【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铁路安全，尤其涉及一种位于无人区的铁路异物入侵监测系统。利用摄像头拍摄监测区域照片，在现场进行变化检测，并将其变化信息通过北斗三代终端发送到用户端，并在用户端产生报警和弹窗信息。
技术介绍
1、据中国铁路总公司官网公布的数据，截至2022年底，中国铁路总长度已经达到146,300公里。这个数字包括了高速铁路、普速铁路以及城际铁路等各类铁路线路。其中，高速铁路的里程已经超过了4万公里，成为世界上高速铁路最发达的国家之一。铁路作为中国交通运输的重要组成部分，承担着巨大的运输任务。铁路的建设和发展不仅能够促进地区经济的发展，还能够提高人民出行的便利性和安全性，降低物流成本，推动国家经济的快速发展。
2、随着我国经济快速发展，对铁路运输能力的大幅增加，保证铁路的安全运营的要求越来越高，因此对铁路两侧异物入侵的监测和预警是更加迫切的。一般地区，为了防止山体滑坡，落石滚落或者动物侵入轨道，会在路肩两旁安装钢丝网，防止人或动物进入铁路影响行车安全；在两侧有山坡的地方，对山体的靠铁路一侧进行利用高压喷枪将混凝土砂浆喷到山体表面，凝固后使山体表面与混凝土砂浆形成整体，起到稳固作用；或者在山体上铺设防护网，以防脱落石块滚落在铁轨上。除此之外，在铁路异物侵限监测与预警技术方面，国内外已开展了部分研究与应用。例如一种名为sns主动防护网的设备，主动防护网主要构成分为钢丝绳网、普通钢丝格栅(常称铁丝格栅)和高强度钢丝格栅三类，前两者通过钢丝绳锚杆和/或支撑绳固定方式，后者通过钢筋锚杆(可施加预应力)和钢丝绳锚杆(有边沿支撑绳时采
3、针对重点区域目前有使用摄像头对重点区域进行实时监测，这种办法不仅能够直观的看到铁路的实时画面，更能让监护人员判断现场的情况以供后续决策。但目前的研究都针对于有信号有网络的城市边缘地区，在偏远的沙漠戈壁深处的铁路防护，因为没有网络信号，同时又距离过远，无法进行即时的监测和预警。但仍然有很多货运车次通行于无人区中，于是针对无人区铁路的异物监测具有重要意义。但在特殊环境，例如沙漠，戈壁的无人地区，以上所提到的方法在这些地方由于距偏远，没有网络信号无法实现或者成本过高。本专利技术针对无人区的铁路异物监测，戈壁地区由于长时间的风沙影响，铁路两恻山坡上的散落碎石可能会脱落并弹落在铁轨上，严重影响铁路行车安全。本专利技术在沙漠戈壁地区的重点防护区域安装摄像头和北斗传输终端，利用摄像头对区域进行实时监测，按照固定时间间隔拍照，对图片进行变化监测，获取产生变化的区域的位置坐标，通过北斗卫星将变化信息传输到用户端。实现了在无人无网络地区的重点区域实时监测。
技术实现思路
1、本专利技术涉及一种在无人区的铁路异物监测预警系统，其特征在于，包括北斗终端(1)、摄像头(2)、太阳能电池板(3)、蓄电池(4)、设备箱(5)；
2、所述北斗终端(1)用于收发产生变化区域的轮廓点坐标和用户端的提示预警；所述摄像头(2)采集现场照片；所述太阳能电池板(3)的作用是接收太阳光并将其转化成电能；所述蓄电池(4)用于储存太阳能电池板(3)转化的电能；所述设备箱(5)用于保护内部设备，具有数据传输、故障自检、运营维护管理的作用；
3、其中所述设备箱内包括太阳能电源控制器(6)、系统电源控制器(7)、工控机(8)；
4、所述太阳能电源控制器(6)是太阳能电源系统中的核心部件，用于负责对太阳能电池板(3)采集到的电能进行控制和调节，并能够让现场工作人员掌握太阳能输入电压；所述系统电源控制器(7)是用来控制电源接通和断开的设备；所述工控机(8)用于控制一种在无人区的铁路异物监测预警系统和向北斗发送变化信息。
5、包括以下步骤：
6、步骤s1、固定摄像头(2)角度；
7、步骤s2、摄像头(2)拍摄图片；
8、步骤s3、基于上一张图像的异物侵入检测；
9、步骤s4、北斗终端(1)传输信息；
10、步骤s5、接收北斗终端(1)数据；
11、步骤s6、异物入侵报警；
12、步骤s7、报警提示内容。
13、所述步骤s1具体方法包括：将摄像头(2)对准所需监测区域后，须保持摄像头(2)的拍摄画面范围保持不变；为了避免摄像头(2)角度变动，在设定好摄像头(2)角度后，获取摄像头(2)的位姿角度信息，摄像头(2)产生角度变化则会自动更正回正确角度。
14、所述步骤s2具体方法包括:将摄像头对准重点监测区域，设定拍摄时间间隔，对现场进行定时拍摄照片；通过变化检测程序，对最近拍摄的两张照片进行对比，如产生变化，则将变化区域的轮廓点的坐标保存成txt文本，并对异物和人或动物的侵入进行区分；当有火车经过时，程序会对火车经过造成的变化进行判断后排除干扰。
15、所述步骤s2中变化的检测程序具体包括：
16、步骤s2.1、摄像头(2)拍摄图片与前一张图像配准：所述技术包括surf算法特征检测；surf算法基于不变量技术的特征检测算法在图像特征对于旋转、缩放以及仿射变换具有不变性，对噪声以及光照差异有较好的鲁棒性；所述surf算法用盒子滤波器并利用积分图像简化运算复杂度；另外所述surf算法用haar小波计算特征点方向和描述子的过程也使用了积分图像，提高了算法性能；
17、步骤s2.2、改进的surf算法匹配：提取surf算法特征点后，需要通过相似度量，用欧式距离表示，对这些点进行配准；然后通过匹配点对求取变换矩阵；首先，用最近邻次近邻进行粗匹配，在前后两幅图像中寻找与欧式距离最近与次近的特征点；若这两个距离的比值小于某一阈值，则认为最近邻的匹配点为正确匹配，否则认为是错误匹配；
18、
19、步骤s2.3、多项式纠正和作业范围框移动：在摄像头(2)机位不变的情况下，可能由于预置点的来回旋转影响到图像不能完整的和前面的图像重合，但一般情况下图像的本身变形不会太大，一般使用一次放射变换就可以；
20、x＝a0+a1x+a2y
21、y＝b0+b1x+b2y
22、其中x,y,和x，y是变换前后两图像上同名特征点的坐标；ai,bi是变换系数，通过3组以上特征点解算出来；通过同名特征点计算出的放射变换公式，可以计算出作业范围在变换后的图像上的位置，然后再针对性计算作业范围内部的情况。
23、所述步骤s3具体方法包括：通过当前图像与背景图像的差运算，计算出相对于背景的运动部分的状态；相机在监视过程中不发生移动，检测目标在相机视场内运动。
24、所述步骤s4具体方法包括：将生成的txt文本利用北斗卫星，通过串口发送到北斗终端(1)，北斗终端(1)发送到客户端；北斗三号的区域区域短报文通信服务单次短报文最大长度为14000比特，生成的txt文件中，在第一列以0代表异物，1代表人本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在无人区的铁路异物监测预警系统，其特征在于，包括北斗终端(1)、摄像头(2)、太阳能电池板(3)、蓄电池(4)、设备箱(5)；
2.根据权利要求1所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统及其操作方法，其特征在于，所述步骤S1具体方法包括：将摄像头(2)对准所需监测区域后，须保持摄像头(2)的拍摄画面范围保持不变；为了避免摄像头(2)角度变动，在设定好摄像头(2)角度后，获取摄像头(2)的位姿角度信息，摄像头(2)产生角度变化则会自动更正回正确角度。
4.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统的操作方法，其特征在于，所述步骤S2具体方法包括:将摄像头对准重点监测区域，设定拍摄时间间隔，对现场进行定时拍摄照片；通过变化检测程序，对最近拍摄的两张照片进行对比，如产生变化，则将变化区域的轮廓点的坐标保存成txt文本，并对异物和人或动物的侵入进行区分；当有火车经过时，程序会对火车经过造成的变化进行判断后排除干扰。
5.根据
6.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统及其操作方法，其特征在于，所述步骤S3具体方法包括：通过当前图像与背景图像的差运算，计算出相对于背景的运动部分的状态；相机在监视过程中不发生移动，检测目标在相机视场内运动。
7.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统及其操作方法，其特征在于，所述步骤S4具体方法包括：将生成的txt文本利用北斗卫星，通过串口发送到北斗终端(1)，北斗终端(1)发送到客户端；北斗三号的区域区域短报文通信服务单次短报文最大长度为14000比特，生成的txt文件中，在第一列以0代表异物，1代表人或者动物；第二列为变化区域序号；每行第二列之后为变化区域轮廓的点坐标，点坐标为三位数，每一个检测出来的根据物体大小不同轮廓边界点数也不同；每次监测发现的异物限制在6条之内。
8.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统及其操作方法，其特征在于，所述步骤S5具体方法包括：北斗三号通过公网传输数据，接收端连接北斗终端(1)服务器根据发射端地址读取相应数据，通过公网更加快速和稳定传输，不受天气，地理位置和遮挡物等的影响；北斗三号收发频度为60s，设定62s接收发间隔，避开北斗终端(1)发送频度间隔，保证发送成功率；接收端软件实时监控接收数据；把接收内容同步存储到计算机上，保存格式与发送端相同。
9.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统及其操作方法，其特征在于，所述步骤S6具体方法包括：同时设定分级预警区域，一级预警为有异物侵入道床，二级预警为有异物侵入路肩。
10.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统及其操作方法，其特征在于，所述步骤S7具体方法包括：接收端提示变化区域轮廓形状，弹窗提示是否为人或动物；同时提供声音警报，让工作人员即时掌握异物入侵情况；将每次检测到的异物信息都留存到现场工控机(8)中。
...【技术特征摘要】
1.一种在无人区的铁路异物监测预警系统，其特征在于，包括北斗终端(1)、摄像头(2)、太阳能电池板(3)、蓄电池(4)、设备箱(5)；
2.根据权利要求1所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统及其操作方法，其特征在于，所述步骤s1具体方法包括：将摄像头(2)对准所需监测区域后，须保持摄像头(2)的拍摄画面范围保持不变；为了避免摄像头(2)角度变动，在设定好摄像头(2)角度后，获取摄像头(2)的位姿角度信息，摄像头(2)产生角度变化则会自动更正回正确角度。
4.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统的操作方法，其特征在于，所述步骤s2具体方法包括:将摄像头对准重点监测区域，设定拍摄时间间隔，对现场进行定时拍摄照片；通过变化检测程序，对最近拍摄的两张照片进行对比，如产生变化，则将变化区域的轮廓点的坐标保存成txt文本，并对异物和人或动物的侵入进行区分；当有火车经过时，程序会对火车经过造成的变化进行判断后排除干扰。
5.根据权利要求4所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统的操作方法，其特征在于，所述步骤s2中变化检测具体包括：
6.根据权利要求2所述的一种在无人区的铁路异物监测预警系统及其操作方法，其特征在于，所述步骤s3具体方法包括：通过当前图像与背景图像的差运算，计算出相对于背景的运动部分的状态；相机在监视过程中不发生移动，检测目标在相机视场内运动。
7.根据权利要求2所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙海丽，孙铭泽，钟若飞，李永荣，杜泽君，严心武，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：
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