CN103364034B - 一种铁路道轨崩塌落石检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种铁路道轨崩塌落石检测方法及系统，该方法包括：检测目标物的外部形态特征数据；计算所述目标物的外部形态特征置信度；在待检测道轨段的多个不同位置检测冲击波，并记录冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间；确定振动源的振动特征置信度；将外部形态特征置信度和振动特征置信度在时空域约束下进行匹配；计算符合崩塌落石特性的合成特征综合置信度，并确定综合置信度的最低阈值；判断计算得到的合成特征综合置信度是否大于综合置信度的最低阈值；如果是，向列车发出崩塌落石报警信号。由于该方法中检测的信号类型不同，不同信号特征的误报源与漏报源相关度很低，进而使得整体误报率和漏报率同时降低。

Description

一种铁路道轨崩塌落石检测方法及系统

技术领域

本申请涉及铁路安全技术和通信信号领域，特别是涉及一种铁路道轨崩塌落石检测方法及系统。

背景技术

崩塌落石是中国山区铁路行车安全的重大威胁。几十年来，每值汛期，各山区路局崩塌落石灾害时有发生，造成的撞击列车事故也并不鲜见。作为每年防洪工作的重点任务，各级铁路工务部门持续不断地摸索各种手段应对这一威胁。多年的实践证明，崩塌落石灾害的发生有着复杂的地质和环境原因以及长期的发展演化过程，依靠任何一种单一途径都难以达到完全满意的效果。在防治和防护两个层面展开针对性的工作，综合工防、人防和技防的特点和优势，是应对崩塌落石灾害的必由之路。

在防治层面上，包括棚洞、挡墙支护等根治性的工程手段是长期采用的基本方法。近年来，钢丝尼龙柔性主动网由于效果可靠、实施便捷而得到了广泛应用，成为目前防治崩塌落石的主流工程方法。在防护层面上，以高强度钢丝尼龙网、拉杆锚索和减冲环为主体的拦截式被动防护网成为目前的工程首选，而结合棚洞和被动网两者优点的“棚网”也正在发展之中。考虑到地质地貌和植被等复杂的山区线路现场因素以及造价方面的原因，工程防治防护手段在桥隧相连、高陡山体等特定线路条件下尚不能完全解除崩塌落石的威胁，因此，轨面和行车界限内的落石监测防护成为保障行车安全的最后一道屏障。

目前采用的主要方法是人工防护，各山区路局一般将管内的防洪点按危险程度进行分类，对各类防洪点按照常年值守、汛期值守、雨前雨后值守等不同级别的方式进行防护，一旦发生落石灾害，值守人员立即用火箭、列调电台、报警手电等方式对接近列车进行拦截，并视情况通知工区和工务段组织抢险。

但考虑到人工防护在人员管理、人力成本、人员安全和值守有效性等方面的诸多不足，各山区路局普遍存在对能够实现全天候全气象条件下的崩塌落石灾害自动监测和行车指挥的技术防护系统的需求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种铁路道轨崩塌落石检测方法及系统，以实现对由于崩塌落石等原因导致的道轨异物堆积及钢轨和枕木损伤进行检测。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种铁路道轨崩塌落石检测方法，包括：

检测超过待检测道轨段安全高度的目标物的外部形态特征数据，所述外部形态特征数据包括：异物截面尺寸、运动范围、瞬时速度和静止后停留时间；

根据所述目标物的外部形态特征数据计算所述目标物的外部形态特征置信度；

在待检测道轨段的多个不同位置检测冲击波，并记录冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间；

根据所述冲击波能量、频率成分和持续时间特性确定振动源的振动特征置信度；

将检测到的所述目标物的外部形态特征置信度和所述振动源的振动特征置信度在时空域约束下进行匹配；

根据匹配结果计算符合崩塌落石特性的合成特征综合置信度，并根据已知的铁路行车安全保证系数确定综合置信度的最低阈值；

判断计算得到的合成特征综合置信度是否大于综合置信度的最低阈值；

如果是，向列车发出崩塌落石报警信号。

优选地，将检测到的所述目标物的外部形态特征置信度和所述振动源的振动特征置信度在时空域约束下进行匹配，具体包括：

根据所述外部形态特征数据确定所述目标物的出现位置的位置坐标，并记录所述目标物处于所述出现位置时的出现时间；

计算多个不同位置检测到的冲击波的到达时间之间的到达时间差，并根据所述到达时间差对产生冲击波的振动源进行定位，确定所述振动源的位置坐标，并根据所述振动源的位置坐标和所述到达时间计算冲击波在所述振动源的位置的发生时间；

对所述目标物的位置坐标和振动源的位置坐标进行空域匹配；

对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配；

判断所述空域匹配和所述时域匹配是否成功；

当空域匹配和时域匹配均成功时，确定所述目标物和所述振动源在时空域约束下匹配成功。

优选地，所述对所述目标物和振动源的位置进行空域匹配，具体包括：

计算所述目标物的位置坐标与所述振动源的位置坐标之间的坐标差值；

判断所述坐标差值是否小于等于预设坐标差阈值；

如果是，确定空域约束下匹配成功。

优选地，所述对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配，具体包括：

计算所述目标物的出现时间与所述振动源的发生时间的时间差值；

判断所述时间差值是否小于等于预设时间差阈值；

如果是，确定时域约束下匹配成功。

一种铁路道轨崩塌落石检测系统，包括：

红外激光轨面扫描装置、目标跟踪装置、外部形态特征置信度计算单元、冲击波探测器、振动特征置信度计算单元、匹配单元、合成单元和报警判定单元，其中：

待检测道轨段位于所述红外激光轨面扫描装置和所述目标跟踪装置的检测区域内；

所述红外激光轨面扫描装置和目标跟踪装置用于检测超过待检测道轨段安全高度的目标物的特征数据，所述特征数据包括：异物截面尺寸、运动范围、瞬时速度和静止后停留时间；

所述外部形态特征置信度计算单元与所述红外激光轨面扫描装置、所述目标跟踪装置相连接，用于根据所述目标物的外部形态特征数据计算所述目标物的外部形态特征置信度；

所述冲击波探测器有多个，并且多个所述冲击波探测器分别设置在待检测道轨段的多个不同位置上，用于检测待检测道轨段多个不同位置的冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间；

所述振动特征置信度计算单元用于根据冲击波能量、频率成分和持续时间确定振动源的振动特征置信度；

所述匹配单元分别与所述外部形态特征置信度计算单元、振动特征置信度计算单元相连接，用于将检测到的目标物的外部形态特征置信度和多个振动源的振动特征置信度在时空域约束下进行匹配；

所述合成单元用于根据所述匹配单元的匹配结果计算符合崩塌落石特性的合成特征综合置信度，并根据已知的铁路行车安全保证系数确定上述综合置信度的最低阈值；

所述报警判定单元，用于判断计算得到的合成特征综合置信度是否大于综合置信度的最低阈值，并且当判断结果为是时，向列车发出崩塌落石报警信号。

优选地，所述匹配单元包括：

出现位置确定单元，用于根据所述外部形态特征数据确定所述目标物的出现位置的位置坐标；

出现时间记录单元，用于记录所述目标物位于出现位置的出现时间；

时间差计算单元，用于计算多个不同位置探测器检测到的冲击波的到达时间之间的到达时间差；

振动源位置确定单元，用于根据所述到达时间差对产生冲击波的振动源进行定位，确定所述振动源的位置坐标；

振动发生时间计算单元，用于根据振动源的位置和所述到达时间差计算冲击波在所述振动源的位置的发生时间；

空域匹配单元，用于对所述目标物的位置坐标和振动源的位置坐标进行空域匹配；

时域匹配单元，用于对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配；

第一判断单元，用于判断所述空域匹配和所述时域匹配是否成功；

第一确定单元，用于当空域匹配和时域匹配均成功时，确定所述目标物和所述振动源在时空域约束下匹配成功。

优选地，所述空域匹配单元包括：

坐标差计算单元，用于计算所述目标物的位置与所述振动源的位置的坐标差值；

第二判断单元，用于判断所述坐标差值是否小于预设坐标差阈值；

第二确定单元，用于当所述第二判断单元的判断结果为是时，确定空域约束下匹配成功。

优选地，所述时域匹配单元包括：

时间差计算单元，用于计算所述目标物的出现时间与所述振动源的发生时间的时间差值；

第三判断单元，用于判断所述时间差值是否小于等于预设时间差阈值；

第三确定单元，用于当所述第三判断单元的判断结果为是时，确定时域约束下匹配成功。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该铁路道轨崩塌落石检测方法及系统，通过对信号类型不同的多种信号特征进行提取，并且对多种信号特征在时域和空域均进行匹配，进而可以对危害道轨安全的情况准确检测，并且当检测多信号特征的综合置信度大于综合置信度的最低阈值，向列车发出崩塌落石报警信号。

由于这些信号特征具备高度的时空域相关性，所以可以确定这些特征在较近的空间位置上和较短的时间间隔内同时发生，并且由于信号类型不同，不同信号特征的误报源与漏报源相关度很低，采用复合信号特征的监测方法可以使得整体误报率和漏报率同时降低到若干数量级以下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种铁路道轨崩塌落石检测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例二提供的时空域约束下匹配的详细流程示意图；

图3为本申请实施例二提供的时域约束下匹配的详细流程示意图；

图4为本申请实施例二提供的空域约束下匹配的详细流程示意图；

图5为本申请实施例三提供的一种铁路道轨崩塌落石检测系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的现场设置图；

图7为本申请实施例提供的匹配单元的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的空域匹配单元的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的时域匹配单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

图1为本申请实施例一提供的一种铁路道轨崩塌落石检测方法的流程示意图。

如图1所示，该方法包括以下步骤：

S100：检测超过待检测道轨段安全高度的目标物的外部形态特征数据。

在本申请实施例中，可以利用设置在待检测道轨侧面的红外激光轨面扫描装置和目标跟踪装置，对道轨上超过安全高度的目标物进行检测。这里所说的述外部形态特征数据包括但不限于：异物截面尺寸、运动范围、瞬时速度和静止后停留时间等。

采用激光红外轨面扫描装置来检测目标物的异物截面尺寸，可以在夜间和恶劣天气下能够有效工作，并且由于红外激光肉眼不可见，对机车乘务员无干扰，且不受阴影、反光等影响。目标跟踪装置则可以根据激光红外轨面扫描装置的扫描结果，对目标物的运动范围、瞬时速度和静止后停留时间进行检测。

S200：根据所述目标物的外部形态特征数据计算所述目标物的外部形态特征置信度。

当确定目标物的外部形态特征数据后，可以利用已知的数学模型计算得到目标物的外部形态特征置信度。

S300：在待检测道轨段的多个不同位置检测冲击波，并记录冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间。

在本申请实施例中，可以利用设置在待检测道轨侧面的多个冲击波探测器来多待检测道轨的多个不同位置的冲击波进行检测。

对冲击波检测得到的数据包括但不限于：冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间等。

S400：根据所述冲击波能量、频率成分和持续时间特性确定振动源的振动特征置信度。

利用上述检测得到的关于冲击波的多项数据，包括但不局限于：冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间，就可以确定振动源的振动特征置信度。

S500：将检测到的所述目标物的外部形态特征置信度和所述振动源的振动特征置信度在时空域约束下进行匹配。

在本申请中，所谓“在时空域约束下进行匹配”，通俗地说，就是确认冲击波对应的振动源发生的位置和激光扫描探测到的目标的初始出现位置是一致的，而且目标初次出现的时间和冲击波发生的时间也是一致的。当位置和时间均一致时，就能确认冲击波是由于激光扫描到的这个目标物引发的，也就能进一步大致确认这个目标的冲击能量和质量，从而排除鸟类、树枝等杂物的干扰，确保发现真正的落石，大幅度减少误报。

当然，如果不能对冲击波的位置进行定位，而只检测冲击波的能量，同时比较冲击波发生的时间和目标出现时间，也就是只进行时域约束的匹配，不进行空域约束的匹配，也能确定目标的冲击能量和质量，这样的误报率会比时空域同时约束的要略高。

实际的工程应用中，可以根据对误报率的容忍程度来做选择。如果对误报率还能够一定程度上容忍，可以不进行冲击波定位，以降低系统造价。

S600：根据匹配结果计算符合崩塌落石特性的合成特征综合置信度，并根据已知的铁路行车安全保证系数确定综合置信度的最低阈值。

根据铁路道轨的参数不同，不同的铁路路段的安全保证系数是不同的，但每段铁路路段对超过道轨的物体的高度的要求是明确的，这里，根据一直到的铁路路段参数，可以得到铁路行车安全保证系数，并且根据已知的铁路行车安全保证系数，可以确定综合置信度的最低阈值。

这里，当计算得到的综合置信度小于最低阈值时，认为满足铁路行车安全要求，而计算得到的综合置信度大于等于最低阈值时，则认为铁路行车安全存在危险。

S700：判断计算得到的合成特征综合置信度是否大于综合置信度的最低阈值。

根据已知的铁路行车安全保证系数，可以确定综合置信度的最低阈值，这里，当计算得到的综合置信度小于最低阈值时，认为满足铁路行车安全要求，而计算得到的综合置信度大于等于最低阈值时，则认为铁路行车安全存在危险。

S800：向列车发出崩塌落石报警信号。

当上述判断步骤的判断结果为：计算得到的合成特征综合置信度大于综合置信度的最低阈值时，即可确定铁路行车安全存在危险，即可生成崩塌落石报警信号，并且将该崩塌落石报警信号向正在行驶中的列车发送，以保证通过待检测道轨段的列车的安全。

在生成崩塌落石报警信号后，可以直接将该崩塌落石报警信号发送给列车调度系统，利用列车调度系统向预计通过待检测道轨段的列车。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该铁路道轨崩塌落石检测方法，通过对信号类型不同的多种信号特征进行提取，并且对多种信号特征在时域和空域均进行匹配，进而可以对危害道轨安全的情况准确检测，并且当检测多信号特征的综合置信度大于综合置信度的最低阈值，向列车发出崩塌落石报警信号。

由于这些信号特征具备高度的时空域相关性，所以可以确定这些特征在较近的空间位置上和较短的时间间隔内同时发生，并且由于信号类型不同，不同信号特征的误报源与漏报源相关度很低，采用复合信号特征的监测方法可以使得整体误报率和漏报率同时降低到若干数量级以下。

实施例二：

图2为本申请实施例二提供的时空域约束下匹配的详细流程示意图。

如图2所示，在本申请实施例中，上述步骤S500具体可以包括以下步骤：

S501：根据所述外部形态特征数据确定所述目标物的出现位置的位置坐标，并记录所述目标物处于所述出现位置时的出现时间。

S502：计算多个不同位置检测到的冲击波的到达时间之间的到达时间差。

S503：根据所述到达时间差对产生冲击波的振动源进行定位，确定所述振动源的位置坐标。

S504：根据所述振动源的位置坐标和所述到达时间计算冲击波在所述振动源的位置的发生时间；

S505：对所述目标物的位置坐标和振动源的位置坐标进行空域匹配；

S506：对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配；

S507：判断所述空域匹配和所述时域匹配是否成功；

S508：确定所述目标物和所述振动源在时空域约束下匹配成功。

在本申请实施例中，当空域匹配和时域匹配均成功时，才可以确认所述目标物与振动源在时空域约束下匹配成功。

这里，所谓“在时空域约束下进行匹配”，通俗地说，就是确认冲击波对应的振动源发生的位置和激光扫描探测到的目标的初始出现位置是一致的，而且目标初次出现的时间和冲击波发生的时间也是一致的。当位置和时间均一致时，就能确认冲击波是由于激光扫描到的这个目标物引发的，也就能进一步大致确认这个目标的冲击能量和质量，从而排除鸟类、树枝等杂物的干扰，确保发现真正的落石，大幅度减少误报。

当然，如果不能对冲击波的位置进行定位，而只检测冲击波的能量，同时比较冲击波发生的时间和目标出现时间，也就是只进行时域约束的匹配，不进行空域约束的匹配，也能确定目标的冲击能量和质量，这样的误报率会比时空域同时约束的要略高。

另外，在本申请实施例中，如图3所示，上述步骤S505中对所述目标物和振动源的位置进行空域匹配，具体可以包括以下步骤：

S5051：计算所述目标物的位置坐标与所述振动源的位置坐标之间的坐标差值。

S5052：判断所述坐标差值是否小于等于预设坐标差阈值。

S5053：确定空域约束下匹配成功。

当上述步骤S5052的判断结果为坐标差值是否小于等于预设坐标差阈值时，则确定在空域约束下匹配成功。

在本申请实施中，如图4所示，上述步骤S506中对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配，具体包括以下步骤：

S5061：计算所述目标物的出现时间与所述振动源的发生时间的时间差值。

S5062：判断所述时间差值是否小于等于预设时间差阈值；

S5063：确定时域约束下匹配成功。

当上述步骤S5062的判断结果为时间差值是否小于等于预设时间差阈值时，则确定在空域约束下匹配成功。

实施例三：

图5为本申请实施例三提供的一种铁路道轨崩塌落石检测系统的结构示意图。

如图5所示，该铁路道轨崩塌落石检测系统包括：红外激光轨面扫描装置10、目标跟踪装置11、外部形态特征置信度计算单元12、冲击波探测器13、振动特征置信度计算单元14、匹配单元15、合成单元16和报警判定单元17。

图6为本申请实施例提供的现场设置图，图中21为待检测道轨，如图6所示，红外激光轨面扫描装置10和所述目标跟踪装置11（图中未示出）均设置在待检测道轨段的两侧，并且待检测道轨段位于所述红外激光轨面扫描装置10和所述目标跟踪装置11的检测区域内。

在本申请实施例中，红外激光轨面扫描装置10和目标跟踪装置11用于检测超过待检测道轨段安全高度的目标物的特征数据。这里，所述特征数据包括：异物截面尺寸、运动范围、瞬时速度和静止后停留时间。

采用激光红外轨面扫描装置来检测目标物的异物截面尺寸，可以在夜间和恶劣天气下能够有效工作，并且由于红外激光肉眼不可见，对机车乘务员无干扰，且不受阴影、反光等影响。目标跟踪装置则可以根据激光红外轨面扫描装置的扫描结果，对目标物的运动范围、瞬时速度和静止后停留时间进行检测。

如图5所示，外部形态特征置信度计算单元12与所述红外激光轨面扫描装置10、目标跟踪装置11相连接，用于根据所述目标物的外部形态特征数据计算所述目标物的外部形态特征置信度。

当确定目标物的外部形态特征数据后，可以利用已知的数学模型计算得到目标物的外部形态特征置信度。

在本申请中，冲击波探测器13有多个，并且多个所述冲击波探测器13分别设置在待检测道轨段的多个不同位置上，用于检测待检测道轨段多个不同位置的冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间。如图6所示，图中冲击波探测器13的个数为四个，并且相邻的四个所述冲击波探测器位于矩形的四个顶点上。

上述冲击波探测器13的设置方式仅仅是多种设计方式中的一种，其目的是为了降低振动源定位的计算复杂度。此外，即使探测器不按照等距设置，也可以对振动源进行定位，并根据冲击波的传播速度计算振动源的发生时间。在理论上，只要部署了三个或更多的冲击波探测器，能够计算出两对到达时间差，就能够实现对振动源的平面定位。而部署了四个或更多的冲击波探测器后，能够计算出三对到达时间差，就能够实现对振动源的空间定位。

振动特征置信度计算单元14与多个冲击波探测器13相连接，用于根据冲击波能量、频率成分和持续时间确定振动源的振动特征置信度。

匹配单元15分别与所述外部形态特征置信度计算单元12、振动特征置信度计算单元14相连接，用于将检测到的目标物的外部形态特征置信度和多个振动源的振动特征置信度在时空域约束下进行匹配。

这里，所谓“在时空域约束下进行匹配”，通俗地说，就是确认冲击波对应的振动源发生的位置和激光扫描探测到的目标的初始出现位置是一致的，而且目标初次出现的时间和冲击波发生的时间也是一致的。当位置和时间均一致时，就能确认冲击波是由于激光扫描到的这个目标物引发的，也就能进一步大致确认这个目标的冲击能量和质量，从而排除鸟类、树枝等杂物的干扰，确保发现真正的落石，大幅度减少误报。

当然，如果不能对冲击波的位置进行定位，而只检测冲击波的能量，同时比较冲击波发生的时间和目标出现时间，也就是只进行时域约束的匹配，不进行空域约束的匹配，也能确定目标的冲击能量和质量，这样的误报率会比时空域同时约束的要略高。

实际的工程应用中，可以根据对误报率的容忍程度来做选择。如果对误报率还能够一定程度上容忍，可以不进行冲击波定位，以降低系统造价。

图7为本申请实施例提供的匹配单元的结构示意图。

在本申请实施例中，如图7所示，匹配单元15可以包括：出现位置确定单元151、出现时间记录单元152、时间差计算单元153、振动源位置确定单元154、振动发生时间计算单元155、空域匹配单元156、时域匹配单元157、第一判断单元158和第一确定单元159。

出现位置确定单元151，用于根据所述外部形态特征数据确定所述目标物的出现位置的位置坐标。

出现时间记录单元152，用于记录所述目标物位于出现位置的出现时间；

时间差计算单元153，用于计算多个不同位置探测器检测到的冲击波的到达时间之间的到达时间差。

振动源位置确定单元154，用于根据所述到达时间差对产生冲击波的振动源进行定位，确定所述振动源的位置坐标。

振动发生时间计算单元155，用于根据振动源的位置和所述到达时间差计算冲击波在所述振动源的位置的发生时间。

空域匹配单元156，用于对所述目标物的位置坐标和振动源的位置坐标进行空域匹配。

图8为本申请实施例提供的空域匹配单元的结构示意图。

如图8所示，空域匹配单元156可以包括：坐标差计算单元1561、第二判断单元1562和第二确定单元1563，其中：

坐标差计算单元1561，用于计算所述目标物的位置与所述振动源的位置的坐标差值；

第二判断单元1562，用于判断所述坐标差值是否小于预设坐标差阈值；

第二确定单元1563，用于当所述第二判断单元的判断结果为是时，确定空域约束下匹配成功。

时域匹配单元157，用于对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配。

图9为本申请实施例提供的时域匹配单元的结构示意图。

如图9所示，时域匹配单元157可以包括：时间差计算单元1571、第三判断单元1572和第三确定单元1573，其中：

时间差计算单元1571，用于计算所述目标物的出现时间与所述振动源的发生时间的时间差值；

第三判断单元1572，用于判断所述时间差值是否小于等于预设时间差阈值；

第三确定单元1573，用于当所述第三判断单元的判断结果为是时，确定时域约束下匹配成功。

第一判断单元158，用于判断所述空域匹配和所述时域匹配是否成功。

第一确定单元159，用于当空域匹配和时域匹配均成功时，确定所述目标物和所述振动源在时空域约束下匹配成功。

合成单元16用于根据所述匹配单元14的匹配结果计算符合崩塌落石特性的合成特征综合置信度，并根据已知的铁路行车安全保证系数确定上述综合置信度的最低阈值。

根据已知的铁路行车安全保证系数，可以确定综合置信度的最低阈值，这里，当计算得到的综合置信度小于最低阈值时，认为满足铁路行车安全要求，而计算得到的综合置信度大于等于最低阈值时，则认为铁路行车安全存在危险。

报警判定单元17与合成单元16相连接，用于判断合成单元16计算得到的合成特征综合置信度是否大于综合置信度的最低阈值，并且当判断结果为是时，向列车发出崩塌落石报警信号。

在生成崩塌落石报警信号后，报警判定单元17还可以直接将该崩塌落石报警信号发送给列车调度系统，利用列车调度系统向预计通过待检测道轨段的列车。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该铁路道轨崩塌落石检测系统，通过对信号类型不同的多种信号特征进行提取，并且对多种信号特征在时域和空域均进行匹配，进而可以对危害道轨安全的情况准确检测，并且当检测多信号特征的综合置信度大于综合置信度的最低阈值，向列车发出崩塌落石报警信号。

由于这些信号特征具备高度的时空域相关性，所以可以确定这些特征在较近的空间位置上和较短的时间间隔内同时发生，并且由于信号类型不同，不同信号特征的误报源与漏报源相关度很低，采用复合信号特征的监测方法可以使系统的整体误报率和漏报率同时降低到若干数量级以下。

以上对本申请所提供的一种铁路道轨崩塌落石检测方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

需要说明的是，在本文中，诸如“大于”或“超过”或“高于”或“小于”或“低于”等之类的关系描述，均可以理解为“大于且不等于”或“小于且不等于”，也可以理解为“大于等于”或“小于等于”，而不一定要求或者暗示必须为限定的或固有的一种情况。

另外，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，以上所述仅仅是本申请技术方案的一部分优选具体实施方式，使本领域技术人员能够充分理解或实现本申请，而不是全部的实施例，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，基于以上实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理，不做出创造性劳动前提下，还可以做出多种显而易见的修改和润饰，通过这些修改和润饰所获得的所有其他实施例，都可以应用于本申请技术方案，这些都不影响本申请的实现，都应当属于本申请的保护范围。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种铁路道轨崩塌落石检测方法，其特征在于，包括：

检测超过待检测道轨段安全高度的目标物的外部形态特征数据，所述外部形态特征数据包括：异物截面尺寸、运动范围、瞬时速度和静止后停留时间；

其中，所述检测超过待检测道轨段安全高度的目标物的外部形态特征数据，具体为：

采用激光红外轨面扫描装置检测所述超过待检测道轨段安全高度的目标物的异物截面尺寸，利用目标跟踪装置根据所述激光红外轨面扫描装置的扫描结果，对目标物的运动范围、瞬时速度和静止后停留时间进行检测；

根据所述目标物的外部形态特征数据计算所述目标物的外部形态特征置信度；

在待检测道轨段的多个不同位置检测冲击波，并记录冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间；

根据所述冲击波能量、频率成分和持续时间特性确定振动源的振动特征置信度；

将检测到的所述目标物的外部形态特征置信度和所述振动源的振动特征置信度在时空域约束下进行匹配；

根据匹配结果计算符合崩塌落石特性的合成特征综合置信度，并根据已知的铁路行车安全保证系数确定综合置信度的最低阈值；

判断计算得到的合成特征综合置信度是否大于综合置信度的最低阈值；

如果是，向列车发出崩塌落石报警信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将检测到的所述目标物的外部形态特征置信度和所述振动源的振动特征置信度在时空域约束下进行匹配，具体包括：

根据所述外部形态特征数据确定所述目标物的出现位置的位置坐标，并记录所述目标物处于所述出现位置时的出现时间；

计算多个不同位置检测到的冲击波的到达时间之间的到达时间差，并根据所述到达时间差对产生冲击波的振动源进行定位，确定所述振动源的位置坐标，并根据所述振动源的位置坐标和所述到达时间计算冲击波在所述振动源的位置的发生时间；

对所述目标物的位置坐标和振动源的位置坐标进行空域匹配；

对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配；

判断所述空域匹配和所述时域匹配是否成功；

当空域匹配和时域匹配均成功时，确定所述目标物和所述振动源在时空域约束下匹配成功。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述目标物和振动源的位置进行空域匹配，具体包括：

计算所述目标物的位置坐标与所述振动源的位置坐标之间的坐标差值；

判断所述坐标差值是否小于等于预设坐标差阈值；

如果是，确定空域约束下匹配成功。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配，具体包括：

计算所述目标物的出现时间与所述振动源的发生时间的时间差值；

判断所述时间差值是否小于等于预设时间差阈值；

如果是，确定时域约束下匹配成功。

5.一种铁路道轨崩塌落石检测系统，其特征在于，包括：

红外激光轨面扫描装置、目标跟踪装置、外部形态特征置信度计算单元、冲击波探测器、振动特征置信度计算单元、匹配单元、合成单元和报警判定单元，其中：

待检测道轨段位于所述红外激光轨面扫描装置和所述目标跟踪装置的检测区域内；

所述红外激光轨面扫描装置和目标跟踪装置用于检测超过待检测道轨段安全高度的目标物的外部形态特征数据，所述外部形态特征数据包括：采用所述红外激光轨面扫描装置对所述目标物进行检测后得到的异物截面尺寸，以及利用所述目标跟踪装置根据所述红外激光轨面扫描装置的扫描结果对所述目标物进行检测后得到的运动范围、瞬时速度和静止后停留时间；

所述外部形态特征置信度计算单元与所述红外激光轨面扫描装置、所述目标跟踪装置相连接，用于根据所述目标物的外部形态特征数据计算所述目标物的外部形态特征置信度；

所述冲击波探测器有多个，并且多个所述冲击波探测器分别设置在待检测道轨段的多个不同位置上，用于检测待检测道轨段多个不同位置的冲击波能量、频率成分、持续时间和到达时间；

所述振动特征置信度计算单元用于根据冲击波能量、频率成分和持续时间确定振动源的振动特征置信度；

所述匹配单元分别与所述外部形态特征置信度计算单元、振动特征置信度计算单元相连接，用于将检测到的目标物的外部形态特征置信度和多个振动源的振动特征置信度在时空域约束下进行匹配；

所述合成单元用于根据所述匹配单元的匹配结果计算符合崩塌落石特性的合成特征综合置信度，并根据已知的铁路行车安全保证系数确定上述综合置信度的最低阈值；

所述报警判定单元，用于判断计算得到的合成特征综合置信度是否大于综合置信度的最低阈值，并且当判断结果为是时，向列车发出崩塌落石报警信号。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述匹配单元包括：

出现位置确定单元，用于根据所述外部形态特征数据确定所述目标物的出现位置的位置坐标；

出现时间记录单元，用于记录所述目标物位于出现位置的出现时间；

时间差计算单元，用于计算多个不同位置探测器检测到的冲击波的到达时间之间的到达时间差；

振动源位置确定单元，用于根据所述到达时间差对产生冲击波的振动源进行定位，确定所述振动源的位置坐标；

振动发生时间计算单元，用于根据振动源的位置和所述到达时间差计算冲击波在所述振动源的位置的发生时间；

空域匹配单元，用于对所述目标物的位置坐标和振动源的位置坐标进行空域匹配；

时域匹配单元，用于对所述目标物的出现时间和振动源的发生时间进行时域匹配；

第一判断单元，用于判断所述空域匹配和所述时域匹配是否成功；

第一确定单元，用于当空域匹配和时域匹配均成功时，确定所述目标物和所述振动源在时空域约束下匹配成功。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述空域匹配单元包括：

坐标差计算单元，用于计算所述目标物的位置与所述振动源的位置的坐标差值；

第二判断单元，用于判断所述坐标差值是否小于预设坐标差阈值；

第二确定单元，用于当所述第二判断单元的判断结果为是时，确定空域约束下匹配成功。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述时域匹配单元包括：

时间差计算单元，用于计算所述目标物的出现时间与所述振动源的发生时间的时间差值；

第三判断单元，用于判断所述时间差值是否小于等于预设时间差阈值；

第三确定单元，用于当所述第三判断单元的判断结果为是时，确定时域约束下匹配成功。