全天候高速铁路车载路障检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了全天候高速铁路车载路障检测系统。检测系统中：镜头与短波红外成像装置相连；姿态调整装置驱动镜头及辅助照明装置，智能实时调整其姿态；短波红外成像装置与车载主控装置相连；车载主控装置分别与显示装置、报警装置、存储装置连接。本实用新型专利技术具备较高的目标细节分辨率及全天候工作能力，能与列车运行监控记录装置进行实时通讯，获取前方轨道信息及列车运行速度等信息，能有效降低虚警率。

【技术实现步骤摘要】
全天候高速铁路车载路障检测系统
本技术涉及一种全天候高速铁路车载路障检测系统。
技术介绍
列车行车安全一直是一个热门研宄课题，特别是中国铁路的六次大提速，使得铁 路运输发生了重大变化。列车运行速度的提高带来更多的安全隐患和安全风险。高速铁 路技术的快速发展，已使我国的高速铁路安全得到了比较好的保障，但由于自然灾害和人 为破坏等因素，加上列车行车速度快，保证行车安全的难度很大，具体体现在：一、列车运行 中，轨道上如有障碍物，紧急刹车所需制动距离长；二、在列车运行速度提升后，司机对于线 路状态不能做出快速反应；三、一旦发生行车事故，破坏力大，事故严重。因此，如何保证高 速铁路的行车安全是一个亟需解决的技术难题。 影响列车行车安全的因素主要包括管理水平、装备的可靠性以及铁路路障等。铁 路轨道路障是指在铁轨上的影响列车行车安全的障碍物，如山体滑坡、泥石流塌方等自然 灾害、非法在轨道上放置障碍物以及非法上道的人畜车辆等。由于列车行车速度快，且雨雾 等恶劣天气和夜晚瞭望条件差，单靠司机视觉和传统的常规检测方法来进行路障识别，难 以保证行车安全。虽然铁路部门采取了限速及相关应急措施，但事故仍时有发生。因此， 铁路特别是高速铁路的路障检测成为保证列车行车安全的关键及技术难题，研宄全天候高 速铁路车载路障检测系统及方法，为确保列车行车安全和减小事故危害提供有效的技术手 段，具有显著的社会经济效益和学术理论价值。 根据目前的研宄现状，铁路路障检测物检测主要采用基于计算机视觉的被动检测 方法，采用光学传感器，运用图像检测的相关理论来进行障碍物检测，该方法算法复杂，计 算量大，不易实现，但其识别率较高，随着计算机软硬件技术的发展，图像检测方法也被广 泛应用于诸多领域。该方法按照摄像机的安装地点可分为两类：一类是在铁路沿线安装摄 像机对路障进行检测，该方式检测区域不连续，检测信息需要通过无线方式实时传输，相对 复杂，硬件成本较高；另一类是在列车上安装光学传感器进行路障检测，该方法算法复杂， 检测距离有限，弯道无法及时检测。 申请号为200820230293. 2的中国技术专利，名称为：基于被动红外热成像仪 的列车智能交通监控系统，该系统将红外热成像仪安装在列车头部的顶上，获取列车行驶 方向轨道上的实时视频，并对实时视频图像进行增强预处理，然后通过图像智能处理器进 行图像处理，完成对前方障碍物、前方列车、弯道、分叉等危险情况进行自动识别并实时报 警。该技术专利采用基于中波红外成像技术进行轨道障碍物识别，能一定程度避免大 雾、夜晚等恶劣气象条件的影响，但该系统的检测距离短，分辨率低，成本高，且中波红外对 车窗玻璃的穿透性差，所以摄像头只能安装在车体外部，无法满足高速铁路要求。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本技术提出了全天候高速铁路车载路障检 测系统。 -种全天候高速铁路车载路障检测系统，包括镜头、短波红外成像装置、姿态调整 装置、辅助照明装置、车载主控装置、显示装置、报警装置以及存储装置； 所述镜头与短波红外成像装置相连，用于前方轨道成像；辅助照明装置用于车辆 前方视野的照明；姿态调整装置驱动镜头及辅助照明装置，实时调整姿态，保证前方轨道视 野在镜头及辅助照明的视场内；所述短波红外成像装置与车载主控装置相连；所述车载主 控装置分别与显示装置、报警装置、存储装置连接； 所述检测系统各部分均安装在驾驶室内，镜头、短波红外成像装置及辅助照明装 置朝向前挡风玻璃； 所述镜头透过波长在〇. 9 3 的红外光，所述短波红外成像装置工作在 0. 4 7 的短波红外光谱段，采用InGaAs光电探测器； 所述辅助照明装置为1. 55 的短波红外光，根据外界光线强度开关照明光； 所述姿态调整装置通过二维电机控制二维转台精确定位镜头及辅助照明的位置， 调整仰角范围（Tl80°，方位角(Tl80°。 所述报警装置包括灯光报警器、声音报警器。 车载主控系统是系统的数据处理及逻辑控制部分，采用DSP及FPGA相结合的逻辑 控制芯片，主要职能包括配置系统工作参数，接收并处理红外图像数据，控制姿态调整装置 的驱动电机，配置大辅助照明装置的工作参数，获取列车运行监控记录装置内部参数，向显 示装置与报警装置提供数据。 系统将光电传感器所获取的前方轨道图像模拟视频信号，得到动态图像序列帧， 在车载主控系统中完成数字图像的预处理，智能识别前方的铁轨及障碍物，并按照规则给 出警告或报警信号，为了便于驾驶员的观测，处理后的视频信号输入液晶显示屏，并根据需 要附加多种信息，如道路走向、障碍物信息、工作状态等等。 本技术通过上述技术解决方案达到以下效果： 1、本技术利用短波红外穿透玻璃的特性，将路障检测系统安装于驾驶室内， 弥补了长波及中波红外系统因无法穿透玻璃需安装车外的不足，同时降低了结构上防风防 雨防盗等要求。 2、本技术既有长波红外的穿透能力强，探测距离远的优点，同时具备较高的 目标细节分辨率及全天候工作能力。 3、本技术能根据轨道线路特点，自动调整镜头及辅助照明的姿态，保证远距 离铁轨处于镜头视场内。 4、体积小、安装简易，具备模块化，可控性。 【附图说明】 图1是本技术的系统组成框图； 图2是本技术实际应用场景图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本技术的实施例作详细说明：本实施例以本技术技术方 案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围 不限于下述的实施例。 实施例1 本实施例提供全天候高速铁路车载路障检测系统，组成原理如图1所示，检测系 统主要包括：镜头、短波红外成像装置、姿态调整装置、辅助照明装置、车载主控装置、显示 装置、报警装置以及存储装置。 镜头与短波红外成像装置相连，用于前方轨道成像；辅助照明装置与镜头朝向一 致，用于镜头视野的照明；姿态调整装置驱动镜头及辅助照明装置，实时调整其姿态，保证 前方轨道视野在镜头及辅助照明的视场内；所述短波红外成像装置与车载主控装置相连； 所述车载主控装置分别与显示装置、报警装置、存储装置连接。 该系统各部分均安装在驾驶室内，镜头、短波红外成像装置及辅助照明装置朝向 前挡风玻璃。 镜头透过波长在0. 9ω?Γ2. 范围内的红外光，焦距为300遞?。短波红外成像 装置工作在〇. 〇. 的短波红外光谱段，采用InGaAs面阵光电探测器，有效像素为： 640X512,像素尺寸大小为：15ω?Χ 15--。短波红外受大气、气溶胶以及微小颗粒的影响相 对较小，因此大气透过率较高，观测距离远，并具备玻璃穿透能力及一定穿透烟雾的能力。 系统白天工作时，利用太阳光照射所反射的短波红外进行成像；夜间成像时，辅助照明发出 照明光，经目标反射后，进行成像。 铁轨轨距是1435蕭，假设在保证检测率的情况下要求其在拍摄图像上至少具有 20个像素，那么该系统的理论最远检测距离为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全天候高速铁路车载路障检测系统，包括镜头、短波红外成像装置、姿态调整装置、辅助照明装置、车载主控装置、显示装置、报警装置以及存储装置，其特征在于：所述镜头与短波红外成像装置相连，用于前方轨道成像；辅助照明装置用于车辆前方视野的照明；姿态调整装置驱动镜头及辅助照明装置，实时调整姿态，保证前方轨道视野在镜头及辅助照明的视场内；所述短波红外成像装置与车载主控装置相连；所述车载主控装置分别与显示装置、报警装置、存储装置连接；所述检测系统各部分均安装在驾驶室内，镜头、短波红外成像装置及辅助照明装置朝向前挡风玻璃；所述镜头透过波长在0.9μm‑2.3μm的红外光，所述短波红外成像装置工作在0.4μm‑1.7μm的短波红外光谱段，采用InGaAs光电探测器；所述辅助照明装置为1.55μm的短波红外光，根据外界光线强度开关照明光；所述的姿态调整装置通过二维电机控制二维转台精确定位镜头及辅助照明的位置，调整仰角范围 0~180°，方位角0~180°。

【技术特征摘要】
1. 一种全天候高速铁路车载路障检测系统，包括镜头、短波红外成像装置、姿态调整装 置、辅助照明装置、车载主控装置、显示装置、报警装置以及存储装置，其特征在于： 所述镜头与短波红外成像装置相连，用于前方轨道成像；辅助照明装置用于车辆前方 视野的照明；姿态调整装置驱动镜头及辅助照明装置，实时调整姿态，保证前方轨道视野在 镜头及辅助照明的视场内；所述短波红外成像装置与车载主控装置相连；所述车载主控装 置分别与显示装置、报警装置、存储装置连接； 所述检测系统各部分均安装在驾驶室内，镜头、短波红外成像装置及辅助照明装置朝 向前挡风玻璃； 所述镜头透过波长在0.9 3 的红外光，所述短波红外成像装置工作在 0. 4 Wffrl. 7 的短波红外光谱段，采用InGaA...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞申伟，赵华，李威霖，
申请(专利权)人：杭州南车城市轨道交通车辆有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33