一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置及方法，该装置包括激光雪深传感器、云台、支架、第一固定架、第二固定架、数据处理平台、终端计算机、量雪尺、地面参考板、倾角传感器、网络摄像机，所述数据处理平台包括数据处理单元、3G路由器，其中3G路由器采用3G移动数据通信平台；所述的激光雪深传感器固定设置在所述云台上，随云台的俯仰转动而转动，输出信号经数据处理平台采集和处理，并经通讯单元传递到终端计算机。该装置能够实现多点雪深自动测量，引入视频拍摄量雪尺图像及地面积雪情况，验证激光雪深传感器测量精度，同时识别地面积雪图像轮廓，估算周围地面积雪分布情况。本发明专利技术测量精度高、稳定性好、实时性强，使用方便。

【技术实现步骤摘要】
一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置及方法
本专利技术涉及气象观测
，特别是一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置及方法。
技术介绍
下小雪对铁路运输并无大碍，但大雪或飞雪会严重影响运输安全和运输效率，雪崩则可能造成铁路安全事故。通过对铁路沿线雪情的实时监测，可以有效的避免雪灾引起铁路安全事故，提高运输安全和运输效率，为铁路安全运营提供量化参考。雪深是从积雪表面到地面的垂直深度。传统的雪深测量方法是人工观测法，将雪尺或有同样刻度的测杆插入雪中至地表面来进行地面积雪深度的测量。人工观测费时、费力，随机误差较大，且天气变化对测量精度及实施难度均有较大影响，难以实现高精度、实时雪深监测。目前的雪深自动化观测方法，包括图像识别法、超声波测量法和激光传感器测距法。图像识别法是先将量雪尺立在雪地，用摄像机采集量雪尺图像，然后通过图像识别软件识别量雪尺当前刻度，得出雪的深度。这种方法虽能够实时测得雪深数据，但在大雪或者能见度较低的情况下，识别精度低，测量误差大。超声波雪深传感器是应用超声波在声阻抗不同的两种物质界面上产生反射的性质测量界面距离的原理来测量雪的深度。风速、不平整的雪面、低吹雪、较低的温度等因素却会影响超声波传感器的测量结果，使得其测量距离比较短，测量精度较低。激光传感器测量雪深精度高，实时性好，但传统的单一激光传感器进行雪深测量，可能因为激光检测点的位置不同，得出不同的测量结果，造成列车的错误调度或者是误报警的情况。除此之外，通过超声波传感器和激光传感器测量雪深，只对同一位置点进行连续测量，当这一观测点受到人为破坏等因素影响，装置会误报数据或者观测点废掉等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量精度高、稳定性好、实时性强、结构简单、使用方便的激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置，包括激光雪深传感器、云台、支架、第一固定架、第二固定架、数据处理平台、终端计算机、量雪尺、地面参考板、倾角传感器、网络摄像机；所述激光雪深传感器固定在云台上，激光雪深传感器随云台的俯仰转动而转动；所述倾角传感器固定设置于激光雪深传感器侧壁，实现转动角度的测量；所述支架与地面垂直固定，沿着支架从下到上依次设置有第一固定架、第二固定架、云台，其中云台安装在支架顶端，并通过第一螺栓固定；所述数据处理平台通过第一螺钉设置在第二固定架上，所述网络摄像机通过第二螺钉设置在第一固定架上，第一固定架、第二固定架分别通过第二螺栓水平安装在支架上；所述地面参考板水平安装且与地面平齐，量雪尺设置在地面参考板中心，并与地面垂直；所述数据处理平台包括数据处理单元、3G路由器，其中3G路由器采用3G移动数据通信平台，通过3G路由器无线传输视频图像及积雪深度信息；所述激光雪深传感器、倾角传感器与网络摄像机的数据线均接入数据处理平台，数据处理平台采集激光雪深传感器的输出信号和网络摄像机采集的视频信号，经数据处理单元处理后得到视频图像及积雪深度信息并由3G路由器发送到3G无线网络，终端计算机通过配套的路由器对处理结果进行接收。一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量方法，包括以下步骤：第1步，在直条状量雪尺的纵向中心设置1条竖直线，刻度线垂直于该竖直线形成十字线交叉点，设定交叉点个数为n，分度值用m表示，量雪尺总长为L；第2步，获取积雪前网络摄像机采集的量雪尺图像，确定量雪尺的图像与实际量雪尺的比例关系，记为1:λ；第3步，调整云台的转动角度，使得激光雪深传感器和量雪尺测量同一点雪深值，数据处理平台的数据处理单元分别获得积雪后激光雪深传感器采集的数值、网络摄像机采集的图像；第4步，数据处理单元根据激光雪深传感器采集的数值得到当前第一积雪深度值h1；第5步，数据处理单元根据网络摄像机采集的图像进行图像识别得到量雪尺十字线交叉点的个数，从而确定刻度线条数，则第二积雪深度值h2＝L-m·(n-1)；第6步，比较第一积雪深度值h1和第二积雪深度值h2：如果误差超过5mm，则返回第3步进行装置校正；如果两者误差不超过5mm，则采用加权平均法将两者数据进行融合，得到最终雪深数据并通过3G无线通信发送给终端计算机，然后进入下一步估算周围地面积雪分布；第7步，数据处理单元接收网络摄像机采集的量雪尺周围地面积雪分布图像，并根据地面积雪分布图像提取地面积雪轮廓；第8步，调整云台的转动角度，将激光雪深传感器的激光点打到地面积雪坐标点(x1，y1)，此时激光雪深传感器测量值为H1，设地面积雪轮廓任一点坐标为(x，y)，则地面积雪轮廓上任一点对应的积雪深度为H＝H1+λ·|y-y1|，由此估算周围地面积雪分布。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)测量精度高、稳定性好、实时性强，结构简单，使用方便；(2)云台俯仰转动实现激光传感器可以测量多个点的积雪深度值；(3)引入视频拍摄量雪尺图像及地面积雪情况，验证激光雪深传感器测量精度，为减小安装误差提供依据；(4)根据量雪尺十字线交叉点的个数确定刻度线条数，无需直接识别量雪尺刻度，提高测量精度，同时根据积雪轮廓估算周围地面积雪分布情况，为列车安全运行提供依据。附图说明图1为本专利技术激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置的结构示意图。图2为本专利技术装置中激光雪深传感器的安装结构示意图。图3是本专利技术装置中网络摄像机的安装结构示意图。图4是本专利技术激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置的工作流程图。图5是本专利技术激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量方法的工作原理图。图6是本专利技术提取出的量雪尺图像及处理结果，其中(a)为提取出的量雪尺图像，(b)为量雪尺交叉点的个数求取结果图。图7是地面积雪边缘检测示意图，其中(a)为拍摄地面积雪图，(b)为边缘检测图，(c)为剔除干扰点结果图，(d)为激光检测点示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。结合图1～3，本专利技术激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置，包括激光雪深传感器1、云台2、支架3、第一固定架4、第二固定架7、数据处理平台5、终端计算机8、量雪尺9、地面参考板10、倾角传感器11、网络摄像机15；所述激光雪深传感器1固定在云台2上，激光雪深传感器1随云台2的俯仰转动而转动；所述倾角传感器11固定设置于激光雪深传感器1侧壁，实现转动角度的测量；所述支架3与地面垂直固定，沿着支架3从下到上依次设置有第一固定架4、第二固定架7、云台2，其中云台2安装在支架3顶端，并通过第一螺栓12固定；所述数据处理平台5通过第一螺钉6设置在第二固定架7上，所述网络摄像机15通过第二螺钉14设置在第一固定架4上，第一固定架4、第二固定架7分别通过第二螺栓13水平安装在支架3上；所述地面参考板10水平安装且与地面平齐，量雪尺9设置在地面参考板10中心，并与地面垂直；所述数据处理平台5包括数据处理单元、3G路由器，其中3G路由器采用3G移动数据通信平台，通过3G路由器无线传输视频图像及积雪深度信息；所述激光雪深传感器1、倾角传感器11与网络摄像机15的数据线均接入数据处理平台5，数据处理平台5采集激光雪深传感器1的输出信号和网络摄像机15采集的视频信号，经数据处理单元处理后得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置，其特征在于，包括激光雪深传感器(1)、云台(2)、支架(3)、第一固定架(4)、第二固定架(7)、数据处理平台(5)、终端计算机(8)、量雪尺(9)、地面参考板(10)、倾角传感器(11)、网络摄像机(15)；所述激光雪深传感器(1)固定在云台(2)上，激光雪深传感器(1)随云台(2)的俯仰转动而转动；所述倾角传感器(11)固定设置于激光雪深传感器(1)侧壁，实现转动角度的测量；所述支架(3)与地面垂直固定，沿着支架(3)从下到上依次设置有第一固定架(4)、第二固定架(7)、云台(2)，其中云台(2)安装在支架(3)顶端，并通过第一螺栓(12)固定；所述数据处理平台(5)通过第一螺钉(6)设置在第二固定架(7)上，所述网络摄像机(15)通过第二螺钉(14)设置在第一固定架(4)上，第一固定架(4)、第二固定架(7)分别通过第二螺栓(13)水平安装在支架(3)上；所述地面参考板(10)水平安装且与地面平齐，量雪尺(9)设置在地面参考板(10)中心，并与地面垂直；所述数据处理平台(5)包括数据处理单元、3G路由器，其中3G路由器采用3G移动数据通信平台，通过3G路由器无线传输视频图像及积雪深度信息；所述激光雪深传感器(1)、倾角传感器(11)与网络摄像机(15)的数据线均接入数据处理平台(5)，数据处理平台(5)采集激光雪深传感器(1)的输出信号和网络摄像机(15)采集的视频信号，经数据处理单元处理后得到视频图像及积雪深度信息并由3G路由器发送到3G无线网络，终端计算机(8)通过配套的路由器对处理结果进行接收。...

【技术特征摘要】
1.一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量方法，其特征在于，包括激光雪深传感器(1)、云台(2)、支架(3)、第一固定架(4)、第二固定架(7)、数据处理平台(5)、终端计算机(8)、量雪尺(9)、地面参考板(10)、倾角传感器(11)、网络摄像机(15)；所述激光雪深传感器(1)固定在云台(2)上，激光雪深传感器(1)随云台(2)的俯仰转动而转动；所述倾角传感器(11)固定设置于激光雪深传感器(1)侧壁，实现转动角度的测量；所述支架(3)与地面垂直固定，沿着支架(3)从下到上依次设置有第二固定架(7)、第一固定架(4)、云台(2)，其中云台(2)安装在支架(3)顶端，并通过第一螺栓(12)固定；所述数据处理平台(5)通过第一螺钉(6)设置在第二固定架(7)上，所述网络摄像机(15)通过第二螺钉(14)设置在第一固定架(4)上，第一固定架(4)、第二固定架(7)分别通过第二螺栓(13)水平安装在支架(3)上；所述地面参考板(10)水平安装且与地面平齐，量雪尺(9)设置在地面参考板(10)中心，并与地面垂直；包括以下步骤：第1步，在直条状量雪尺(9)的纵向中心设置1条竖直线，刻度线垂直于该竖直线形成十字线交叉点，设定交叉点个数为n，分度值用m表示，量雪尺总长为L；第2步，获取积雪前网络摄像机(15)采集的量雪尺(9)图像，确定量雪尺(9)的图像与实际量雪尺(9)的比例关系，记为1:λ；第3步，调整云台(2)的转动角度，使得激光雪深传感器(1)和量雪尺(9)测量同一点雪深值，数据处理平台(5)的数据处理单元分别获得积雪后激光雪深传感器(1)采集的数值、网络摄像机(15)采集的图像；第4步，数据处理单元根据激光雪深传感器(1)采集的数值得到当前第一积雪深度值h1；第5步，数据处理单元根据网络摄像机(15)采集的图像进行图像识别得到量雪尺(9)十字线交叉点的个数，从而确定刻度线条数，则第二积雪深度值h2＝L-m·(n-1)；第6步，比较第一积雪深度值h1和第二积雪深度值h2：如果误差超过5mm，则返回第3步进行装置校正；如果两者误差不超过5mm，则采用加权平均法将两者数据进行融合，得到最终雪深数据并通过3G无线通信发送给终端计算机(8)，然后进入下一步估算周围地面积雪分布；第7步，数据处理单元接收网络摄像机(15)采集的量雪尺(9)周围地面积雪分布图像，并根据地面积雪分布图像提取地面积雪轮廓；第8步，调整云台(2)的转动角度，将激光雪深传感器(1)的激光点打到地面积雪坐标点(x1，y1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王夫歌，石奋义，邢宗义，张永，黄瑛，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32