基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统及方法，系统根据图像采集模块和测距模块获取的数据，进行视频图像处理，完成障碍物的一次检测。并能通过应答器长距离传输一次检测结果，融合车载检测装置检测结果，完成障碍物的二次检测。根据二次检测结果最终判断障碍物对列车运行的影响程度，从而控制列车预警、减速运行或者停车，最终实现对列车运行环境监控和应急处理的目的。本发明专利技术具有硬件成本低、开发效率高、检测精度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统及方法
本专利技术属于智能交通检测
，特别是一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统。
技术介绍
障碍物检测作为一种保障列车运行安全的算法，其在理论和实际上都取得了不错的成果，但在检测精度和检测对象的分析上仍面临下列问题：1)常用检测算法会区分静态障碍物和动态障碍物，检测过程繁琐，检测算法复杂多变，当检测对象为动态障碍物时，通常得到的是障碍物的运动轨迹，很难得到障碍物形态特征；2)当用车载检测装置检测障碍物时，可检测的范围和距离有限，受外界干扰大，当仅用固定在线路两旁的装置检测时，灵活性不高，通信容易中断；3)视频图像处理只能得到障碍物的二维信息，不能得到障碍物的高度信息，因此可能会误判障碍物对列车运行的影响；4)轨道交通常用应急处理方法为当司机看见前方障碍物时，才控制列车减速或停车，此方法可能会导致应急处理不及时，从而发生严重的行车事故。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，包括图像采集模块、测距模块、地面信息处理模块、车载信息处理模块、地面应答器、车载应答器和车载检测装置，其中：图像采集模块，隧道内的一侧每隔一段距离设置一个图像采集模块，相邻采集模块监控范围交叉，用于获取列车运行区间的视频图像，并传输给地面信息处理模块；测距模块，设置于隧道上方和下方的固定高度，用于检测障碍物的高度信息，并传输给地面信息处理模块；地面信息处理模块安装于隧道内图像采集模块旁，对接收到的视频图像和障碍物高度信息采用帧差法进行图像处理，得到障碍物的大小、位置、对列车运行影响程度，并将处理结果传递给相应地面应答器；地面应答器，安装于两条轨道中间，用于储存轨道区间信息和前方障碍物最新信息，当列车经过此应答器时，将信息传递给列车；车载应答器，安装于列车车体底端，当车载应答器途径地面应答器时，读取地面应答器储存信息，并将此信息传递给车载信息处理模块；车载检测装置是安装于列车前端的障碍物检测装置，包括车载图像采集模块、车载激光雷达和车载信息处理模块；通过融合接收到的车载应答器信息，得到最新的列车行驶前方的障碍物的大小、位置和对列车运行影响程度。一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测方法，具体步骤为：步骤1、图像采集模块获取隧道视频图像，测距模块获取隧道内各方位障碍物距离信息，两者相融合，将信息传输给地面信息处理模块，进行视频图像处理；步骤2、将地面信息处理模块中的视频图像处理结果实时传递给相应地面应答器，地面应答器对处理结果进行实时覆盖，仅保留前方最新障碍物信息；步骤3、当列车行经此地面应答器时，车载应答器读取前方最新障碍物信息，并将此障碍物信息传递给车载信息处理模块；步骤4、车载信息处理模块通过融合车载应答器传输信息和车载检测装置检测结果，实现障碍物的再次判断，并根据判断结果，实现预警与采取相应应急措施。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)使用图像采集模块与测距模块相结合，在约束条件里加入障碍物的高度信息，使得检测结果更加精确，更容易反应障碍物的体态特征；(2)使用应答器作为信息传输的工具，可以克服远距离传输的困难，使得可检测范围更广泛；(3)在轨道交通隧道内，使用车载检测装置和隧道内检测装置相结合的检测方法，可应对隧道环境视野窄，弯道导致视线受阻的情况；(4)相比于传统的司机辨识障碍物采取应急措施，本专利技术根据检测结果可以及时预警，可缩短应急时间，提高应急处理效率，从而保障列车运营安全。附图说明图1是本专利技术基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测方法的流程框架示意图。图2是本专利技术中信息传输流程示意图；其中：1为车体、2为地面应答器、3为车载应答器、4为车载检测装置、5为图像采集模块、6为测距模块、7为地面信息处理模块。图3是本专利技术中测距模块安装示意图。其中：8为车载图像采集模块、9为车载激光雷达、10为车载信息处理模块。图4是本专利技术中障碍物检测原理俯视图。具体实施方式本专利技术基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，是一种造价低廉、易于适用、检测算法简便、检测精度高、检测范围广的障碍物检测系统，该系统能结合车载检测装置对轨道交通隧道的障碍物进行高精度检测。包括图像采集模块5、测距模块6、地面信息处理模块7、车载信息处理模块10、地面应答器2、车载应答器3和车载检测装置4，能实现一个软硬件融合的障碍物检测系统，能完成一个基于应答器的信息传输系统，并能实现主动安全的列车应急处理系统。一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测方法，具体步骤为：步骤1、安装于隧道内侧的图像采集模块5实时获取隧道视频图像，测距模块6安装于隧道顶端和底端，呈现形式为一对，安装高度为保证列车运行的最大安全裕量，用于获取各方位的距离信息，获取的两个信息相融合，在地面信息处理模块7中进行视频图像处理，得到障碍物的大小、位置、对列车运行影响，完成障碍物的一次判断。步骤2、将障碍物一次判断结果实时传递给相应地面应答器2，一个判断结果传递给多个应答器，一个应答器接收多个判断结果，应答器对接收到的来自同一个装置的判断结果进行实时更新覆盖，最终仅保留前方最新的障碍物信息。步骤3、当列车行经此地面应答器2时，车载应答器3读取前方最新的障碍物信息，检测区间长度可根据图像采集模块5和测距模块6与地面应答器2的信息传递对应关系决定，并融合自身车载检测装置4检测信息，在车载信息处理模块10中进行障碍物检测，得到障碍物的大小、位置、对列车运行影响，完成障碍物的二次判断。步骤4、列车根据障碍物二次判断结果，在列车司机控制室实时显示前方障碍物的位置、形状、面积、高度、对列车运行影响程度，并根据预先设置的程序实现预警与采取相应应急措施，例如减速运行或停车。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。本专利技术一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，包括图像采集模块、测距模块、信息处理模块、应答器、车载检测装置。如图1所示，为本专利技术中流程框架示意图，所述流程包括图像采集模块、测距模块、地面信息处理模块共同作用的障碍物一次判断，应答器、车载检测装置、车载信息处理模块共同作用的障碍物二次判断，其中障碍物一次判断和二次判断均获得障碍物的大小、位置、对列车运行的影响，从而对列车进行应急处理，得到轨道交通隧道障碍物检测体系。如图2所示，为本专利技术中信息传输流程示意图，所述障碍物检测系统包括车体1、地面应答器2、车载应答器3、车载检测装置4、图像采集模块5和8、测距模块6、地面信息处理模块7。所述车体1为轨道交通列车，包括地铁、轻轨、高铁等，车体前端底部安装有车载检测装置，包括车载图像采集模块、车载激光雷达和车载信息处理模块，主要用于在列车行驶过程中对列车前方近距离区段进行障碍物检测，并融合地面应答器传输的前方远距离区段障碍物信息，实现障碍物的二次判断，得到障碍物的大小、位置、对列车运行的影响。所述应答器2采用无源应答器，安装于轨道线路中间和列车底端，每个区间设置一个应答器，为列车运行固有装置，为列车提供固定的区间线路信息和临时限速、车载信号开闭信息，在此系统中还为列车提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，其特征在于，包括图像采集模块(5)、测距模块(6)、地面信息处理模块(7)、车载信息处理模块(10)、地面应答器(2)、车载应答器(3)和车载检测装置(4)，其中：图像采集模块(5)，隧道内的一侧每隔一段距离设置一个图像采集模块(5)，相邻采集模块监控范围交叉，用于获取列车运行区间的视频图像，并传输给地面信息处理模块(7)；测距模块(6)，设置于隧道上方和下方的固定高度，用于检测障碍物的高度信息，并传输给地面信息处理模块(7)；地面信息处理模块(7)安装于隧道内图像采集模块(5)旁，对接收到的视频图像和障碍物高度信息采用帧差法进行图像处理，得到障碍物的大小、位置、对列车运行影响程度，并将处理结果传递给相应地面应答器(2)；地面应答器(2)，安装于两条轨道中间，用于储存轨道区间信息和前方障碍物最新信息，当列车经过此应答器时，将信息传递给列车；车载应答器(3)，安装于列车车体底端，当车载应答器(3)途径地面应答器(2)时，读取地面应答器(2)储存信息，并将此信息传递给车载信息处理模块(10)；车载检测装置(4)是安装于列车前端的障碍物检测装置，包括车载图像采集模块(8)、车载激光雷达(9)和车载信息处理模块(10)；通过融合接收到的车载应答器(3)信息，得到最新的列车行驶前方的障碍物的大小、位置和对列车运行影响程度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，其特征在于，包括图像采集模块(5)、测距模块(6)、地面信息处理模块(7)、车载信息处理模块(10)、地面应答器(2)、车载应答器(3)和车载检测装置(4)，其中：图像采集模块(5)，隧道内的一侧每隔一段距离设置一个图像采集模块(5)，相邻采集模块监控范围交叉，用于获取列车运行区间的视频图像，并传输给地面信息处理模块(7)；测距模块(6)，设置于隧道上方和下方的固定高度，用于检测障碍物的高度信息，并传输给地面信息处理模块(7)；地面信息处理模块(7)安装于隧道内图像采集模块(5)旁，对接收到的视频图像和障碍物高度信息采用帧差法进行图像处理，得到障碍物的大小、位置、对列车运行影响程度，并将处理结果传递给相应地面应答器(2)；地面应答器(2)，安装于两条轨道中间，用于储存轨道区间信息和前方障碍物最新信息，当列车经过此应答器时，将信息传递给列车；车载应答器(3)，安装于列车车体底端，当车载应答器(3)途径地面应答器(2)时，读取地面应答器(2)储存信息，并将此信息传递给车载信息处理模块(10)；车载检测装置(4)是安装于列车前端的障碍物检测装置，包括车载图像采集模块(8)、车载激光雷达(9)和车载信息处理模块(10)；通过融合接收到的车载应答器(3)信息，得到最新的列车行驶前方的障碍物的大小、位置和对列车运行影响程度。2.根据权利要求1所述的基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，其特征在于：所述图像采集模块(5)、车载图像采集模块(8)采用红外摄像机，用于监控隧道内情况，并将视频信息实时传递给地面信息处理模块(7)，进行视频图像处理。3.根据权利要求1所述的基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，其特征在于：所述测距模块(6)为平面激光测距传感器。4.根据权利要求1所述的基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，其特征在于：所述车载检测装置(4)安装于车体前端底部，用于检测近距离的障碍物，并与车载应答器(3)传输的障碍物信息相融合，采用帧差法得到障碍物的大小、位置和对列车运行影响程度。5.根据权利要求1所述的基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，其特征在于：所述地面应答器(2)分为无源应答器和有源应答器，用于传递给列车固定的区间线路信息和临时限速、车载信号开闭信息，以及地面信息处理模块(7)传输的障碍物大小、位置和对列车运行影响程度；车载应答器(3)用于读取地面应答器(2)信息，实现车地通信。6.根据权利要求1所述的基于应答器信息传输的轨道交通隧道障碍物检测系统，其特征在于：所述地面信息处理模块(7)采用背景帧差法对接收到的视频图像和障碍物高度信息进行处理，具体如下：隧道图像采集模块(5)将采集到的视频信息实时传递给地面信息处理模块(7)，初始视频图像为背景模型b(x,y)，当前每一帧图像为f(x,y,i,h)，其中(x,y)为图像位置坐标，i为图像帧数，h为测距模块测得的障碍物与安全阈值之间的关系，将每一帧图像的灰度值减去背景的灰度值得到一个差值图像：id(x,y,i,h)＝f(x,y,i,h)-b(x,y,h)通过设置一个图像阈值T和一个高度阈值H得到一个二值化差值图像：其中高度h是根据激光测距传感器所测，具体对应关系为：其中r为激光测距传感器测得各方位的实测距...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永能，肖添文，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32