的測量信息，并將當(dāng)前測量信息和預(yù)先存儲在存儲單元中的環(huán)境信息進(jìn)行 比對，在檢測范圍內(nèi)，當(dāng)前測量信息和環(huán)境信息的信息差異滿足報警條件時，則判斷有 異物進(jìn)入了檢測范圍；一旦有異物侵入，則CPU觸發(fā)報警單元，具體的，通過報警輸出 接口驅(qū)動現(xiàn)場報警器進(jìn)行報警，所述報警可以是語音報警、光信號報警、或者聲光結(jié)合 報警。所述環(huán)境信息為檢測區(qū)域內(nèi)沒有侵入異物時，CPU獲取的二維激光測距儀 采集的一包測量信息；其中，所述一包測量信息為二維激光測距儀完成一次扇面掃描 (從O度到180度)所采集的多組測量信息。也就是說，在激光掃描報警裝置進(jìn)行檢測 階段之前，CPU首先采集初始的一組測量信息作為環(huán)境數(shù)據(jù)，并保存在存儲單元中，其 中，反射點即為環(huán)境建筑物上的某一點。通常的，CPU采集二維激光測距儀開始工作時 掃描的第一包測量信息，此外，還可以掃描多包測量信息，選取其中的一包質(zhì)量較好的 數(shù)據(jù)作為環(huán)境信息。在本發(fā)明實施例中，由于掃描光束間隔0.5度，掃描角度范圍為180 度，所以環(huán)境信息(以一包計算)包括361組測量信息。所述報警條件為當(dāng)前測量信息的探測距離與環(huán)境信息中對應(yīng)掃描角度上的探 測距離之差大于預(yù)置閾值；和/或，完成一次扇面掃描，所述探測距離之差大于預(yù)置閾 值的累積次數(shù)。例如，有如下測量信息
權(quán)利要求
1.一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個激光掃描報 警裝置、中繼器和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器；所述激光掃描報警裝置包括二維激光測距儀，用于以扇面掃描的方式輸出激光光束，并根據(jù)探測到的反射光采 集測量信息，以及將所述測量信息輸入至CPU ；CPU,用于實時獲取二維激光測距儀輸出的測量信息，并在檢測范圍內(nèi)比較當(dāng)前測 量信息和環(huán)境信息的信息差異，當(dāng)所述信息差異滿足報警條件時，將對應(yīng)的測量信息輸 入至存儲單元，同時觸發(fā)報警單元； 報警單元，用于進(jìn)行現(xiàn)場報警；通信單元，用于當(dāng)所述信息差異滿足報警條件時，將所述測量信息發(fā)送到中繼單元；存儲單元，用于記錄檢測區(qū)域范圍，以及保存環(huán)境信息和報警時的測量信息； 所述中繼器，用于獲取由激光掃描報警裝置的通信單元發(fā)送的測量信息，并將測量 信息傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器，用于接收中繼器發(fā)送的測量信息，并對測量信息進(jìn)行顯示和 記錄。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個工點設(shè)置一個中繼器，一個中繼器對應(yīng)一個或多個激光掃描報警裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器還用于向?qū)?biāo)定參數(shù)發(fā)送至中繼器；則所述中繼器還用于將接收到的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送的標(biāo)定參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給各個激光掃 描報警裝置；其中，所述標(biāo)定參數(shù)包括檢測區(qū)域范圍、掃描頻率、報警條件。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量信息包括激光光束在掃描扇面內(nèi)的掃描角度、對應(yīng)掃描角度上激光光束 反射點到反射光探測點的探測距離。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境信息為檢測區(qū)域內(nèi)沒有侵入異物時，CPU獲取的二維激光測距儀采集的一包測量信息；其中，所述一包測量信息為二維激光測距儀完成一次扇面掃描所采集的多組測量 fn息ο
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述報警條件為當(dāng)前測量信息的探測距離與環(huán)境信息中對應(yīng)掃描角度上的探測距離之差大于預(yù)置閾值；和/或，完成一次扇面掃描，所述探測距離之差大于預(yù)置閾值的累積次數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述二維激光測距儀以每0.5度發(fā)射一激光光束的方式進(jìn)行扇面掃描；其中，掃描角 度范圍為180度。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描頻率為一秒完成一次扇面掃描。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述檢測類型包括跨越類施工工點和并行類施工工點。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中繼器通過輪詢的方式從各個激光掃描報警裝置獲取測量信息； 所述中繼器通過GPRS無線方式將測量信息遠(yuǎn)程傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非接觸式鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)，包括激光掃描報警裝置、中繼器和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器；激光掃描報警裝置包括二維激光測距儀、CPU、報警單元、通信單元和存儲報警單元，用于通過二維激光測距儀采集測量信息，并在檢測范圍內(nèi)比較當(dāng)前測量信息和環(huán)境信息的信息差異，當(dāng)信息差異滿足報警條件時，將對應(yīng)的測量信息輸入至存儲單元、進(jìn)行現(xiàn)場報警，并將測量信息發(fā)送到中繼單元；中繼器，用于獲取由激光掃描報警裝置發(fā)送的測量信息，并將測量信息傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器；遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器，用于接收中繼器發(fā)送的測量信息，并對測量信息進(jìn)行顯示和記錄。通過本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍小物體的檢測，并且提高檢測的精確度和實時性。
文檔編號B61L23/00GK102009668SQ20101023060
公開日2011年4月13日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者余祖俊, 朱力強, 郭保青 申請人:北京交通大學(xué)