CN106920353B - 一种基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法，该异物入侵安全防控装置至少包括现场监测设备、数据处理设备、无线通信设备，该异物入侵位置检测方法包含以下几个步骤：步骤一：对激光发射器、激光接收器初始化，开始接收并记录稳定的光束信息；步骤二：数据处理设备根据光束变化判断异物入侵情况，记录波形变化信息；步骤三：数据处理设备对通过无线通信设备传输过来的波形变化进行分析，并确定异物入侵位置。本发明适用于铁路沿线对异物入侵进行监测，还适用于任何野外户外无人值守项目，利用激光技术，快速准确地确定异物入侵位置，简单准确、方便可靠，成本低、结构简单，效率高、耗能少，便于多领域推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种位置确定方法，特别涉及一种基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法。
背景技术
随着我国经济社会的快速发展，铁路客货运输量不断增加，列车运行速度不断提高，给铁路安全监控带来巨大的压力，其中铁路异物入侵严重影响到列车的运行安全。由于列车在露天高速行驶中环境因素不可预测，轨道异物入侵可能会给行车安全带来严重后果。轨道异物是指铁道上影响到正常行车安全的障碍物，如山体滑坡、泥石流塌方等造成的道上沙石、桥梁隧道掉落的悬挂物、因报警失误仍滞留在道上作业的工作人员以及相关装备。
随着高速铁路技术的完善和进一步普及，中国的铁路平均时速不断提升，对于沿线异物入侵的监测成为了一项重要工作，对于保障乘客以及沿线居民的生命财产安全也是至关重要的。在此背景下，目前的铁路沿线监测系统大部分采用接触式双电网传感器作为监控设备。即在铁路沿线两侧铺设防护网，并于防护网上铺设电网，作为接触式的监测设备。由此一来，监测设备成本高，安装笨重，耗能高，故障排查以及维修过程困难等弊端在所难免，已不适于高速铁路沿线入侵情况的监测。
现有技术中，还有一种红外报警系统已经广泛投入自动控制领域，主要应用于自动门窗的控制系统、民用安保系统等。但以上系统均只能做出对遮挡情况的判断，不能从中获取相关的位置信息。
因此，如何提供一种可以快速准确的确定异物入侵位置的方法，成为了目前业界亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种适用于铁路沿线、厂房民居等领域的，不仅能对异物入侵做出快速灵敏的判断，还能确定异物入侵位置的简单准确、方便可靠的基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法。
技术方案：本发明所述的一种基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法，所述异物入侵安全防控装置至少包括现场监测设备、数据处理设备、无线通信设备，所述现场监测设备通过无线通信设备与数据处理设备连接；
所述现场监测设备均为非接触式的监控设备，包括若干个监测单元，每个监测单元由对称分布在监测现场的若干组激光收发单元组成，每组激光收发单元包括两对方向相反的激光发射器、激光接收器；
其中，对于每个激光收发单元，激光发射器发射的为红外频段、不经调制的单色激光，并由相对应的激光接收器接收，激光接收器输出的光束为稳定的均值波形；
所述位置检测方法包含以下几个步骤：
步骤一：对激光发射器、激光接收器初始化，开始接收并记录稳定的光束信息；
步骤二：数据处理设备根据光束变化判断异物入侵情况，记录波形变化信息；
步骤三：数据处理设备对通过无线通信设备传输过来的波形变化进行分析，并确定异物入侵位置。
进一步的，所述步骤一中，对于单个激光收发单元，若两组激光接收器的输出光束出现了变化，通过数据处理设备记录波形的同时，做出有异物入侵的判断。
进一步的，所述步骤三中确定异物入侵位置的具体实现方式为：
设定A，B为监测单元的两端，A，B二者之间距离为L，光在A，B二者之间单程传播的时间为光子的通过时间T，定义在无遮挡情况下单个激光接收器在通过时间T内接收的由对应激光发射器发射的激光的能量为饱和值E；
设定A端的激光发射器A1及激光接收器A2，B端的激光发射器B1及激光接收器B2，激光发射器A1、激光发射器B1发射的激光不经调制，异物入侵遮挡后，继续到达激光接收器B2及激光接收器A2的光子数，即遮挡后两激光接收器接收的能量值不同；或两激光接收器输出波形的下降沿的位置不同，确定时间点t0，使得从t0至下降沿这段时间内，激光接收器A2接收的能量与激光接收器B2接收的能量之和为饱和值，此时间点t0即为遮挡时刻，由遮挡时刻至下降沿的时间长短即可确定遮挡位置，即入侵位置。
进一步优化的，所述由遮挡时刻至下降沿的时间长短确定遮挡位置的具体方法为：
t0确定后，在激光接收器B2接收的波形曲线中，自t0至下降沿时刻的时间段Δt1即为光自遮挡位置到B端的传播时间，计算l1＝c·Δt1，即为遮挡位置距B端的距离；同理，在激光接收器A2接收的光束波形中，自t0至下降沿时刻的时间段Δt2即为光自遮挡位置到A端的传播时间，计算l2＝c·Δt2，即为遮挡位置距A端的距离；其中c为光的传播速度。
有益效果：本发明的基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法，通过在监测现场设置的激光发射器和激光接收器接收记录稳定波形信息，数据处理设备对通过无线通信设备传输过来的波形进行数据分析处理，根据波形变化判断异物入侵情况，记录波形变化信息，并且分析波形变化，以确定入侵位置。对每组激光收发单元，若其两个激光接收器输出波形都出现了突然的下降沿，并在一段时间内维持低水平，则数据处理设备在记录波形的同时，做出有异物入侵的判断，并确定异物入侵位置。本发明适用于铁路沿线对异物入侵进行监测，还适用于各厂房民居的安全防护，还适用于大型油田、油井、油库、油汽站、地铁、银行、博物馆、机场、监狱、军事重地、弹药库、边防警戒、各厂房民居线等地面任何场所，以及水利、桥梁、隧道、电力等超高报警项目，可以满足任何野外户外无人值守项目，利用激光技术包含的相关信息，快速准确地确定异入侵位置，简单准确、方便可靠。
附图说明
图1为本发明的流程示意框图。
图2为本发明的实施例中单个激光收发单元示意图。
图3为本发明的实施例中激光接收器A2、激光接收器B2有异物入侵时输出波形示意图。
附图标号：1、异物。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本发明的一种基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法，是在安装有异物入侵安全防控装置的基础上实现的，该装置至少包括现场监测设备、数据处理设备、无线通信设备，现场监测设备通过无线通信设备与数据处理设备连接。
现场监测设备均为非接触式的监控设备，包括若干个监测单元，每个监测单元由对称分布在监测现场的若干组激光收发单元组成，每组激光收发单元包括两对方向相反的激光发射器、激光接收器。其中，对于每个激光收发单元，激光发射器发射的为红外频段、不经调制的单色激光，并由相对应的激光接收器接收，激光接收器输出的光束为稳定的均值波形；
如图1所示，本发明运用异物入侵安全防控装置对异物1入侵位置的检测方法包含以下几个步骤：
步骤一：对激光发射器、激光接收器初始化，开始接收并记录稳定的光束信息；该步骤一中，对于单个激光收发单元，若两组激光接收器的输出波形都出现了突然的下降沿并在一段时间内维持低水平，则数据处理设备记录波形的同时，做出有异物1入侵的判断。
步骤二：数据处理设备根据光束变化判断异物1入侵情况，记录波形变化信息；
步骤三：数据处理设备对通过无线通信设备传输过来的波形变化进行分析，并确定异物1入侵位置。该步骤三中确定异物1入侵位置的具体实现方式为：
设定A，B为监测单元的两端，A，B二者之间距离为L，光在A，B二者之间单程传播的时间为光子的通过时间T，定义在无遮挡情况下单个激光接收器在通过时间T内接收的由对应激光发射器发射的激光的能量为饱和值E；
设定A端的激光发射器A1及激光接收器A2，B端的激光发射器B1及激光接收器B2，激光发射器A1、激光发射器B1发射的激光不经调制，异物1入侵遮挡后，继续到达激光接收器B2及激光接收器A2的光子数，即遮挡后两激光接收器接收的能量值不同；或两激光接收器输出波形的下降沿的位置不同，确定时间点t0，使得从t0至下降沿这段时间内，激光接收器A2接收的能量与激光接收器B2接收的能量之和为饱和值，此时间点t0即为遮挡时刻，由遮挡时刻至下降沿的时间长短即可确定遮挡位置，即入侵位置。
由遮挡时刻至下降沿的时间长短确定遮挡位置的具体方法为：
t0确定后，在激光接收器B2接收的波形曲线中，自t0至下降沿时刻的时间段Δt1即为光自遮挡位置到B端的传播时间，计算l1＝c·Δt1，即为遮挡位置距B端的距离；同理，在激光接收器A2接收的波形曲线中，自t0至下降沿时刻的时间段Δt2即为光自遮挡位置到A端的传播时间，计算l2＝c·Δt2，即为遮挡位置距A端的距离；其中c为光的传播速度。
实施例
以在铁路沿线使用为例，在相对平直的高速铁路沿线设置现场监测设备，现场监测设备由若干个监测单元构成，每个监测单元由对称分布在铁路两侧的若干组激光收发单元组成，每组激光收发单元由两对方向相反的激光发射器、激光接收器构成，水平相距约5公里；相对于铁路单侧，若干组激光收发单元成垂直均匀分布，各激光收发单元之间距离约0.5米。
由光的波粒二象性可知，由激光发射器发射的是红外频段、不经调制的单色激光，为单色脉冲，亦可视为光子束，且单个光子的能量是相同的。那么，一段时间内由激光接收器输出波形积分所得的能量的大小正比于这段时间内到达激光接收器的光子的数目。
如图2所示，其中，箭头方向表示激光束传播方向。A，B为监测单元的两端，A，B二者之间距离为L，光在A，B二者之间单程传播的时间为光子的通过时间T，定义在无遮挡情况下单个激光接收器在通过时间T内接收的由对应激光发射器发射的激光的能量为饱和值E。
则通过以下方法即可获得位置信息：装备在A端的激光发射器A1及激光接收器A2，装备在B端的激光发射器B1及激光接收器B2。两组激光收发单元必须距离约0.5米，保证异物1入侵时，产生如图2对两束反向激光束的同时的遮挡。
对于单个激光收发单元，若两组激光接收器输出波形都出现了突然的下降沿并在一段时间内维持低水平，则数据处理设备记录波形的同时，做出有异物1入侵的判断。
数据处理设备同时处理同一激光收发单元中两组接收器输出的功率-时间波形，在同一时间坐标中，确定时刻t0，使得自t0开始至下降沿时刻，两激光接收器接收的能量值之和为已知恒定的饱和值E。
如图3所示，其中，上方的图为激光接收器B2输出波形，下方的图为激光接收器A2输出波形。异物1入侵遮挡后，继续到达激光接收器B2及激光接收器A2的光子数，因为相对遮挡位置的差异而不同，同理可表述为，遮挡后两激光接收器接收的能量值不同；或两激光接收器输出波形的下降沿的位置不同。t0的寻找如图3所示，确定某一时刻t0，使得对于两个激光接收器，从t0开始至下降沿的时刻为止接收的能量相加为饱和值，即图中两组阴影部分面积之和为相对的饱和值。
t0确定后，在激光接收器B2接收的波形曲线中，自t0至下降沿时刻的时间段Δt1即为光自遮挡位置到B端的传播时间，计算l1＝c·Δt1即为遮挡位置距B端的距离。同理，在激光接收器A2接收的波形曲线中，自t0至下降沿时刻的时间段Δt2即为光自遮挡位置到A端的传播时间，计算l2＝c·Δt2即为遮挡位置距A端的距离。c为光的传播速度。
实际上，对于一般的异物1入侵，其对激光束的遮挡时间一般不低于1s，相对于光的传播速度，可视为长时间的遮挡，均可以利用上述方法确定遮挡位置。
本发明的基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法，通过在监测现场设置的激光发射器和激光接收器接收记录稳定波形信息，数据处理设备对通过无线通信设备传输过来的波形进行数据分析处理，根据波形变化判断异物1入侵情况，记录波形变化信息，并且分析波形变化，以确定入侵位置。对每组激光收发单元，若其两个激光接收器输出波形都出现了突然的下降沿，并在一段时间内维持低水平，则数据处理设备在记录波形的同时，做出有异物1入侵的判断，并确定异物1入侵位置。
本发明适用于铁路沿线对异物1入侵进行监测，还适用于各厂房民居的安全防护，还适用于大型油田、油井、油库、油汽站、地铁、银行、博物馆、机场、监狱、军事重地、弹药库、边防警戒、各厂房民居线等地面任何场所，以及水利、桥梁、隧道、电力等超高报警项目，可以满足任何野外户外无人值守项目，利用激光技术包含的相关信息，快速准确地确定异物1入侵位置，简单准确、方便可靠，成本低、结构简单，效率高、耗能少，便于多领域推广使用。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法，其特征在于：所述异物入侵安全防控装置至少包括现场监测设备、数据处理设备、无线通信设备，所述现场监测设备通过无线通信设备与数据处理设备连接；
所述现场监测设备均为非接触式的监控设备，包括若干个监测单元，每个监测单元由对称分布在监测现场的若干组激光收发单元组成，每组激光收发单元包括两对方向相反的激光发射器、激光接收器；
其中，对于每个激光收发单元，激光发射器发射的为红外频段、不经调制的单色激光，并由相对应的激光接收器接收，激光接收器输出的光束为稳定的均值波形；
所述位置检测方法包含以下几个步骤：
步骤一：对激光发射器、激光接收器初始化，开始接收并记录稳定的光束信息；
步骤二：数据处理设备根据光束变化判断异物入侵情况，记录波形变化信息；
步骤三：数据处理设备对通过无线通信设备传输过来的波形变化进行分析，并确定异物入侵位置；
所述步骤三中确定异物入侵位置的具体实现方式为：
设定A，B为监测单元的两端，A，B二者之间距离为L，光在A，B二者之间单程传播的时间为光子的通过时间T，定义在无遮挡情况下单个激光接收器在通过时间T内接收的由对应激光发射器发射的激光的能量为饱和值E；
设定A端的激光发射器A1及激光接收器A2，B端的激光发射器B1及激光接收器B2，激光发射器A1、激光发射器B1发射的激光不经调制，异物入侵遮挡后，继续到达激光接收器B2及激光接收器A2的光子数，即遮挡后两激光接收器接收的能量值不同，或两激光接收器输出波形的下降沿的位置不同，确定时间点t0，使得从t0至下降沿这段时间内，激光接收器A2接收的能量与激光接收器B2接收的能量之和为饱和值，此时间点t0即为遮挡时刻，由遮挡时刻至下降沿的时间长短即可确定遮挡位置，即入侵位置；
所述由遮挡时刻至下降沿的时间长短确定遮挡位置的具体方法为：
t0确定后，在激光接收器B2接收的波形曲线中，自t0至下降沿时刻的时间段Δt1即为光自遮挡位置到B端的传播时间，计算l1＝c·Δt1，即为遮挡位置距B端的距离；同理，在激光接收器A2接收的光束波形中，自t0至下降沿时刻的时间段Δt2即为光自遮挡位置到A端的传播时间，计算l2＝c·Δt2，即为遮挡位置距A端的距离；其中c为光的传播速度。
2.根据权利要求1所述的一种基于异物入侵安全防控装置的位置检测方法，其特征在于：所述步骤一中，对于单个激光收发单元，若两组激光接收器的输出光束出现了变化，通过数据处理设备记录波形的同时，做出有异物入侵的判断。
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