CN105083326A - 利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，包括以下步骤：摄像机构对机车前方的钢轨轨迹标定区段及进口处按照轨迹以及障碍物的各种图像的各种特征进行图像信息提取；对摄像机构信息进行解析计算分析判断；对机车运行进行控制。本发明还公开了一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置：本发明利用远红外或CCD探测装置，追踪钢轨轨迹的标定区段及进口处，通过判断钢轨轨迹标定区段及进口处的图像是否被障碍物覆盖，运用障碍物预警以及障碍物确报向机车制动系统发布制动指令，从而实现机车防撞，在夜间、雨、雪、雾等天气情况下仍能探测所需保证安全的距离，能全天候工作，为行车安全提供重要保障。

Description

利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法及装置

技术领域

本发明涉及一种铁路安全运行领域，具体涉及一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法及装置。

背景技术

铁路目前防撞的方法是闭塞行车方法，通过闭塞区间来判断前方线路是否空闲，空闲就确认前方没有障碍物，可以运行。而这种技术方法的缺点是，即便确认线路空闲，而闭塞区间仍然有障碍物时，比如：由于种种原因导致的两条钢轨不导电(钢轨导电不良、车轮导电不良、障碍物是非导电体)时，钢轨上的所有障碍物都无法探测到；车辆、塌方、洪水漫道等等，通过现有技术手段无法检测到，因而发生列车碰撞事故。

还有凭司机目测，这完全受制于司机的体能、智能、责任心等。白天的观测距离一般在600米左右，夜间司机的观测距离仅200～300米，雨雾天则更差，几近于臆测行车。而机车的制动距离最低800米，再加上司机反应时间所越过的距离，是无法避免事故的。多数的重大行车事故一般都是在后半夜、司机体能下降、气象条件恶劣加上没有科学手段防控而发生的，这是行车安全的一大隐患。国内尚无科学的解决方法。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法及装置，利用光学探测技术，通过判断钢轨轨迹标定区段及进口处的图像是否被障碍物覆盖，运用障碍物预警以及障碍物确报向机车制动系统发布制动指令，从而实现机车防撞。本方法弥补了上述的人工观测和行车闭塞方法的技术空白以及缺陷，使铁路行车安全更有保障。

本发明采用的技术方案是：一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，包括以下步骤：

摄像机构对机车前方的钢轨轨迹标定区段及进口处按照轨迹以及障碍物的各种图像的各种特征进行图像信息提取；

对摄像机构信息进行解析计算分析判断；

对机车运行进行控制。

进一步地，所述摄像机构对机车前方的钢轨轨迹标定区段及进口处按照轨迹以及障碍物的各种图像的各种特征进行图像信息提取；具体包括：设置在机车上的摄像机构对钢轨轨迹标定区段及进口处进行图像采集，并对机车的运行速度进行提取。

进一步地，所述摄像机构为远红外摄像机或CCD探测装置。

进一步地，所述机车是指铁路机车、轨道车以及具有自轮运转特性的工程机械。

进一步地，所述对钢轨轨迹的信息进行分析判断，具体为：对摄像机构采集的图片信息进行分析，获取该钢轨轨迹上的行车指令。

进一步地，所述对机车进行控制，具体包括：根据获得的行车指令对机车进行减速或制动。

一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置，包括：

采集单元，用于对钢轨轨迹标定区段及进口处进行图像采集和分析处理信息；

处理单元，接收采集单元传送的分析处理信息，并向执行单元发送控制命令。

执行单元，对机车进行减速和制动控制。

进一步地，所述采集单元包括摄像装置、图像处理单元和数据传输单元，所述摄像装置的输出端连接所述图像处理单元，所述图像处理单元的输出端连接数据传输单元。

进一步地，所述处理单元包括电源单元、监控显示单元和执行控制机构，所述监控显示单元与所述采集单元的输出端连接，所述监控显示单元的输出端连接执行控制机构，所述电源单元为所述监控显示单元供电。

进一步地，所述处理单元设置备用系统，所述备用系统包括备用电源、备用图像采集单元和备用监控单元。

本发明的有益效果为：本发明利用远红外或CCD探测装置，追踪钢轨轨迹的标定区段及进口处，通过判断钢轨轨迹标定区段及进口处的图像是否被障碍物覆盖，运用障碍物预警以及障碍物确报向机车制动系统发布制动指令，从而实现机车防撞，在夜间、雨、雪、雾等天气情况下仍能探测所需保证安全的距离，能全天候工作，为行车安全提供重要保障。

附图说明

图1是本发明提出的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法流程图；

图2是本发明提出的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置结构图；

图3是本发明提出的所述地面采集装置结构图；

图4是本发明提出的所示车载控制装置结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步的说明。

参见图1，是本发明提出的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法及装置流程图。

如图1所示，一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，包括以下步骤：

步骤101，摄像机构对机车前方的钢轨轨迹标定区段及进口处按照轨迹以及障碍物的各种图像的各种特征进行图像信息提取；

步骤102，对摄像机构信息进行解析计算分析判断；

步骤103，对机车运行进行控制。

本发明实施例中，通过摄像机构采集的图像和机车自身参数，通过数据处理及监控操作，对机车的运行状态进行控制，控制机车减速或其他行车功能，该发明可以实现自动识别障碍物和控制列车，达到确保预防冲、脱、挤和撞车事故的目的，极大提高铁路及社会的安全、经济、社会效益。

在步骤101中，所述摄像机构对机车前方的钢轨轨迹标定区段及进口处进按照轨迹以及障碍物的各种图像的各种特征进行图像信息提取；具体包括：设置在机车上的摄像机构对钢轨轨迹标定区段及进口处进行图像采集，并对机车的运行速度进行提取。

其中，所述摄像机构为远红外摄像机或CCD探测装置。

进一步地，所述机车是指铁路机车、轨道车以及具有自轮运转特性的工程机械。

本发明实施例中，摄像机构采用远红外摄像机或CCD探测装置，无论白、昼、雨、雪、雾等气候条件下，均可以对钢轨轨迹及车前状况有效的进行识别。

在步骤102中，所述对钢轨轨迹的信息进行分析判断，具体为：对摄像机构采集的图片信息进行分析，获取该钢轨轨迹上的行车指令。

在步骤103中，所述对机车进行控制，具体包括：根据获得的行车指令对机车进行减速或制动。

本发明通过已有的列控装置LKJ(或者GYK轨道车运行控制设备)获得机车速度、位置等运行状态信息，形成运行制动曲线，采用全天候远红外探测、图像智能识别和目标判定、锁定等技术对障碍物识别，利用无线高精确定位和组网技术、无线网桥通信等技术对径路桥梁状态和道边山体状态进行监测，同时也对线路旁的慢行标志牌、蓝白色灯等标志进行识别和警示，对识别结果得到的相应信息进行分类从而进行列车控制，通过显示器进行人机交互，有效加强了列车运行过程中的安全保障。

参见图2，是本发明提出的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置结构图。

如图2所示，一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置，包括：

一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置，包括：

采集单元201，用于对钢轨轨迹标定区段及进口处进行图像采集和分析处理信息；

处理单元202，接收采集单元传送的分析处理信息，并向执行单元发送控制命令。

执行单元203，对机车进行减速和制动控制。

本发明的具体实施过程为：

(1)由自动追踪伺服摄像机构，摄取列车进路图像信息：分为a.禁止越过→须采取制动措施的“障碍物”(如蓝灯、红灯；汽车、火车；落石、落水等)；b.允许通过→须采取限速运行的“障碍物”(如限速标志牌等)；c.不受速度限制→可以正常速度通过的“障碍物”(如鸣笛等其它标志)。

(2)由监控处理单元根据第(1)条的a、b、c三类“障碍物”的信息，对a、b类设置限速或者停车数字模型曲线，列车在此曲线下运行。

(3)由“常用制动”和“非常制动”单元和车下的执行机构，对减速或者停车指令予以执行，达到控车目的。

参见图3，是本发明提出的所述采集单元结构图。

如图3所示，所述采集单元包括摄像装置301、图像处理单元302和数据传输单元303，所述摄像装置301的输出端连接所述图像处理单元302，所述图像处理单元302的输出端连接数据传输单元303。

参见图4，是本发明提出的所述处理单元结构图。

如图4所示，所述处理单元包括电源单元401、监控显示单元402和执行控制机构403，所述监控显示单元402与所述采集单元201的输出端连接，所述监控显示单元402的输出端连接执行控制机构403，所述电源单元401为所述监控显示单元402供电。

进一步地，所述处理单元设置备用系统404，所述备用系统包括备用电源、备用图像采集单元和备用监控单元。

本发明实施例中，利用设置在机车前方的采集装置对钢轨轨迹信息标定区段及进口处进行采集，并向机车控制器传送信息，机车控制器对接收的信息进行处理分析，对机车的运行状态进行控制，通过在机车的处理单元上设置备用系统，当处理单元发生故障时，其备用系统启动，对钢轨轨迹信息进行采集处理，实时控制机车的运行状态，保证数据的可靠性和实时性。

本发明实施例中，利用远红外或CCD探测装置，追踪钢轨轨迹的标定区段及进口处，通过判断钢轨轨迹标定区段及进口处的图像是否被障碍物覆盖，运用障碍物预警以及障碍物确报向机车制动系统发布制动指令，从而实现机车防撞。

本发明通过设置轨道摄像装置和车载摄像装置弥补目前国内已有的列控设备监控范围不足，填补其监控范围的盲区，完全可以克服和解决本文所叙述的司机人工观测的安全隐患，完全把随机的人工控制，上升为高科技的自动化控制。

(一)通过车载控制装置的监控单元对轨道图像进行显示，其中显示的内容包括无论白、昼、雨、雪、雾等气候条件下，均可以在1/30秒内识别人的视距3倍或者3～5KM以内下列目标“障碍物”并且可以进入自动化控制：

线路上和两侧的行人、汽车、牛、羊、火车、落石、倒伏树木等障碍物；

可以识别红、蓝、白、黄、双黄、黄闪、双黄闪、绿黄、绿等各种色灯信号；

可以识别线路上限速标志牌及限速的数值；

真实、实时显示记录进路上所有图像信息。

(二)可以在司机前的显示屏上直观、真实、实时反映进路上所有图像画面及信息。

可以直接反映出距各种最近的障碍物、色灯、标志牌等目标距机车的精确距离。指标是距离2000米时，误差50米，距离1000米时，误差25米。

(三)可以实施对列车运行的减速、常用制动、非常制动监控，分为三种状态：

禁止越过目标的状态：如①落石②树木③汽车④火车⑤红、蓝色灯的信号机等。

警示或者给出限速模式图形按图运行状态：如a各种数值的减速地点标志牌；b行人、牛、羊等；c对于鸣笛标志可以语音警示司机鸣笛。

显示记录状态：如a允许通过的色灯信号机(红、蓝除外)；b各钟警示标志及不影响行车的图像。

(四)可以对“障碍物“自行分类识别，并判断出其距列车距离，进行显示和自控处理。

本发明运用目前国内外先进的自动化智能化装备及技术，既独立于现有行车系统之外，能够对列车运行前方径路进行障碍物探测、径路桥梁状态、道边山体状态、限速标志牌识别以及站场蓝白灯识别防控和调车作业监控，弥补了在该领域内的空白；又可以和机车运行监控记录装置相互通信，和铁路其他既有设备相互配合，实现信息共享，做到无论是机车自身还是运行径路的全方面监测控制，起到积极有效的报警、预防和自动化防护控车的作用，切实保障铁路运输安全。机车运行障碍探测及防控技术和铁路现有设备相互衔接、匹配使用，形成了完备、和谐、科学、合理的铁路行车设备安全防控体系。机车运行障碍探测及防控技术，在上述重大行车隐患和行车安全真空领域共用一套装置，将会给铁路带来节约设备投资、便利售后维护、优化行车设备等无尽的经济效益。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

摄像机构对机车前方的钢轨轨迹标定区段及进口处按照轨迹以及障碍物的各种图像的各种特征进行图像信息提取；

对摄像机构信息进行解析计算分析判断；

对机车运行进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，其特征在于，所述摄像机构对机车前方的钢轨轨迹标定区段及进口处按照轨迹以及障碍物的各种图像的各种特征进行图像信息提取；具体包括：设置在机车上的摄像机构对钢轨轨迹标定区段及进口处进行图像采集，并对机车的运行速度进行提取。

3.根据权利要求2所述的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，其特征在于，所述摄像机构为远红外摄像机或CCD探测装置。

4.根据权利要求2所述的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，其特征在于，所述机车是指铁路机车、轨道车以及具有自轮运转特性的工程机械。

5.根据权利要求1所述的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，其特征在于，所述对钢轨轨迹的信息进行分析判断，具体为：对摄像机构采集的图片信息进行分析，获取该钢轨轨迹上的行车指令。

6.根据权利要求1所述的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞方法，其特征在于，所述对机车进行控制，具体包括：根据获得的行车指令对机车进行减速或制动。

7.一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置，其特征在于，包括：

采集单元，用于对钢轨轨迹标定区段及进口处进行图像采集和分析处理信息；

处理单元，接收采集单元传送的分析处理信息，并向执行单元发送控制命令；

执行单元，对机车进行减速和制动控制。

8.根据权利要求7所述的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置，其特征在于，所述采集单元包括摄像装置、图像处理单元和数据传输单元，所述摄像装置的输出端连接所述图像处理单元，所述图像处理单元的输出端连接数据传输单元。

9.根据权利要求7所述的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置，其特征在于，所述处理单元包括电源单元、监控显示单元和执行控制机构，所述监控显示单元与所述采集单元的输出端连接，所述监控显示单元的输出端连接执行控制机构，所述电源单元为所述监控显示单元供电。

10.根据权利要求7所述的一种利用光学探测机构追踪钢轨轨迹的机车防撞装置，其特征在于，所述处理单元设置备用系统，所述备用系统包括备用电源、备用图像采集单元和备用监控单元。