CN108482427A - 一种非接触式轨道车辆障碍物检测系统和安全控制方法 - Google Patents

Abstract

一种非接触式轨道车辆障碍物检测系统，根据车辆运行在不同路况、地点和自然环境的工况，以及障碍物的特性，对视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置、GPS多种测试源的输出数据进行数据融合，实现对多种测试装置的优势互补，完成对障碍物的检测和预警并控制车辆的运行，确保轨道车辆的安全运行，实现了非接触式的障碍物检测；提高了对障碍物检测和预警的精度，降低了误报、漏报率；实现在轨道车辆的全天候、全工况的障碍物测试和预警。

Description

一种非接触式轨道车辆障碍物检测系统和安全控制方法

技术领域

本发明属于轨道车辆的安全防护领域，涉及车辆运行过程中对障碍物的非接触式检测。

背景技术

轨道车辆的运输具有运输量大、能源消耗低、安全性高、方便以及全天候运输等特点，世界上许多国家都将轨道车辆作为非常重要的基础交通设施。同时，随着城市轨道交通技术的发展，国内外一些大城市提出建设全自动无人驾驶地铁列车，提高运行效率。考虑到列车在运行的过程中速度快、惯性大，并且轨道运输中路面状况相对比较复杂，因此，非常有必要对轨道车辆运输系统的安全问题，特别是列车的行车安全问题进行深入的研究，障碍物检测就是其中的重要技术之一。

鉴于目前的障碍物检测技术多为接触式方式，或者为单一信息源的非接触式检测方式，接触式障碍物检测方式存在着检测距离有限、对列车会造成机械损害、检测设备无法重复利用的问题，而单一信息源的非接触式检测方式存在着不能实现实时检测与提前预警以及无法全天候、全工况检测的问题，因此，研发基于非接触式的能够提前实现预警以及能够全天候全工况工作的障碍物检测系统和控制方法成为必然需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道车辆的非接触式障碍物检测系统，能够在轨道车辆运行时利用多种测试装置完成对障碍物的全天候和全工况的非接触式实时检测和预警功能，满足车辆运行的安全需求。

为实现上述目的，本发明提供一种非接触式轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于：包括视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置、GPS、数据融合装置和列车控制装置，视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置、GPS分别各自连接数据融合装置，数据融合装置连接列车控制装置，其中：

视频摄像装置用于利用立体视觉技术，对同一景象进行不同角度拍摄图片进行特性提取和匹配的原理对障碍物进行探测；

激光雷达装置用于根据对激光反射波的分析和识别对障碍物进行探测；

红外线测试装置用于根据热辐射特性对障碍物进行探测；

超声波测试装置用于根据对回波的特征分析获得障碍物的信息，对障碍物进行探测；

GPS用于获得列车的时间、运行速度和位置信息；

数据融合装置用于接收视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置和GPS的测试数据，进行数据融合；

列车控制装置用于接收数据融合装置融合后的障碍物信息，进行障碍物信息显示和对列车牵引和制动系统的控制。

所述的数据融合装置用于数据融合的过程是：在天气环境和视线以及光线良好的工况时，当视频摄像装置和激光雷达装置均检测到障碍物时，则判断此信息为正确的障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；在该工况下，其他任意一种单独检测到的和多种检测装置共同检测到的障碍物信息均判断为误报，不作为检测到障碍物的信息处理并将信息输出到列车控制装置；在天气环境恶劣或者黑暗环境光线弱工况或者进出隧道背景光线发生剧烈变化工况的工况时，当激光雷达装置、红外线检测装置和超声波检测装置均检测到障碍物时，则判断此信息为正确的障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；当激光雷达装置与红外线检测装置或超声波检测装置中的任意一种检测装置检测到障碍物时，则判断为潜在障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；对于在此工况下，其他任意一种检测装置单独检测到的障碍物信息或者视频摄像装置检测到的障碍物信息均判断为误报，不作为检测到障碍物的信息处理并将信息输出到列车控制装置。

一种非接触式轨道车辆障碍物安全控制方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：当接收到障碍物信息，并且障碍物信息持续存在，则确认该信息真实有效，列车控制装置根据列车的实际速度以及检测到的障碍物距离控制列车的牵引系统和制动系统，在列车到达障碍物前停车，如果在列车到达障碍物前检测到的障碍物信息消失，则列车控制装置控制列车的牵引和制动系统恢复到检测到障碍物前的列车状态；

第二步：当接收到障碍物信息后但该信息未持续存在，则认为该信息为误报警或者障碍物已经消失，列车保持原有状态运行即可；当接收到潜在障碍物检测信息后并且该信息持续存在，列车控制装置根据列车的实际速度以及检测到的潜在障碍物距离，控制列车的牵引系统和制动系统降低到线路允许的最低速度行驶，在到达潜在障碍物安全距离前，如果仍接收到潜在障碍物信息则列车停车，在列车行驶到障碍物前障碍物信息消失，则列车控制装置控制列车的牵引和制动系统恢复到检测到障碍物前的列车状态。

本发明通过视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置、GPS、数据融合装置以及列车控制装置的相互作用，利用数据融合装置多数据源的数据融合功能，根据车辆运行在不同路况、地点和自然环境的工况，以及障碍物的特性，对以上多种测试源的输出数据进行数据融合，实现对多种测试装置的优势互补，完成对障碍物的检测和预警并控制车辆的运行，确保轨道车辆的安全运行，达到如下积极效果：

（1）实现了非接触式的障碍物检测；

（2）提高了对障碍物检测和预警的精度，降低了误报、漏报率；

（3）实现在轨道车辆的全天候、全工况的障碍物测试和预警。

附图说明

图1为本发明系统组成框图；

图2是本发明控制方法流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明包括视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置、GPS、数据融合装置和列车控制装置，激光雷达装置利用激光雷达技术根据对激光反射波的分析和识别对障碍物进行探测；视频摄像装置利用立体视觉技术，根据对视频摄像装置对同一景象进行不同角度拍摄图片进行特性提取和匹配的原理对障碍物进行探测，通过对列车运行轨道旁的参照物进行对比分析判断列车运行时的天气环境、视线和光线条件，区分列车的运行工况；超声波测试装置利用超声波技术根据对回波的特征分析获得障碍物的信息对障碍物进行探测，红外线测试装置利用红外成像技术根据热辐射特性对障碍物进行探测，利用GPS获得列车的时间、运行速度和位置信息（包括隧道口）；同时利用立体视觉技术通过对列车运行轨道旁的参照物进行对比分析判断列车运行时的天气环境、视线和光线条件，区分列车的运行工况，并将工况分为正常工况和极端工况共两种工况。将以上装置的测试数据输入到数据融合装置里，进行数据融合；将融合后的检测到障碍物信息输出到列车控制装置，同时在司机室显示屏上能够显示障碍物信息，并对列车牵引和制动系统进行控制。

数据融合过程：

在天气环境和视线以及光线良好的工况时（简称正常工况），当视频摄像装置和激光雷达装置均检测到障碍物时，则判断此信息为正确的障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；在该工况下，其他任意一种单独检测到的和多种检测装置共同检测到的障碍物信息均判断为误报，不作为检测到障碍物的信息处理并将信息输出到列车控制装置。

在天气环境恶劣（雨、雪、雾霾等）或者黑暗环境等光线弱工况或者进出隧道等背景光线发生剧烈变化工况的工况时（简称极端工况），当激光雷达装置、红外线检测装置和超声波检测装置均检测到障碍物时，则判断此信息为正确的障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；当激光雷达装置与红外线检测装置或超声波检测装置中的任意一种检测装置检测到障碍物时，则判断为潜在障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；对于在此工况下，其他任意一种检测装置单独检测到的障碍物信息或者视频摄像装置检测到的障碍物信息均判断为误报，不作为检测到障碍物的信息处理并将信息输出到列车控制装置。

在完成数据融合后，列车控制装置的工作过程如下：

当接收到障碍物信息，并且该障碍物信息持续存在一段时间，则确认该信息真实有效，列车控制装置根据列车的实际速度以及检测到的障碍物距离控制列车的牵引系统和制动系统，在列车到达障碍物前停车，如果在列车到达障碍物前检测到的障碍物信息消失，则列车控制装置控制列车的牵引和制动系统恢复到检测到障碍物前的列车状态；当接收到障碍物信息后但该信息未持续存在，确认该信息无效，列车保持原有状态运行即可；当接收到潜在障碍物检测信息后并且确认该信息真实有效，列车控制装置根据列车的实际速度以及检测到的潜在障碍物距离控制列车的牵引系统和制动系统降低到线路允许的最低速度行驶，在到达潜在障碍物安全距离前时如果仍接收到潜在障碍物信息则列车停车，在列车行驶到障碍物前障碍物信息消失，则列车控制装置控制列车的牵引和制动系统恢复到检测到障碍物前的列车状态。

Claims (3)

1.一种非接触式轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于：包括视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置、GPS、数据融合装置、列车控制装置，视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置、GPS分别各自连接数据融合装置，数据融合装置连接列车控制装置，其中：

视频摄像装置用于利用立体视觉技术，对同一景象进行不同角度拍摄图片进行特性提取和匹配的原理对障碍物进行探测；

激光雷达装置用于根据对激光反射波的分析和识别对障碍物进行探测；

红外线测试装置用于根据热辐射特性对障碍物进行探测；

超声波测试装置用于根据对回波的特征分析获得障碍物的信息，对障碍物进行探测；

GPS用于获得列车的时间、运行速度和位置信息；

数据融合装置用于接收视频摄像装置、激光雷达装置、红外线测试装置、超声波测试装置和GPS的测试数据，进行数据融合；

列车控制装置用于接收数据融合装置融合后的障碍物信息，进行障碍物信息显示和对列车牵引和制动系统的控制。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于：所述的数据融合装置用于数据融合的过程是：在天气环境和视线以及光线良好的工况时，当视频摄像装置和激光雷达装置均检测到障碍物时，则判断此信息为正确的障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；在该工况下，其他任意一种单独检测到的和多种检测装置共同检测到的障碍物信息均判断为误报，不作为检测到障碍物的信息处理并将信息输出到列车控制装置；在天气环境恶劣或者黑暗环境光线弱工况或者进出隧道背景光线发生剧烈变化工况的工况时，当激光雷达装置、红外线检测装置和超声波检测装置均检测到障碍物时，则判断此信息为正确的障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；当激光雷达装置与红外线检测装置或超声波检测装置中的任意一种检测装置检测到障碍物时，则判断为潜在障碍物检测信息并将信息输出到列车控制装置；对于在此工况下，其他任意一种检测装置单独检测到的障碍物信息或者视频摄像装置检测到的障碍物信息均判断为误报，不作为检测到障碍物的信息处理并将信息输出到列车控制装置。

3.根据权利要求1所述系统的非接触式轨道车辆障碍物安全控制方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：当接收到障碍物信息，并且障碍物信息持续存在，则确认该信息真实有效，列车控制装置根据列车的实际速度以及检测到的障碍物距离控制列车的牵引系统和制动系统，在列车到达障碍物前停车，如果在列车到达障碍物前检测到的障碍物信息消失，则列车控制装置控制列车的牵引和制动系统恢复到检测到障碍物前的列车状态；

第二步：当接收到障碍物信息后但该信息未持续存在，则认为该信息为误报警或者障碍物已经消失，列车保持原有状态运行即可；当接收到潜在障碍物检测信息后并且该信息持续存在，列车控制装置根据列车的实际速度以及检测到的潜在障碍物距离，控制列车的牵引系统和制动系统降低到线路允许的最低速度行驶，在到达潜在障碍物安全距离前，如果仍接收到潜在障碍物信息则列车停车，在列车行驶到障碍物前障碍物信息消失，则列车控制装置控制列车的牵引和制动系统恢复到检测到障碍物前的列车状态。