基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置、系统及方法，涉及轨道交通安全防护技术领域，解决了异物侵限防护系统的安装与施工的难度较大的问题，且提高系统环境自适应性，其技术要点包括：识别轨道异物的三维激光雷达采集装置和支撑所述三维激光雷达采集装置的支撑装置；所述支撑装置设于轨道外侧，所述支撑装置顶部设有伺服转动控制装置，所述伺服转动控制装置底部固定连接支撑装置，所述伺服转动控制装置活动连接三维激光雷达采集装置，所述伺服转动控制装置带动三维激光雷达采集装置转动来采集异物信息。支撑装置的设置方便装置的安装与施工，且避免了灾害时，检测装置容易失效以及被异物遮挡存在漏报误报问题。

【技术实现步骤摘要】
基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置、系统及方法
本专利技术涉及轨道交通安全防护
，具体涉及基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置、系统及方法。
技术介绍
轨道交通是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统。最典型的轨道交通就是由传统火车和标准铁路所组成的铁路系统。轨道交通，比如普铁、高铁、轻轨、地铁等，它们在交通领域中扮演着重要的角色。在轨道交通系统中，对铁路线路进行检查，分析轨道是否发生异物侵限行为是保障轨道交通的安全的必要方式。目前轨道交通安全防护领域引入了二维激光雷达，并取得了一定成效。但二维激光雷达的设计原理决定了，它只能对距离铁轨一定高度的单一平面进行扫描，二维激光雷达要与铁轨保持高度一致，在设备运行一定时间后，检测平面易发生偏移导致检测出错，且二维激光雷达只能检测某一平面异物，容易被树枝杂草等异物遮挡，导致漏报误报情况的发生。在发生洪水、泥石流等灾害时，监测系统由于位置较低，容易导致系统整体被破坏失效。因此，为了减少异物侵限防护系统的安装调试难度，提高系统环境自适应性，我们提供基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置、系统及方法来解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何减低异物侵限防护系统的安装调试难度，提高系统环境自适应性，通过三维激光雷达对铁路侵限异物监测，来增加监测的准确性，减少系统误报与漏报，本专利技术目的在于提供基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置、系统及方法来解决以上的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置，包括识别轨道异物的三维激光雷达采集装置和支撑所述三维激光雷达采集装置的支撑装置；所述支撑装置设于轨道内侧或外侧，所述支撑装置顶部设有伺服转动控制装置，所述伺服转动控制装置底部固定连接支撑装置，所述伺服转动控制装置活动连接三维激光雷达采集装置，所述伺服转动控制装带动三维激光雷达采集装置沿轨道垂直方向上下转动(纵向扫描)或沿轨道平行方向水平转动(横向扫描)来采集侵限异物三维信息。采用上述方案：在对轨道交通异物进行侵限检测时，由于二维、三维激光雷达采集装置对轨道异物采集范围和采集精确度有限，三维激光雷达采集装置采集一条轨道的信息，通过在支撑装置上装设可控制三维激光雷达采集装置旋转的伺服转动控制装置，使三维激光雷达采集装置可沿沿轨道垂直方向上下转动(纵向扫描)或沿轨道平行方向水平转动(横向扫描)采集侵限异物三维信息，扩大了三维激光雷达监测区域，提高了三维激光雷达对侵限异物的采集精度，由于底部设有支撑装置，避免了三维激光雷达采集装置被异物遮挡，且在发生灾害时，监测装置也不容易被破坏能及时反馈轨道的受损情况。进一步地，所述伺服转动控制装置包括驱动箱和同步传动装置，所述驱动箱内设有伺服电机，所述伺服电机设有穿过驱动箱的电机轴，所述同步传动装置内设有第一同步轮、第二同步轮和同步带，所述电机轴插接固定于第一同步轮的安装孔，所述三维激光雷达采集装置插接固定于第二同步轮的安装孔，所述伺服电机电机轴转动，所述第一同步轮转动带动同步带驱动第二同步轮转动，所述三维激光雷达采集装置发生偏转。采用上述方案：伺服转动控制装置内设置同步传动装置，由于同步传动装置具有传动平稳、可缓冲吸振、不需要油润滑、使用寿命长和精确度较高等的优点，可以调节驱动箱内的伺服电机控制伺服电机使得在传动装置内的第一同步轮与传动带和第二同步轮配合调节三维激光雷达采集装置的转动范围大小，伺服电机为永磁同步伺服电机，有体积较小重量较轻的优点，由于第一同步轮、第二同步轮与传动带是靠啮合传递运动和动力，故传动带与同步轮之间无相对滑动，能保证准确的传动比，提高了监测的精度。由于同步传动装置可缓冲吸振，减低了在遇到自然灾害时装置容易失效的问题，且装置使用寿命长，避免了需要频繁检修更换带来的较高成本。进一步地，所述支撑装置包括地笼和安装杆，所述地笼部分埋于地面以下，所述地笼漏出地面部分与安装杆固定连接。采用上述方案：地笼一部分埋设于地面以下，保证了设备的安全，在地笼漏出地面部分预设安装螺丝，在安装杆与地笼固定连接后，装置更加牢固。进一步地，所述驱动箱外部设有防水外壳。采用上述方案：由于铁轨设置于户外，在雨天或者其他恶劣天气，为了保障驱动箱内部件的正常运作，在驱动箱外部设置防水外壳。进一步地，所述安装杆的可调高度为0～8m。采用上述方案：对应铁轨的不同位置区域，安装杆根据当地的现场环境相应安装为不同高度来检测轨道。进一步地，所述三维雷达的轨道异物侵限检测系统包括：三维激光雷达采集单元，用于识别和采集轨道交通异物信息并将其记录为云数据；运动控制单元，用于控制伺服转动控制装置，生成三维激光雷达装置每帧转动的位置信息；云数据与三维激光雷达装置每帧转动的位置信息匹配；算法处理单元，用于处理云数据与三维激光雷达采集装置每帧转动的位置信息并生成警示信息；警报输出单元，用于处理警示信息并生成可视化警示信号。采用上述方案，三维激光雷达采集装置每帧转动的位置信息与云数据对应匹配，可通过建立数据点模型来对异物位置与异物属性更容易判断清楚，能根据不同异物采取不同警示信号，并可以提前对不同轨道异物实现预处理计划。进一步地，三维雷达的轨道异物侵限检测系统还包括：装置运行监测控制单元，用于对装置监测，控制装置启闭运行。环境信息采集单元，用于识别并记录温度、湿度和风力等级等外界环境信息。IO接口控制单元，用于控制并调节伺服电机的转动范围与转动速率。数据通讯控制单元，用于实现数据的交互，实现远程控制。采用上述方案，环境信息采集单元可采集不同位置与时间的环境信息，环境采集单元将信息传递给数据通讯控制单元，针对极端环境可提前对轨道进行护理、维修和警示列车通行，IO接口控制单元针对不同数量铁轨，来调控伺服电机的转动范围与转动速率，使装置更节能环保。进一步地，基于三维激光雷达的轨道交通异物侵限检测方法，包括以下步骤：(a)采集装置和伺服转动控制装置启动，三维激光雷达采集单元采集异物的三维激光雷达点云数据，运动控制单元采集三维激光雷达采集装置的转动位置信息。(b)算法处理单元提取激光雷达三维点云数据，结合三维激光雷达采集装置每帧转动位置信息，处理后生成被监测区域的异物侵限信息。(c)警报输出单元，接收异物侵限信息，触发相应级别的现场报警和信号提示。采用上述方案，三维激光雷达采集装置的转动位置信息与云数据匹配，可识别轨道异物侵限的三维信息，在伺服转动控制装置带动下对多条轨道监测，可精确采集异物侵限信息。进一步地，于该步骤(b)中，还包括步骤：(b1)算法处理单元构建采集到的激光雷达三维点云数据，结合三维激光雷达采集装置每帧转动位置信息，生成被监测区域以激光雷达为中心的三维点云极坐标数据；(b2)判定算法处理单元将是否将轨道信息生成标准模板；(b21)若未生成标准模板，对三维点云数据进行直角坐标系转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置，其特征在于，所述三维激光雷达的轨道交通异物侵限检测装置包括:/n识别轨道(1)异物的三维激光雷达采集装置(4)和支撑所述三维激光雷达采集装置(4)的支撑装置(3)；/n所述支撑装置(3)设于轨道(1)内侧或外侧，所述支撑装置(3)顶部设有伺服转动控制装置(2)；/n所述伺服转动控制装置(2)底部固定连接支撑装置(3)，所述伺服转动控制装置(2)活动连接三维激光雷达采集装置(4)；/n所述伺服转动控制装置(2)带动三维激光雷达采集装置(4)沿轨道(1)垂直方向上下转动或沿轨道(1)平行方向水平转动来采集异物信息。/n

【技术特征摘要】
1.基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置，其特征在于，所述三维激光雷达的轨道交通异物侵限检测装置包括:
识别轨道(1)异物的三维激光雷达采集装置(4)和支撑所述三维激光雷达采集装置(4)的支撑装置(3)；
所述支撑装置(3)设于轨道(1)内侧或外侧，所述支撑装置(3)顶部设有伺服转动控制装置(2)；
所述伺服转动控制装置(2)底部固定连接支撑装置(3)，所述伺服转动控制装置(2)活动连接三维激光雷达采集装置(4)；
所述伺服转动控制装置(2)带动三维激光雷达采集装置(4)沿轨道(1)垂直方向上下转动或沿轨道(1)平行方向水平转动来采集异物信息。


2.根据权利要求1所述的基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置，其特征在于，所述伺服转动控制装置(2)包括驱动箱(21)和同步传动装置(22)；
所述驱动箱(21)内设有伺服电机，所述伺服电机设有穿过驱动箱(21)的电机轴(6)；
所述同步传动装置(22)内设有第一同步轮(221)、第二同步轮(222)和同步带(223)；
所述电机轴(6)固定于第一同步轮(221)的安装孔，所述三维激光雷达采集装置(4)固定于第二同步轮(222)的安装孔，所述伺服电机电机轴(6)转动，所述第一同步轮(221)转动带动同步带(223)驱动第二同步轮(222)转动，所述三维激光雷达采集装置(4)发生偏转。


3.根据权利要求1所述的基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置，其特征在于，所述支撑装置(3)包括地笼(31)和安装杆(32)，所述地笼(31)埋于地面(5)，所述地笼(31)漏出地面(5)的部分与安装杆(32)固定连接。


4.根据权利要求1所述的基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置，其特征在于，所述驱动箱(21)外部设有防水外壳(211)。


5.根据权利要求3所述的基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置，其特征在于，所述安装杆(32)的可调高度为0～8m。


6.基于三维激光雷达的轨道异物侵限检测系统，其特征在于，使用权利要求1至5任一项所述的基于三维雷达的轨道异物侵限检测装置，所述基于三维雷达的轨道异物侵限检测系统包括：
三维激光雷达采集单元，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永刚，魏洋，
申请(专利权)人：四川润英达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51