一种地铁道床异物实时检测告警系统及方法技术方案

一种地铁道床异物实时检测告警系统与方法，属于铁路道床巡检技术领域，解决基于图像处理的巡检技术存在的巡检成本高、处理数据量大、巡检结果实时性差的问题；本发明专利技术的技术方案采用线扫激光传感器对地铁道床进行巡检，通过MCU芯片发送采读异步时序控制线扫激光传感器对地铁道床的高度数据进行采集，检查数据集中高度数据是否大于道床安全高度限值来判断道床有无异物；通过采读异步时序控制线扫激光传感器交叉采集数据，且反交叉读取线扫激光传感器采集的数据；避免线扫激光传感器之间因扫描光线叠加干扰而产生的扫描高度数据丢失或者失真，保障采集数据实时性，本发明专利技术无需处理复杂的图像数据，时效性高，系统整体构简单，巡检成本低。检成本低。检成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁道床异物实时检测告警系统及方法


[0001]本专利技术属于铁路道床巡检
，涉及一种地铁道床异物实时检测告警系统及方法。

技术介绍

[0002]随着我国智慧城镇建设的推进，城市地铁的建设在多个城市形成突破，地铁运营线路的增加对地铁的日常运维提出了更高要求。为保障地铁线路日常运营安全，地铁运维需定期对地铁轨道进行安全巡检。目前常见的巡检技术仍是以图像识别为主，通过激光扫描仪和高精度相机实现现场数据采集，然后将数据传输到后台进行数据处理，依据处理结果给出巡检结果。例如，申请公布日为2021年3月19日、申请公布号为CN112528861A的中国专利技术专利申请《应用于铁路隧道内道床的异物检测方法及装置》通过获取铁路隧道中预设的图像采集装置采集的视频帧图像，监测铁路隧道道床内是否存在异物。
[0003]基于图像处理的巡检技术采用的设备较多，集成度复杂，同时系统中各设备采集的大量数据，尤其是海量图像数据，需传输到后台进行数据合成和整理分析后才能得出巡检结果，巡检成本高，巡检结论实时性差。因为基于图像处理的的系统实现复杂和成本过高，一般应用于地铁隧道壁面的自动化巡检。铁轨轨道道床由于位于铁轨下方，基于隧道壁面的自动化巡检技术难以获取道床的有效数据，无法检测出道床异物，而道床作为地铁运行承载受力基础，其封闭的外在环境决定其一旦检测到异物小则是安全隐患，大则影响地铁机车运行。如果按照地铁隧道壁面的巡检方法实现铁轨道床检测，不仅存在因系统冗余布置带来巡检成本更高，而且也存在巡检结论实时性差的问题。
专利技术内容
[0004]本专利技术的目的在于如何设计一种地铁道床异物实时检测告警系统与方法，以解决基于图像处理的巡检技术存在的巡检成本高、处理数据量大、巡检结果实时性差的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0006]一种地铁道床异物实时检测告警系统，包括：本地控制单元(10)、第一线扫激光传感器(11)、第二线扫激光传感器(12)；所述的本地控制单元(10)包括：MCU芯片(101)、采集使能调制电路(102)、扩展网口(103)、远程通信模块(104)；所述的MCU芯片(101)的串口端口与远程通信模块(104)连接，MCU芯片(101)的IO端口与采集使能调制电路(102)的输入端连接，采集使能调制电路(102)的两个使能信号输出端分别与第一线扫激光传感器(11)以及第二线扫激光传感器(12)连接，MCU芯片(101)的网络端口与第一线扫激光传感器(11)连接，MCU芯片(101)的SPI端口与扩展网口(103)的一端连接，扩展网口(103)的另一端与第二线扫激光传感器(12)连接；所述的MCU芯片(101)的IO端口通过输出采读异步时序控制采集使能调制电路(102)输出两路周期相同、极性相反的使能信号，从而控制第一线扫激光传感器(11)、第二线扫激光传感器(12)交叉进行道床横截面高度数据的采集；与此同时，所述的MCU芯片(101)的网络端口以及所述的MCU芯片(101)的SPI端口反交叉读取第一线扫激光传
感器(11)、第二线扫激光传感器(12)采集的数据；所述的MCU芯片(101)的串口端口将生成的告警数据通过远程通信模块(104)发送出去。
[0007]进一步地，所述的采集使能调制电路(102)包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、隔离光耦Q1、隔离光耦Q2；电阻R2的一端以及电阻R4的一端连接在一起后与MCU芯片(101)的IO端口连接，电阻R2的另一端与隔离光耦Q1的3号引脚连接，隔离光耦Q1的1号引脚接电源，隔离光耦Q1的4号引脚接地，所述的电阻R1的一端与隔离光耦Q1的5号引脚连接，电阻R1的另一端与隔离光耦Q1的6号引脚连接，电容C1的一端接地、电容C1的另一端与隔离光耦Q1的6号引脚连接，隔离光耦Q1的6号引脚接+5V电源，隔离光耦Q1的5号引脚与第一线扫激光传感器(11)连接；电阻R4的另一端与隔离光耦Q2的1号引脚连接，隔离光耦Q2的3号引脚接地，隔离光耦Q2的4号引脚接地，电阻R3的一端与隔离光耦Q2的5号引脚连接，电阻R3的另一端与隔离光耦Q2的6号引脚连接，电容C2的一端接地、电容C2的另一端与隔离光耦Q2的6号引脚连接，隔离光耦Q2的6号引脚接电源，隔离光耦Q2的5号引脚与第二线扫激光传感器(12)连接。
[0008]进一步地，所述的隔离光耦Q1和隔离光耦Q2的型号为ACPL
‑
M61。
[0009]进一步地，所述的采读异步时序的产生方法如下：
[0010]所述的MCU芯片(101)通过定时中断从IO端口产生周期为T的方波，经过采集使能调制电路(102)调制后生成两路周期相同、极性相反的使能信号，周期为T的方波正电平时间为线扫激光传感器采集数据时间，同时，每个线扫激光传感器数据的读取时间均处于该线扫激光传感器采集使能信号无效期间；关系如下：
[0011]T
采
＝T
右读
＝T
左读
＝T/2
[0012]其中，T
采
为线扫激光传感器采集数据时间，T
左读
为读取第一线扫激光传感器(11)采集数据的时间，T
右读
为读取第二线扫激光传感器(12)采集数据的时间。
[0013]一种应用于所述的地铁道床异物实时检测告警系统的方法，包括以下步骤：
[0014]S1、系统开始工作时，记录系统启动时间T
启动
，随后通过MCU芯片(101)的定时中断控制IO端口产生方波，方波通过采集使能调制电路(102)匹配生成第一线扫激光传感器(11)、第二线扫激光传感器(12)的使能信号；
[0015]S2、第一线扫激光传感器(11)、第二线扫激光传感器(12)在使能信号的高电平时启动数据交叉采集，交叉采集过程中MCU芯片(101)通过网络端口和SPI端口进行反交叉数据读取，实现数据采集后实时读取；
[0016]S3、读取到对应线扫激光传感器采集的数据后，得到采集的所有高度的数据集，遍历比较数据集，检查数据集中高度数据H(i)是否大于道床安全高度限值H
限
，如果遍历完后无数据大于H
限
，则判断道床无异物，如果出现数据大于或等于H
限
，则判断道床有异物；
[0017]S4、判断道床存在异物后，获取当前告警时间T
告警
，减去系统启动时间T
启动
，获取到系统从启动到发现道床异物的时间ΔT，通过系统移动速度V，计算道床异物发现的位置；
[0018]S5、计算出道床异物发现的位置后，将道床异物告警位置和发现时间信息通过MCU芯片(101)的串口端口发送到远程通信模块(104)，远程通信模块(104)将道床异物告警位置和发现时间信息发送到地铁自动化运维平台。
[0019]进一步地，所述的数据集为：H
采
＝{H(1)，H(2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地铁道床异物实时检测告警系统，其特征在于，包括：本地控制单元(10)、第一线扫激光传感器(11)、第二线扫激光传感器(12)；所述的本地控制单元(10)包括：MCU芯片(101)、采集使能调制电路(102)、扩展网口(103)、远程通信模块(104)；所述的MCU芯片(101)的串口端口与远程通信模块(104)连接，MCU芯片(101)的IO端口与采集使能调制电路(102)的输入端连接，采集使能调制电路(102)的两个使能信号输出端分别与第一线扫激光传感器(11)以及第二线扫激光传感器(12)连接，MCU芯片(101)的网络端口与第一线扫激光传感器(11)连接，MCU芯片(101)的SPI端口与扩展网口(103)的一端连接，扩展网口(103)的另一端与第二线扫激光传感器(12)连接；所述的MCU芯片(101)的IO端口通过输出采读异步时序控制采集使能调制电路(102)输出两路周期相同、极性相反的使能信号，从而控制第一线扫激光传感器(11)、第二线扫激光传感器(12)交叉进行道床横截面高度数据的采集；与此同时，所述的MCU芯片(101)的网络端口以及所述的MCU芯片(101)的SPI端口反交叉读取第一线扫激光传感器(11)、第二线扫激光传感器(12)采集的数据；所述的MCU芯片(101)的串口端口将生成的告警数据通过远程通信模块(104)发送出去。2.根据权利要求1所述的地铁道床异物实时检测告警系统，其特征在于，所述的采集使能调制电路(102)包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、隔离光耦Q1、隔离光耦Q2；电阻R2的一端以及电阻R4的一端连接在一起后与MCU芯片(101)的IO端口连接，电阻R2的另一端与隔离光耦Q1的3号引脚连接，隔离光耦Q1的1号引脚接电源，隔离光耦Q1的4号引脚接地，所述的电阻R1的一端与隔离光耦Q1的5号引脚连接，电阻R1的另一端与隔离光耦Q1的6号引脚连接，电容C1的一端接地、电容C1的另一端与隔离光耦Q1的6号引脚连接，隔离光耦Q1的6号引脚接+5V电源，隔离光耦Q1的5号引脚与第一线扫激光传感器(11)连接；电阻R4的另一端与隔离光耦Q2的1号引脚连接，隔离光耦Q2的3号引脚接地，隔离光耦Q2的4号引脚接地，电阻R3的一端与隔离光耦Q2的5号引脚连接，电阻R3的另一端与隔离光耦Q2的6号引脚连接，电容C2的一端接地、电容C2的另一端与隔离光耦Q2的6号引脚连接，隔离光耦Q2的6号引脚接电源，隔离光耦Q2的5号引脚与第二线扫激光传感器(12)连接。3.根据权利要求2所述的地铁道床异物实时检测告警系统，其特征在于，所述的隔离光耦Q1和隔离光耦Q2的型号为ACPL
‑
M61。4.根据权利要求1所述的地铁道床异物实时检测告警系统，其特征在于，所述的采读异步时序的产生方法如下：所述的MCU芯片(101)通过定时中断从IO端口产生周期为T的方波，经过采集使能调制电路(102)调制后生成两路周期相同、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文虎，董叔壮，李严，
申请(专利权)人：合肥市轨道交通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：