CN101424510B - 列车超限的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车超限的检测方法，包括步骤：检测预定路段的列车通行情况；当检测出有列车通过所述预定路段时，采集所述预定路段的图像，并执行预定激光照射操作；当确定当前列车满足超限条件时，判断得出当前通行的列车超限。此外，本发明还公开了一种列车超限的检测系统。通过本发明，可以准确地对铁路线路上行使的列车是否装载影响列车安全通行的超限物体进行检测，提高了铁路运输的安全性。

Description

列车超限的检测方法及系统

技术领域

本申请涉及监测技术领域，特别是涉及一种列车超限的检测方法及系统。

背景技术

在铁路运输生产中，货物超限及装载加固是铁路货运工作的重点，也是保证行车安全的一项主要内容。随着列车运行速度的提高，由货物装载加固不良引发的行车事故呈现出增多的趋势。为确保行车安全，防止类似事故发生，尤其是防止运输途中因货物窜动侵入限界而导致的重大事故发生，迫切需要研制一种能动态检测货物装载状态的自动化检测系统，对运行中的货物列车进行安全检测，并要求该系统能够全天候不间断地进行超限状态检测，实时将列车的超限状况报知有关货检人员，提供存储实时的图像、数据等资料，以便有效地发现装载超限状况，保证列车在铁路上安全运行。

目前，铁路部门大多采用二维激光检测系统对列车是否超限进行检测。该系统主要由激光传感器组成，激光传感器安装在货车经过的轨道上的门型架上。采用二维激光扫描测量新技术，通过接收激光扫描仪的反射信号，自动得到货车装载的实际断面尺寸，并给出超限部位的X、Y、Z三维坐标及超限车辆的其他信息。

但是，鉴于该系统基于3维重建技术对列车超限进行检测，在列车高速运行时，采用激光特征点实施3维重建时，由于列车表面的快速移动，从而会造成激光特征点的能量发射，特征点光斑扩大，而3维重建的精度是与特征点的尺寸成平方反比的，这就导致了重建的列车表面3维数据不精确，进而导致误报或漏报的产生。

另外，采用3维重建技术时，需要对摄像机、激光器的安装位置进行精确测量，在这种基于3维重建实现列车超限检测的系统中，如果要达到必须的厘米级重建精度，摄像机、激光器的安装数据需要达到毫米级，甚至更低，对于现有的中国铁路系统而言，这是无法满足的。此外，列车速度略快时造成的安装门晃动会导致原来测量的安装数据不正确，例如安装门顶部毫米级的晃动就会直接导致列车表面的3维重建数据误差过大，从而导致误报或漏报的产生。因此，这种铁路列车超限检测技术无法在列车行驶速度较快的场合(桥梁、隧道等)使用。

此外，鉴于激光传感器需要安装在货车经过的轨道上的门型架上，该跨越铁路的门型架造价高昂、维护困难，并且在对二维激光检测系统进行施工、检修时由于该门型架跨越铁路，因而很可能会影响铁路上列车的正常行车。

发明内容

本发明的目的在于提供一种列车超限的检测方法及系统，可以准确地对铁路线路上行驶的列车是否装载影响列车安全通行的超限物体进行检测，提高了铁路运输的安全性。

为此，本发明提供了一种列车超限的检测方法，包括以下步骤：

检测预定路段的列车通行情况；

当检测出有列车通过所述预定路段时，采集所述预定路段的图像，并对预定路段列车的基本安全高度进行水平激光照射，同时对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射；

判断所采集的图像中是否存在激光反射特征；

如果所采集的图像中存在激光反射特征，则确定当前列车满足超限条件，并判断得出当前通行的列车超限。

优选地，所述激光为面激光。

优选地，按照以下步骤确定当前列车满足超限条件：

连续采集预定数目的图像；

判断所述连续采集的预定数目的图像上是否都包含激光反射特征时；

如果所述连续采集的预定数目的图像上都包含激光反射特征，确定当前列车满足超限条件。

优选地，所述预定路段为根据用户的需要预先设定的路段。

优选地，所述预定数目的值根据用户的需要进行预设。

此外，本发明还提供了一种列车超限的检测系统，包括：

列车通行检测单元，用于检测预定路段的列车通行情况；

图像采集单元，用于当检测出有列车通过所述预定路段时，采集所述预路段的图像；

激光照射单元，用于当检测出有列车通过该预定路段时，对预定路段列车的基本安全高度进行水平激光照射，同时对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射；

超限确定单元，用于通过判断所采集的图像中是否存在激光反射特征来确定当前列车是否满足超限条件；

检测结果获取单元，用于当确定当前列车满足超限条件时，判断得出当前通行的列车超限。

优选地，所述激光照射单元用于当检测出有列车通过该预定路段时，对预定路段列车的基本安全高度进行水平激光照射，同时对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射。

优选地，所述激光照射单元为面激光器。

优选地，所述超限条件为：采集的预定路段的图像上包含激光反射特征。

优选地，所述超限条件为：连续采集的预定数目的图像上都包含激光反射特征。

优选地，所述预定数目的值根据用户的需要进行预设。

优选地，所述预定路段为根据用户的需要预先设定的路段。

优选地，所述图像采集单元为安装有带通滤光片的广角摄像机。

跟现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过检测预定路段的列车通行情况，当检测出有列车通过所述预定路段时，采集所述预定路段的图像，并执行预定激光照射操作，并在当前通行的列车满足超限条件时，判断得出当前通行的列车超限。相对于现有技术，由于本发明对列车是否超限的判定仅依赖于激光图像的区域特征，不需

要激光点特征，所以在高速列车通过时不存在特征点发散问题。通过本发明，可以在各种气象条件下准确地对铁路线路上行使的列车是否装载影响列车安全通行的超限物体进行检测，提高了铁路运输的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的一种列车超限的检测方法的流程图；

图2为本发明提供的一种列车超限的检测系统的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供的方法主要用于检测铁轨上运行的火车是否有超限运行的情况(包括高度超限及宽度超限)。在具体实现上，它可以通过在编组站咽喉区或桥梁、隧道前方安装一套列车通行检测设备，即分别在检测路段的两侧各架设一套检测列车超限系统，基于红外激光图像识别技术，实时检测本检测路段通行列车的超限情况，以确保编组完成的列车和将要通行的列车不会超限。

当列车通行检测设备判断有火车通过时，列车超限检测系统立即打开激光器对当前即将通过的列车进行超限判断。如有超限情况发生时，立即将信号送往就近的检测站，或者直接用行车信号灯对列车告警，从而避免事故的发生。

参见图1，本发明提供的一种列车超限的检测方法，包括以下步骤：

步骤S101：检测预定路段的列车通行情况。

所述预定路段根据用户的需要进行设定，通常为编组站咽喉区、桥梁或隧道前方区域。

在该步骤中，可以采用现有的列车通行检测设备来检测预定路段的列车通行情况。

步骤S102：当检测出有列车通过该预定路段时，采集预定路段的图像。

该步骤运用图像采集设备对预定路段的图像进行采集。

在该步骤中，采用的图像采集设备为一般的工业模拟摄像机，优选为安装有带通滤光片的广角摄像机。

步骤S103：当检测出有列车通过时，用激光器对预定路段列车的基本安全高度进行水平激光照射，同时对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射。

具体实现上，本发明采用红外面激光器对预定路段列车的基本安全高度进行水平激光照射和对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射。需要说明的是，当采用安装有带通滤光片的广角摄像机采集预定路段的图像时，由于只允许特定波段范围的光通过，因此可见光中的绝大部分能量都被过滤掉，那么在激光器的能量适当时，超限目标的反射光线与图像背景之间会形成较大的对比度。例如采用安装了808nm(纳米)带通滤光片的广角摄像机，该摄像机只允许808nm∶10nm波段的光通过。

上述步骤S102与S103的运行顺序可以根据用户的需要进行调整，可以同时进行。

所述列车的基本安全高度和路基基本安全界限已由铁路部颁发的《中华人民共和国铁路技术管理章程》规定，具体列车界限为：列车车体(包括货物)的高度应限制在4.8米以内，路基安全界限(即车体宽度)应限制在3.6米以内。

需要说明的是，我国铁道部《铁路技术管理规程》中详细规定了机车车辆的限界标准(以铁轨平面为基准)，其规定机车车辆上部限界为4.8米，宽度的限界为3.6米，即在铁轨上通行的列车安全高度不得超过4.8米，安全宽度不得超过3.6米。因此从理论上说在进行超限判断的时候只需将路基安全界限定为机车宽度的限界，将高度安全界限定为机车高度的限界就能i艮好的判断出超限列车。

在实际应用中，我们的安全界限还要进行调整，都必须进行适度的放宽。由于在电力机车中配有机车供电使用的受电弓，它在底部所占的横截面积比较大，所以路基安全界限调整到4米。而高度的调整是受到了中国铁路货运的实际装车情况的制约，可以将其调整为5米。

对于该步骤，在具体实现上，可以使用红外面激光器对列车的基本安全高度进行水平激光照射，同时对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射。

优选地，本发明采用的红外面激光器以扇面方式发射一个很薄的激光束面。当列车上的物体进入这个很薄的激光束平面时，激光会在检测区内构成反射，反射的激光可以被图像采集设备所采集，在这里，进入激光束平面的物体即为超限物体，超限物体的存在，使得列车的高度和宽度超出了国家规定的列车安全高度和列车安全宽度。

步骤S104：判断采集的图像中是否存在明显的激光反射特征，如果存在，执行步骤S105，否则，执行步骤S107。

在预定路段检测时，如果存在高于基本安全高度或超过路基安全界限的可疑目标时，图像采集设备采集到的图像中将会出现明显的激光反射特征。这种激光反射特征与预定路段周围的环境干扰光线存在明显的差异。

当出现明显的激光反射特征时，说明存在高于基本安全高度或超过路基安全界限的可疑目标。

在这里需要说明的是，本发明所要安装的图像采集设备的成像范围(即视野)应该能够覆盖正在通行的列车被水平和垂直激光照射所扫描到的区域，包括高度以及宽度的要求，也就是说，图像采集设备既能够检测(拍摄)到水平激光器的水平激光的检测平面，又能够检测到垂直激光器的垂直激光检测平面。

在该步骤中，基于自适应阀值的单幅图像分割算法可以将可疑目标在图像采集设备采集的图像中呈现的明显激光反射特征图像(以下简称为激光反射图像)进行图像分割。自适应阀值的单幅图像分割算法主要运用了统计学的原理，根据图像的直方图特性对图像进行了自适应阀值分割。

为了去除激光反射图像中的噪声影响以及使该图像中激光反射特征更加明显，本发明还对激光反射图像做形态学处理。

形态学处理就是将数学形态学作为工具从图像中提取对于表达和描述区域特性有用的图像分量。通过对图像分割后的激光反射图像进行开、闭及腐蚀、膨胀等一系列形态学处理，得到可以进行特性分析的激光反射图像。

此外，本发明还可以对图像分割所提取出的激光反射图像基于不变距理论的形状分析，以及基于模式分段理论的灰度分析及纹理分析，获得激光照射所产生的稳定高亮区域，一般为条状稳定高亮区域。

步骤S105：判断激光反射特征是否在连续采集的预定数目图像上出现，如果是，进入步骤S106，否则，进行步骤S107。

所述连续采集的图像数目可以根据用户的需要进行调整，例如可以为4幅以上，对应的列车最高通行速度约为110km/h。

步骤S106：判断得出当前通行的列车超限。

当高于基本安全高度或超过路基安全界限的可疑目标的激光反射特征在多幅图像上出现时，认为此时通行的列车为一辆超限列车。

在实际使用中，可疑目标的激光反射特征在4幅以上的图像中出现，即可以判断该趟列车上为超限列车，在该列车上存在超限物体。

在判断得出目前通行的列车超限后，可以立即将告警信号发送给用户，也可以直接对列车进行告警。具体实现上，可以直接用行车信号灯对列车进行告警。

步骤S107：判断得出当前通行的列车未超限。

当可疑目标的激光反射特征没有出现或者激光反射特征未在图像采集设备连续采集到的多幅图像上连续出现，则可以认为此时通行的列车为一辆标准装载的列车。

本发明也可以不包括步骤S105，即在采集的图像中包含明显的激光反射特征时，即判断得出当前的列车超限。本发明通过运行步骤S105对可疑目标的激光反射特征进行连续判断，这样可以提高本发明提供的列车超限检测方法的准确率，降低误报率。

参见图2，本发明基于上述列车超限的检测方法，还提供了一种列车超限的检测系统，包括：

列车通行检测单元201，用于检测预定路段的列车通行情况；

激光照射单元202，用于当检测出有列车通行该预定路段时，执行预定激光照射操作；

图像采集单元203，用于当检测出有列车通行所述预定路段时，采集所述预定路段的图像；

超限确定单元204，用于确定当前列车是否满足超限条件；

检测结果获取单元205，用于当确定当前列车满足超限条件时，判断得出当前通行的列车超限。

需要说明的是，上述列车通行检测单元201、激光照射单元202、图像采集单元203、超限确定单元204、检测结果获取单元205是分立的器件；或者至少两个单元集成在一起。

其中，所述激光照射单元202用于当检测出有列车通行该预定路段时，对预定路段列车的基本安全高度进行水平激光照射，同时对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射。

在本发明提供的列车超限的检测系统中，所述激光照射单元202为面激光器，优选为红外面激光器。

在本发明提供的列车超限的检测系统中，所述超限条件为：采集的预定路段的图像上包含激光反射特征或连续采集的预定数目的图像上都包含激光反射特征。其中，预定数目的值根据用户的需要进行预设。

在本发明提供的列车超限的检测系统中，所述预定路段为根据用户的需要预先设定的路段。

在本发明提供的列车超限的检测系统中，所述图像采集单元203为摄像机，优选为安装有带通滤光片的广角摄像机，例如可以为安装了808nm(纳米)带通滤光片的广角摄像机，该摄像机只允许808nm+10nm波段的光通过。

需要说明的是，在具体采用的装置运用上，本发明使用面激光器对列车的基本安全高度以及路基安全界限分别进行水平和垂直照射，并使用安装了带通滤光片的广角摄像机等图像采集设备对预定路段经激光照射后的图像进行采集，在此基础上对采集到的激光图像进行分析处理，从而来辨别列车是否装载可能影响列车安全通行的超限物体，因此，本发明具有识别率高、系统复杂程度低、造价低廉的特点，能够适应各种天气条件和列车行车速度，并且由于本发明所采用的系统可以进行远程检测判断，因而可以和行车区域完全无接触，从而具有在具体设备安装维护上具有不影响行车、施工简易、便于维护、使用寿命较长的特点。同时，本发明所采用的激光器的波长、功率和各种施工工程参数都经过严格计算，在确保检测准确率的同时也保证了使用的安全性。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保扩范围内。

Claims (11)

1.一种列车超限的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测预定路段的列车通行情况；

当检测出有列车通过所述预定路段时，采集所述预定路段的图像，并对预定路段列车的基本安全高度进行水平激光照射，同时对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射；

判断所采集的图像中是否存在激光反射特征；

如果所采集的图像中存在激光反射特征，则确定当前列车满足超限条件，并判断得出当前通行的列车超限。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光为面激光。

3.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，按照以下步骤确定当前列车满足超限条件：

连续采集预定数目的图像；

判断所述连续采集的预定数目的图像上是否都包含激光反射特征时；

如果所述连续采集的预定数目的图像上都包含激光反射特征，确定当前列车满足超限条件。

4.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定路段为根据用户的需要预先设定的路段。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定数目的值根据用户的需要进行预设。

6.一种列车超限的检测系统，其特征在于，包括：

列车通行检测单元，用于检测预定路段的列车通行情况；

激光照射单元，用于当检测出有列车通过该预定路段时，对预定路段列车的基本安全高度进行水平激光照射，同时对铁路的路基安全界限进行垂直激光照射；

图像采集单元，用于当检测出有列车通过所述预定路段时，采集所述预定路段的图像；

超限确定单元，用于通过判断所采集的图像中是否存在激光反射特征来确定当前列车是否满足超限条件；

检测结果获取单元，用于当确定当前列车满足超限条件时，判断得出当前通行的列车超限。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述激光照射单元为面激光器。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述超限条件为：连续采集的预定数目的图像上都包含激光反射特征。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述预定数目的值根据用户的需要进行预设。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预定路段为根据用户的需要预先设定的路段。

11.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述图像采集单元为安装有带通滤光片的广角摄像机。