本發(fā)明屬于激光測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鐵道線路障礙物自動監(jiān)測識別的裝置。

背景技術(shù)：

目前我國鐵路經(jīng)過“十二五”的大力建設(shè)，在2015年實(shí)現(xiàn)通車?yán)锍?2萬公里，高鐵運(yùn)營里程超過1.9萬公里，為民眾的出行提供了極大的便利，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。運(yùn)營安全是鐵路運(yùn)輸永恒的主題。為加強(qiáng)鐵路線路防護(hù)管理，確保鐵路行車安全和人身安全，減少路內(nèi)外人身傷亡事故，我國新建的各等級鐵路沿線均設(shè)置了防護(hù)柵欄、防護(hù)網(wǎng)作為鐵路周界進(jìn)行封閉。隧道口山體的落石等有害障礙物對鐵路運(yùn)營安全是嚴(yán)重的危害，在沿線重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行安全管理手段，是保障鐵路行車安全的重要措施之一。

基于鐵路運(yùn)營安全管理需求，有必要研究基于隧道監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合光傳感、電傳感等新技術(shù)和管控措施，開發(fā)出一套運(yùn)營于鐵路隧道落石等有害障礙物報警系統(tǒng)，為鐵路提供全方位的安全防護(hù)，大幅度提升鐵路周界、重點(diǎn)區(qū)域的安防管理水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵道線路障礙物激光雷達(dá)自動搜索人工智能監(jiān)測識別和報警的裝置以解決以上所述的至少一項(xiàng)技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鐵道線路障礙物自動監(jiān)測識別的裝置，包括：

激光測距機(jī)，用于沿鐵道線路上方一平面按設(shè)定角度范圍發(fā)出激光，進(jìn)行掃動搜索；還用于接收返回的激光信號；

精密轉(zhuǎn)動平臺，與激光測距機(jī)固定，用于控制激光測距機(jī)按設(shè)定角度進(jìn)行掃動；

障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，用于根據(jù)接收返回的激光信號和發(fā)出激光信號，自動判斷鐵道線路上是否存在有害障礙物。

進(jìn)一步的，還包括報警器，用于當(dāng)自動判斷存在有害障礙物時，發(fā)出報警信號。

進(jìn)一步的，所述精密轉(zhuǎn)動平臺電性耦接至一步進(jìn)電機(jī)，以使所述掃動搜索以等角度步進(jìn)式方法進(jìn)行。

進(jìn)一步的，所述步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為0.001分-10度。

進(jìn)一步的，所述障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，用于自動判斷鐵道線路上是否存在有害障礙物具體包括：

根據(jù)返回的激光信號以及發(fā)出的激光信號計(jì)算獲得障礙物數(shù)據(jù)，確定障礙物的位置和水平方向尺寸；

對接收到返回的激光信號區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃動搜索，如仍接收到返回的激光信號，則判斷存在有害障礙物。

進(jìn)一步的，所述障礙物數(shù)據(jù)包括障礙物的尺寸，與返回的激光信號裝置的距離以及方位角。

進(jìn)一步的，對接收到返回的激光信號區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃動搜索，如未接收到返回的激光信號，則判斷不存在有害障礙物。

進(jìn)一步的，還包括：發(fā)射整形部件，用于對按設(shè)定角度范圍發(fā)出的激光進(jìn)行光束整形以形成準(zhǔn)直光束；接收整形部件，用于對接收返回的激光信號進(jìn)行光束整形形成準(zhǔn)直光束。

進(jìn)一步的，所述激光測距機(jī)用于以連續(xù)激光方式或者脈沖激光方式發(fā)出激光。

進(jìn)一步的，所述激光測距機(jī)掃動搜索的周期為1ms-60min。

通過上述技術(shù)方案，可得知本發(fā)明裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明裝置可提供即時監(jiān)視和報警，沒有時間延遲；同時可提供視頻信號，供值班人員遠(yuǎn)距離對有害障礙物進(jìn)行觀察和判斷，以便對報警采取措施；

(2)本發(fā)明裝置具有人工智能的功能，具體通過障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件實(shí)現(xiàn)，只對可能對鐵路造成威脅的有害障礙物(例如尺寸大小超過一定要求的落石等有害障礙物)報警。可以分辨由于下雨，昆蟲，空中漂浮物(如樹葉，塑料袋等)，路過小動物，以及過往車輛等物體，避免上述物體造成系統(tǒng)的誤報；

(3)本發(fā)明裝置使用步進(jìn)式掃動搜索，形成高精度雷達(dá)系統(tǒng)，距離，方位的分辨率可達(dá)到厘米級；雷達(dá)搜索面可以覆蓋指定的鐵路線路，無盲區(qū)。探測距離遠(yuǎn)可達(dá)一百米；

(4)本發(fā)明裝置利用人眼安全的激光束非接觸的搜索方式來探測有害障礙物，不會對列車運(yùn)行或者線路維護(hù)人員造成傷害；

(5)本發(fā)明裝置能夠在濕熱，高溫或寒冷地域使用，可以全天候工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鐵道線路障礙物自動監(jiān)測識別的裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的鐵道線路障礙物自動監(jiān)測識別的裝置原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清晰明確，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，任何對本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征進(jìn)行等價替換和常規(guī)推理得出的方案均落入本發(fā)明保護(hù)范圍。本發(fā)明包含并不限于以下的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的基本構(gòu)思，提供一種鐵道線路障礙物自動監(jiān)測識別的裝置，通過發(fā)射和接收激光，利用激光測距和激光攝像原理，可以對探測范圍內(nèi)闖入的有害障礙物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地判別，并對告警目標(biāo)進(jìn)行定位。同時快速傳遞告警信息，便于相關(guān)人員觀察、及時判斷，采取應(yīng)急措施。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鐵道線路障礙物自動監(jiān)測識別的裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本實(shí)施例提供的鐵道線路障礙物自動監(jiān)測識別的裝置，可以包括：

激光測距機(jī)，用于沿鐵道線路上方一平面按設(shè)定角度范圍發(fā)出激光，進(jìn)行掃動搜索；還用于接收返回的激光信號；

精密轉(zhuǎn)動平臺，與激光測距機(jī)固定，用于控制激光測距機(jī)按設(shè)定角度進(jìn)行掃動；

障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，用于根據(jù)接收返回的激光信號和發(fā)出激光信號，自動判斷鐵道線路上是否存在有害障礙物。

進(jìn)一步的，一些實(shí)施例中還可包括報警器，用于當(dāng)自動判斷存在有害障礙物時，發(fā)出報警信號。

上述的精密轉(zhuǎn)動平臺電性耦接至一步進(jìn)電機(jī)，以使所述掃動搜索以等角度步進(jìn)式方法進(jìn)行，所述步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為0.001分-10度。

激光測距機(jī)用于以連續(xù)激光方式或者脈沖激光方式發(fā)出激光。所述激光測距機(jī)掃動搜索的周期為主要是根據(jù)時間來判斷，比如動物和隨風(fēng)漂浮塑料袋是動態(tài)的，會移動。設(shè)定一具體時間段(比如說1ms到60min)，重復(fù)測量后，來判斷是不是該障礙物還在，再決定是否報警。

具體的，所述障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，用于自動判斷鐵道線路上是否存在有害障礙物包括：根據(jù)返回的激光信號以及發(fā)出的激光信號計(jì)算獲得障礙物數(shù)據(jù)，確定障礙物的位置和水平方向尺寸；對接收到返回的激光信號區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃動搜索，如仍接收到返回的激光信號，則判斷存在有害障礙物。

上述障礙物數(shù)據(jù)包括障礙物的尺寸，與返回的激光信號裝置的距離以及方位角。

對于激光測距機(jī)，可對接收到返回的激光信號區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃動搜索，如未接收到返回的激光信號，則判斷不存在有害障礙物。

優(yōu)選的，上述裝置還可包括：發(fā)射整形部件，用于對按設(shè)定角度范圍發(fā)出的激光進(jìn)行光束整形以形成準(zhǔn)直光束；接收整形部件，用于對接收返回的激光信號進(jìn)行光束整形形成準(zhǔn)直光束。

上述裝置一種可選的進(jìn)行檢測識別的步驟包括：

s100：沿鐵道線路上方一平面按設(shè)定角度范圍發(fā)出激光，進(jìn)行掃動搜索；

s200：接收返回的激光信號，自動判斷是否存在有害障礙物。

步驟s100中，沿鐵道線路上方一平面可以是與鐵道線路所在平面上方設(shè)定高度的平面，該設(shè)定高度優(yōu)選的為0.5-50cm，進(jìn)一步的優(yōu)選為1-10cm。當(dāng)然該平面盡可能與鐵道線路所在平面盡可能平行，兩者之間也可以存在一定的夾角，以掃動搜索的激光能夠探測到待探測軌道上方待探測的區(qū)域?yàn)闇?zhǔn)。

對于設(shè)定角度，目的是實(shí)現(xiàn)跨軌道掃描，即從一側(cè)的軌道掃描至另一側(cè)軌道，也就是在整個軌道上方都可以實(shí)現(xiàn)掃動搜索。該設(shè)定角度可以為0-360°，優(yōu)選的為180度。

對于上述掃動搜索，可以按照連續(xù)激光方式發(fā)出或者脈沖激光方式發(fā)出，對設(shè)定的角度范圍內(nèi)進(jìn)行搜索。

其中，上述步驟s100可包括子步驟：

s101：打開一鐵道線路障礙物激光雷達(dá)自動搜索開關(guān)，安置激光測距機(jī)的高精度轉(zhuǎn)臺開始沿鐵道線路上方一平面在設(shè)定角度間循環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)動激光搜索；

s102：激光搜索過程中，激光測距機(jī)發(fā)出激光，經(jīng)過光束整形部分，照射到可能出現(xiàn)的目標(biāo)障礙物上。

對于搜索的位置，可將激光雷達(dá)放置在鐵路的隧道口內(nèi)，面向隧道口外的鐵軌進(jìn)行激光搜索，激光雷達(dá)探測探在0-1000米，優(yōu)選的也可以為0-100米；也可根據(jù)需要從隧道口外部激光搜索隧道出口的一段距離的軌道。

上述激光雷達(dá)可以人眼安全的近紅外激光(波長780-2526nm)為光源，不會對列車運(yùn)行或者線路維護(hù)人員造成傷害。

在轉(zhuǎn)動搜索時，可以等角度步進(jìn)式方法進(jìn)行；可以選擇步進(jìn)的角度為0.001分-10度。該步進(jìn)式搜索可以提高激光雷達(dá)的精度，提高后期接收到的反射的激光信號的分辨率，可達(dá)到厘米級。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的精密轉(zhuǎn)動平臺具有高精度、高穩(wěn)定性以及長壽命的特點(diǎn)，可以長時間使搭載在其上的激光測距機(jī)平穩(wěn)精確的在某個角度范圍、某個高度的水平面之上進(jìn)行長時間的有間斷，或者無間斷的搜索和監(jiān)測。

步驟s102中，可通過發(fā)射整形部分對激光光束進(jìn)行整形，使其發(fā)射出貼近軌道平面的準(zhǔn)直光束作為探測光，其中準(zhǔn)直激光對監(jiān)視區(qū)域的視場角內(nèi)進(jìn)行機(jī)械掃動搜索，監(jiān)視進(jìn)入監(jiān)視范圍的外來物體。

步進(jìn)式搜索時通過上述高精度轉(zhuǎn)臺實(shí)現(xiàn)的，高精度轉(zhuǎn)臺設(shè)置于激光測距機(jī)下部，激光測距機(jī)發(fā)出激光后如遇到障礙物則反射回激光信號，被其接收；然后再步進(jìn)至下一角度，測量下一角度位置是否存能檢測到反射的信號。

其中，上述步驟s200可包括子步驟：

s201：返回的激光信號經(jīng)過接收整形部分返回到激光測距機(jī)接收器；

s202：全范圍背景激光搜索并完善；

s203：即通過測量該有害障礙物與測距機(jī)的距離和角度來確定該有害障礙物的位置以及水平方向的尺寸，確定障礙物位置；

s204：重復(fù)進(jìn)行掃動搜索；

s205：若障礙物仍存在原始位置，則判斷為有害障礙物，發(fā)出警報；若此障礙物已不在原始位置，則繼續(xù)監(jiān)測過程，返回步驟s101。

上述有害障礙物出現(xiàn)時間可以根據(jù)具體要求進(jìn)行設(shè)定，比如1ms-60min，進(jìn)一步優(yōu)選的1-10s。出現(xiàn)在鐵道線路上且具有一定體積大小(比如識別報警的障礙物的尺寸可根據(jù)要求設(shè)定，可設(shè)定長寬高范圍為0.5cm到50cm，目前設(shè)定是長寬高均為5cm)的物體。

步驟s201中，接收返回的激光信號時也進(jìn)行光束整形形成準(zhǔn)直光束，通過形成準(zhǔn)直光束以提高探測的精度。

s202：全范圍背景激光搜索為預(yù)掃描，即提前了解下線路的情況，這樣可以排除預(yù)警線路上的電線桿等正常物件，避免誤報為障礙物。

步驟s203通過障礙物判斷電路實(shí)現(xiàn)，障礙物判斷電路可通過距離選通方法或者預(yù)算設(shè)定的智能判斷算法判斷出障礙物。

步驟s205中，當(dāng)自動判斷存在有害障礙物時，發(fā)出報警信號。即可包括一報警器，該報警器包含聲、光、點(diǎn)的報警信號。當(dāng)激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)預(yù)警的判據(jù)時，系統(tǒng)發(fā)出警報。通知值班人員進(jìn)一步通過視頻對報警現(xiàn)場做出判斷，人工確認(rèn)闖入物體的性質(zhì)，采取必要的措施。該步驟可以通過運(yùn)算處理部件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算處理部件可以為單片機(jī)、電腦及有一定邏輯判斷功能的集成芯片。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的鐵道線路障礙物自動監(jiān)測識別的裝置原理示意圖。如圖2所示，可沿著鐵道線路203的一側(cè)設(shè)置有發(fā)射和探測激光一體化的激光測距機(jī)201，激光測距機(jī)沿著鐵道線路上方一平面206以設(shè)定角度d發(fā)出激光202進(jìn)行掃動搜索。

當(dāng)有外部的有障礙物204闖入所指定的軌道范圍，首先對接收到的激光反射信號進(jìn)行接收整形，然后把整形后的信號提供給障礙物判斷電路和運(yùn)算處理部件，通過根據(jù)測量所得到的有害障礙物距離測距機(jī)的距離以及角度關(guān)系進(jìn)而判斷出有害障礙物的大致位置以及水平長度，以及障礙物停留的時間，決定是否發(fā)出報警信號。當(dāng)激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)預(yù)警的判據(jù)時，系統(tǒng)發(fā)出警報。系統(tǒng)發(fā)出報警信號之后，同時自動打開激光高分辨監(jiān)視器，并通知值班人員進(jìn)一步通過視頻對報警現(xiàn)場做出判斷，人工確認(rèn)闖入物體的性質(zhì)，采取必要的措施。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。