CN109374128B - 一种轨道交通信号机亮度检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通信号机亮度检测装置和方法，所述装置包括：处理器，以及与处理器连接的光照度检测模块、经纬度定位模块和激光定位模块；经纬度定位模块，用于依次获取信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标；激光定位模块，用于对待检测的信号机灯泡发射激光束进行定位；光照度检测模块，用于根据激光束对准所述信号机灯泡，获取所述灯泡的光照度；处理器，根据所述信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标计算测量距离；以及根据所述灯泡的光照度判断所述灯泡是否合格。本发明的轨道交通信号机亮度检测装置可操作性强，亮度检测精确性高，保证了行车安全。

Description

一种轨道交通信号机亮度检测装置和方法

技术领域

本公开属于轨道交通及智能交通技术领域，尤其涉及一种轨道交通信号机亮度检测装置和方法。

背景技术

轨道交通信号是指以标志物、灯具、仪表和音响等向铁路行车人员传送机车车辆运行条件、行车设备状态和行车有关指示的技术与设备，其在保证机车车辆安全、有序地行车与调车作业方面发挥着重要的作用。我国《铁路技术管理规程》中第六十一条规定：进站、通过、遮断信号机的显示距离不得少于1000m；高柱出站、高柱进路信号机的显示距离不得少于800m；预告、驼峰、驼峰辅助信号机的显示距离不得少于400m；调车、矮型出站、矮型进路、复示信号机，容许、引导信号及各种表示器的显示距离不得少于200m。《铁路技术管理规定》中第六十一条还规定：在地形、地物影响视线的地方，进站、通过、预告、遮断信号机的显示距离，在最坏的情况下不得少于200m。可见，信号机的显示距离是决定信号机性能优劣的重要指标，但信号机亮度的检测手段，目前还仅停留在人眼观测的程度，主观性和随意性强，不利于正确判断信号机的亮度情况，对行车安全性存在一定的隐患。

在亮度检测技术领域，据查代表性成果主要有：申请号201210090633.7发明专利，提供一种基于单片机控制系统的天空亮度仪，即可以对天空进行扫描测量，也能对给定方位进行定点测量；申请号201310182237.1发明专利提供一种能够基于相对测量的原理对被检光源进行测量使其能在非特定的环境下进行测量亮度检测仪，降低了光电探测器自身噪声，老化对亮度检测结果的影响；申请号200410103307.0发明专利提供一种基于激光测距望远镜的亮度检测仪及其检测方法等。

分析现有发明成果，可知在亮度检测领域存在较大的技术提升与应用空间，一是技术发明或创新思想较少；二是在轨道交通领域(含铁路、城市轨道交通、城际轨道交通、有轨电车等)，尚没有提出对信号机进行亮度检测的相关方案。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种轨道交通信号机亮度检测装置和方法，以提高轨道交通行车安全为出发点，将亮度检测仪与铁路业务有机融合起来，提出一种便携、灵活、测量精度高的轨道交通信号机亮度检测仪。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种轨道交通信号机亮度检测装置，包括：处理器，以及与处理器连接的光照度检测模块、经纬度定位模块和激光定位模块；

经纬度定位模块，用于依次获取信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标；

激光定位模块，用于对待检测的信号机灯泡发射激光束进行定位；

光照度检测模块，用于根据激光束对准所述信号机灯泡，获取所述灯泡的光照度；

处理器，根据所述信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标计算测量距离；以及根据所述灯泡的光照度判断所述灯泡是否合格。

进一步地，所述光照度检测模块还获取所述信号机周围环境的光照度；

处理器根据所述周围环境的光照度和所述灯泡的光照度计算实际光照度，根据所述实际光照度判断所述灯泡是否合格。

进一步地，所述测量距离计算公式为：

其中，A＝(α₁,β₁)、B＝(α₂,β₂)分别为信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标，R为地球半径。

进一步地，判断所述灯泡是否合格包括：

将所述周围环境的光照度和所述灯泡的光照度进行差分计算得到实际光照度；

若实际光照度大于等于所述检测位置的参考光照度，所述灯泡亮度合格，反之，不合格。

进一步地，所述检测位置的参考光照度计算方法为：

L^R＝Φ/6.28R²

其中，Φ为所述灯泡发出的总光通量，R为该灯泡与所述检测位置之间的距离。

进一步地，所述检测装置还包括与处理器连接的报告生成模块，根据测量距离、检测结果生成报告。

进一步地，所述检测装置还包括与处理器连接的显示模块。

进一步地，所述检测装置还包括与处理器连接的打印模块。

进一步地，所述检测装置还包括与处理器连接的输入控制模块，包括经纬度定位按键、激光发生按键、光照度检测按键和报告生成按键。

一个或多个实施例提供了一种使用所述装置的信号机亮度检测方法，包括以下步骤：

依次检测信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标；

对待检测的信号机灯泡发射激光束进行定位；

检测所述信号机周围环境的光照度；

根据激光束将光照度传感器对准所述信号机灯泡，检测所述灯泡的光照度；

生成检测报告。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、本公开利用传感器技术，自动检测信号机灯位的亮度值，避免了人为观察的主观性和不精确性。

2、本公开的信号机亮度检测设备便携、易操作，可实现按需检测信号机亮度值的要求，确保了信号机亮度显示达标合格，保证了行车安全。

3、本公开将人工智能理论中的专家系统技术应用于轨道交通信号机亮度检测设备中，实现了亮度识别的智能化。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例一轨道交通信号机亮度检测装置外部结构图；

图2为本公开实施例一轨道交通信号机亮度检测装置的功能框架图；

图3为本公开实施例一检测报告格式示意图；

图4为本公开实施例一效用判别专家系统原理示意图；

图5为本公开实施例二使用所述检测装置的现场检测示意图；

图6为本公开实施例二轨道交通信号机亮度设备工作原理流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种轨道交通信号机亮度检测装置，所述检测装置为手持式的，如图1所示，包括：

壳体，所述壳体外表面设有显示屏、多个功能按键、激光发射口、光照度传感器、充电和/或数据传输接口、音频输出口。所述功能按键区包括但不限于电源控制和确认按键、激光发生按键、光照度检测按键、经纬度定位按键、报告生成按键、音量调节按键、取消按键。

所述壳体内部设有处理器、电源模块、存储模块、经纬度定位模块、激光定位模块和无线通信模块。

其中，如图2所示，所述多个功能按键均与处理器连接，处理器还分别与显示屏、光照度传感器、电源模块、存储模块、经纬度定位模块、激光定位模块、充电和/或数据传输接口、音频输出口和无线通信模块连接；激光定位模块与激光发射口连接。

所述显示屏和多个功能按键设于所述壳体的同一外表面。

所述光照度传感器和激光发射口相邻设置，且设于所述壳体的同一外表面上，优选地，设于所述壳体的顶部外表面，便于用户手持该检测装置对待检测的信号机灯泡进行激光瞄准定位，然后沿着该激光束方向进行光照度检测。

所述充电和/或数据传输接口和音频输出口设于壳体侧壁上。所述充电和/或数据传输接口优选为USB接口，用于充电、数据传输等功能。

所述无线通信模块，用于与外部设备通信，例如，与打印机通信，可打印检测结果报告，与计算机通信，可进行数据传输。

所述壳体的底部外表面上还设有挂钩。

如图1所示，图1(a)为检测装置的前视图，包括显示屏、按键、挂钩。按键主要包括开关机及确认键、激光按键、检测按键、语音键、取消键等。开关机及确认键，用于开关机和功能选择确认操作；激光键实现激光生发、目标定位及确定等功能；检测键实现光照检测功能；报告键生成检测报告；显示屏，用于显示相关信息。图1(b)为检测装置的侧视图，包括音响口和USB接口，USB接口用于充电、数据传输等功能；图1(c)为检测装置的顶视图，包括激光定位发射口和光通量传感器两个口。

其中，经纬度定位模块，即卫星定位模块，可采用GPS定位模块、北斗定位模块，其精度高，通过操作“定位”键，实时记录当前地点的经纬度坐标值，坐标值的显示能够在“度”和“度：分：秒”等多种格式间转换；采集经纬度坐标值后记录在存储模块中，存储模块能够容纳不少于50条记录。

激光定位模块，可产生单色(红色或绿色可选)激光，能够定向定标，照射到目标物体后，能够给出确认反馈信息。

光照度传感器，根据环境灯光的变化，将可见光转化成电信号，检测测量对象的光照度值，光照度测量范围不小于0～200000Lux，根据需要可多次测量后取平均值。当用户按下多个功能按键中的任意一个时，所述处理器通过其各个串口与其它模块连接，接收它们传过来的指令，进行相应操作，例如，按下激光发生按键，处理器控制激光定位模块发生激光控制并经由激光发射口射出光束；按下光照度检测按键，处理器控制光照度传感器采集光照度；按下经纬度定位按键，处理器控制经纬度定位模块获取经纬度坐标，报告生成按键，用于生成检测报告。

所述处理器选用ARM或DSP芯片。所述处理器包括距离计算模块和效用判别模块。

所述距离计算模块，基于两次定位数值，根据经纬度结果实时计算两点之间的距离；基于两次定位数值，根据经纬度结果实时计算两点之间的距离，单位可在米和千米之间转换；考虑到检测距离相对于地球半径小得多，采用平面近似算法求解距离，计算原理如下：已知A、B两点经纬度分别为A＝(α₁,β₁)，B＝(α₂,β₂)，则两点之间的距离计算公式如下：其中，/>R为地球半径，一般取6371.004km。

效用判别模块，判别当前所检测信号机灯亮度值是否满足要求，通过对信号机前测得的光照度值与在规定距离处测得的光照度值求差，并与背景光照度差分，求得在指定地点的光照度值。将此光照度值与标准值进行比对，判断信号机灯泡是否合格。

所述显示模块，显示该装置所处的位置距离和亮度，以及显示被测量信号灯是否符合要求的信息和流程选择信息。

按下报告生成按键时，处理器接收报告生成指令，根据检测的信号机的类型，灯泡颜色，检测的亮度值，以及得到的结论生成检测报告，报告格式如图3所示。

当所述检测装置与外部打印机连接时，按下打印按键，可实现打印生成报告。

所述图4为效用判别模块的专家系统结构组成，包括人机接口、解释器、推理机、知识库和综合数据库。推理机主要用于确定搜索策略、知识库及其管理系统中存储光照知识，采用产生式规则生产知识，如被检测的信号机灯泡型号为铁路信号灯泡LTX12-25/25W，根据表1所示国家标准《铁路信号灯泡(GB/T 14046-2009)》，知识库中知识可描述为：if检测的亮度≥242lm；then该信号机亮度合格；if检测的亮度≤242lm；then该信号机亮度不合格；将得到的结果保存数据后，输出到显示模块执行相应的操作。

表1灯泡的光电参数和寿命

作为所述轨道交通信号机亮度检测装置的优选实施方式，所述检测装置包括：壳体，所述壳体外表面设有显示屏、功能按键区、USB接口、音频输出口、激光发射口和光照度传感器。所述功能按键区包括电源控制和确认按键、激光按键、检测按键、音量调节按键、取消按键。所述壳体一个侧壁上还设有挂钩。

实施例二

本实施例的目的是提供一种采用实施例一所述检测装置的现场检测方法。

所述检测装置的现场使用方法如图5所示，A即为本设备，检测人员手持该设备，距离所测信号机原点O距离为L，当前待检测信号机为S3，其距地面高度为H3，虚线LL为检测目标定位激光束，角度α为所测目标水平角。

如图6所示，所述现场检测方法包括：

步骤1：开始检测，首先通过经纬度定位模块测得O点经纬度值，然后移至A点，再次测得经纬度值，处理器根据两次测得的经纬度求得测量距离；其中O点为信号机所在位置，A点为检测位置。

步骤2：通过激光定位模块定位目标，并通过光照度检测模块分别测得环境光照度和信号机S3灯泡光照度，处理器求得两者之差，得到S3光照度值；可多次测量后，求取平均值。

步骤3：当前检测结果生成报告，打印输出。

所述步骤2具体包括：

步骤2.1：背景光照度检测及记录。在信号机近距范围内，检测当前信号机周围的环境光照度(光照强度)，作为基准值L，记录在系统中；

步骤2.2：待测信号机灯位定位与测距。基于红外射线的信号机灯位定位，即通过红外射线远距离定位所要检测的信号机灯位，按下激光按钮发出红外线，红外线发射到信号机相应灯位旁的预设位置，以确认当前所检测目标的距离；

步骤2.3：检测信号机所测灯位灯光在指定距离处的光照度。移动检测仪到信号机指定距离，各种信号机的检测距离按照《铁路技术管理规程》中第六十一条规定移至规定的距离，如进站、通过、遮断信号机的检测距离不得少于1000m；高柱出站、高柱进路信号机的的检测距离不得少于800m；预告、驼峰、驼峰辅助信号机的检测距离不得少于400m；调车、矮型出站、矮型进路、复示信号机，容许、引导信号及各种表示器的检测距离不得少于200m。检测得到当前位置光照度L'；

步骤2.4：根据差分法计算得到当前所测信号机灯位的实际光照强度L^*＝L'-L，将此值与信号机灯位在当前位置的参考光照度理论值L^R进行比较，如果L^*≥L^R，则认为当前灯位灯泡亮度合格；如果L^*<L^R，则认为当前灯位灯泡亮度不合格，应进行更换或维护。

更进一步的，根据光通量来计算参考光照度的算法如下：设信号机某灯位灯泡发出的总光通量为Φ(单位：lm)，假定该光通量均匀地分布在一半球面上，则距该光源Rm处的光照度值可分别按下列步骤求得：半径为Rm的半球面积为2π×R²㎡＝6.28R²㎡，则此处的光照度理论值为L^R＝Φ/6.28R²，单位为Lux(勒克斯)。

所述图4为设备工作流程图。系统开机之后，进入主界面，选择定位功能，则记录当前位置的经纬度坐标值并暂存，根据两次定位结果，能够计算两者之间的距离，能连续测量相连两点间的距离；按下激光按键，产生激光，定位目标；按下检测键，检测对象的光照度并记录；按下报告键生成检测报告，系统提示是否打印，如打印则自动打印，否则自动存储，且能按需导出。

以上一个或多个实施例具有以下技术效果：

1、本公开利用传感器技术，自动检测信号机灯位的亮度值，避免了人为观察的主观性和不精确性。

2、本公开的信号机亮度检测设备便携、易操作，可实现按需检测信号机亮度值的要求，确保了信号机亮度显示达标合格，保证了行车安全。

3、本公开将人工智能理论中的专家系统技术应用于轨道交通信号机亮度检测设备中，实现了亮度识别的智能化。

本领域技术人员应该明白，上述本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本申请不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本申请的具体实施方式进行了描述，但并非对本申请保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本申请的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本申请的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种轨道交通信号机亮度检测装置，其特征在于，包括：处理器，以及与处理器连接的光照度检测模块、经纬度定位模块和激光定位模块；

经纬度定位模块，用于依次获取信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标；

激光定位模块，用于对待检测的信号机灯泡发射激光束进行定位；

光照度检测模块，用于根据激光束对准所述信号机灯泡，获取所述灯泡的光照度；

处理器，根据所述信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标计算测量距离；以及根据所述灯泡的光照度判断所述灯泡是否合格；

光照度传感器和激光发射口相邻设置，且设于壳体的同一外表面上，设于壳体的顶部外表面，便于用户手持该检测装置对待检测的信号机灯泡进行激光瞄准定位，然后沿着该激光束方向进行光照度检测；

所述光照度检测模块还获取所述信号机周围环境的光照度；

处理器根据所述周围环境的光照度和所述灯泡的光照度计算实际光照度，根据所述实际光照度判断所述灯泡是否合格。

2.如权利要求1所述的一种轨道交通信号机亮度检测装置，其特征在于，所述测量距离计算公式为：

其中，A＝(α₁,β₁)、B＝(α₂,β₂)分别为信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标，R为地球半径。

3.如权利要求1所述的一种轨道交通信号机亮度检测装置，其特征在于，判断所述灯泡是否合格包括：

将所述周围环境的光照度和所述灯泡的光照度进行差分计算得到实际光照度；

若实际光照度大于等于所述检测位置的参考光照度，所述灯泡亮度合格，反之，不合格。

4.如权利要求3所述的一种轨道交通信号机亮度检测装置，其特征在于，所述检测位置的参考光照度计算方法为：

L^R＝Φ/6.28R²

其中，Φ为所述灯泡发出的总光通量，R为该灯泡与所述检测位置之间的距离。

5.如权利要求1所述的一种轨道交通信号机亮度检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括与处理器连接的报告生成模块，根据测量距离、检测结果生成报告。

6.如权利要求1所述的一种轨道交通信号机亮度检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括与处理器连接的显示模块。

7.如权利要求1所述的一种轨道交通信号机亮度检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括与处理器连接的打印模块。

8.如权利要求1所述的一种轨道交通信号机亮度检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括与处理器连接的输入控制模块，包括经纬度定位按键、激光发生按键、光照度检测按键和报告生成按键。

9.一种使用如权利要求1-8任一项所述装置的信号机亮度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

依次检测信号机所在位置和检测位置的经纬度坐标；

对待检测的信号机灯泡发射激光束进行定位；

检测所述信号机周围环境的光照度；

根据激光束将光照度传感器对准所述信号机灯泡，检测所述灯泡的光照度；

生成检测报告。