CN109466588B - 一种基于3d技术的隧道列车防碰撞系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D技术的隧道列车防碰撞系统，包括一台安装于列车车头的3D相机，一系统控制单元、一数据分析单元和一通信单元；所述3D相机用于对列车沿线环境进行图像采集；所述数据分析单元通过对所述3D相机采集到的隧道环境3D图像进行分析，判断隧道异物所在位置，系统控制单元通过通信单元将分析数据上报给列车指挥控制中心，由列车指挥控制中心做出防碰撞的规避操作。本发明进一步公开了一种所述系统的列车防碰撞方法，通过实时生成列车隧道3D空间图像，及对3D空间图像的几何运算，识别出是否有危险目标出现在列车运行线路上，提前预警以确保列车防碰撞。
Description
技术领域
本发明涉及轨道列车安全保护技术领域，尤其涉及到一种基于3D技术的列车碰撞防护系统及方法。
背景技术
随着列车运行速度的不断提高，对列车耐撞性的要求也越来越高。对轨道车辆进行耐撞性结构设计时，由于其端部变形空间有限，在不影响车辆运行性能和外形美观的前提下，需充分考虑列车端部纵向刚度匹配和现有车体的外观尺寸，以满足其碰撞安全性的要求，这很大程度上制约了所设计的吸能结构的外形尺寸，影响了吸能结构的吸能量和吸能效率。
现有列车耐撞性的设计在世界范围内形成“车钩压溃管(车钩吸能结构)—防爬吸能结构—车体吸能结构(车辆变形吸能结构)”的多级能量吸收系统。逐级能量吸收设计是为了在列车发生碰撞事故，比如列车撞击障碍物、追尾或是两辆列车发生正面碰撞时起作用。
现有技术存在的缺陷只针对发生碰撞后减少车身损伤的防护和改进，而不能有效的避免碰撞现象发生。也不能提供有效的防碰撞预警功能。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于3D技术的列车防碰撞系统，通过实时生成列车隧道3D空间图像，通过3D空间几何运算，识别出是否有危险目标出现在列车运行线路上，从而提前预警，以有效避免列车碰撞情况的发生。本发明进一步提出了一种该防碰撞系统的防碰撞方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于3D技术的隧道列车防碰撞系统，包括一台安装于列车车头的3D相机，一系统控制单元、一数据分析单元和一通信单元；所述3D相机用于对列车沿线环境进行图像采集；所述数据分析单元通过对所述3D相机采集到的隧道环境3D图像进行分析，判断隧道异物所在位置，系统控制单元通过通信单元将分析数据上报给列车指挥控制中心，由列车指挥控制中心做出防碰撞的规避操作。
一种采用上述列车防碰撞系统的列车防碰撞方法，包括以下步骤：
点云采集：在列车运行过程中通过所述3D相机以固定帧率进行隧道环境图像采集，并生成3D点云图，获得列车运行线路上的隧道环境3D图像；
点云滤波：对每个点的邻域进行统计分析，并修剪掉那些不符合标准的点，基于在输入数据中对点到临近点的距离分布的计算，确定每个点到它所有临近点的平均距离，平均距离在标准范围之外的点，被定义为噪声点并可从数据中去除；
平面拟合：利用特征值法计算经滤波后保留点的三维坐标a,b,c的初始值，a,b,c值计算出每个点到拟合平面的距离X，利用公式
计算出X的标准偏差，其中
n为保留点数量；当X＞2Y时，此点为异常点，进一步剔除，计算出最佳a,b,c值，即可得到最佳的平面拟合方程；
连续跟踪：通过连续跟踪确定前方平面拟合内的数据点是否为危险目标，当多帧画面同一区域都出现该目标，则确定为危险目标，具体步骤如下：
A、获取当前三帧图像数据，并二值化处理后得到：当前帧-F0,前一帧-F1,前二帧-F2；
B、提取前一帧F1中的运动信息，T＝(F0-F1)∩(F2-F1)；
C、形态学开运算处理运动信息T，去掉相邻帧之间背景微小差异产生的干扰；
D、寻找目标信息T中连通域，若个数为1，则可认为其为真实目标，计算目标中心信息C；
E、若帧差法计算的前一帧中心C与已经保存的前一帧中心C0偏差大于阈值则判断发现危险目标，反之则未发现；
结果输入：将危险目标的位置输出给所述防碰撞系统。
本发明的有益效果在于：通过实时生成列车隧道3D空间图像，及对3D空间图像的几何运算，识别出是否有危险目标出现在列车运行线路上，提前预警以确保列车防碰撞。
附图说明
图1是本发明所述隧道列车防碰撞系统运行环境图。
图2是本发明所述隧道列车防碰撞方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图详述本发明具体实施方式：
如图1所示，一种基于3D技术的隧道列车防碰撞系统，包括一台安装于列车车头的3D相机，一系统控制单元、一数据分析单元和一通信单元；所述3D相机用于对列车沿线环境进行图像采集；所述数据分析单元通过对所述3D相机采集到的隧道环境3D图像进行分析，判断隧道异物所在位置，系统控制单元通过通信单元将分析数据上报给列车指挥控制中心，由列车指挥控制中心做出防碰撞的规避操作。
如图2所示，一种采用上述列车防碰撞系统的列车防碰撞方法，包括以下步骤：
点云采集：在列车运行过程中通过所述3D相机以固定帧率进行隧道环境图像采集，并生成3D点云图，获得列车运行线路上的隧道环境3D图像；
点云滤波：对每个点的邻域进行统计分析，并修剪掉那些不符合标准的点，基于在输入数据中对点到临近点的距离分布的计算，确定每个点到它所有临近点的平均距离，平均距离在标准范围之外的点，被定义为噪声点并可从数据中去除；
平面拟合：利用特征值法计算经滤波后保留点的三维坐标a,b,c的初始值，a,b,c值计算出每个点到拟合平面的距离X，利用公式
计算出X的标准偏差，其中
n为保留点数量；当X＞2Y时，此点为异常点，进一步剔除，计算出最佳a,b,c值，即可得到最佳的平面拟合方程；
连续跟踪：通过连续跟踪确定前方平面拟合内的数据点是否为危险目标，当多帧画面同一区域都出现该目标，则确定为危险目标，具体步骤如下：
A、获取当前三帧图像数据，并二值化处理后得到：当前帧-F0,前一帧-F1,前二帧-F2；
B、提取前一帧F1中的运动信息，t＝(F0-F1)∩(F2-F1)；
C、形态学开运算处理运动信息T，去掉相邻帧之间背景微小差异产生的干扰；
D、寻找运动信息t中连通域，若个数为1，则可认为其为真实目标，计算目标中心信息C；
E、若帧差法计算的前一帧中心C与已经保存的前一帧中心C0偏差大于阈值则判断发现危险目标，反之则未发现。
结果输入：将危险目标的位置输出给所述防碰撞系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种列车防碰撞系统的列车防碰撞方法，所述列车防碰撞系统，包括一台安装于列车车头的3D相机，一系统控制单元、一数据分析单元和一通信单元；所述3D相机用于对列车沿线环境进行图像采集；所述数据分析单元通过对所述3D相机采集到的隧道环境3D图像进行分析，判断隧道异物所在位置，系统控制单元通过通信单元将分析数据上报给列车指挥控制中心，由列车指挥控制中心做出防碰撞的规避操作，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
点云采集：在列车运行过程中通过所述3D相机以固定帧率进行隧道环境图像采集，并生成3D点云图，获得列车运行线路上的隧道环境3D图像；
点云滤波：对每个点的邻域进行统计分析，并修剪掉那些不符合标准的点，基于在输入数据中对点到临近点的距离分布的计算，确定每个点到它所有临近点的平均距离，平均距离在标准范围之外的点，被定义为噪声点并可从数据中去除；
平面拟合：利用特征值法计算经滤波后保留点的三维坐标a,b,c的初始值，a,b,c值计算出每个点到拟合平面的距离X，利用公式
计算出X的标准偏差，其中
n为保留点数量；当X＞2Y时，此点为异常点，进一步剔除，计算出最佳a,b,c值，即可得到最佳的平面拟合方程；
连续跟踪：通过连续跟踪确定前方平面拟合内的数据点是否为危险目标，当多帧画面同一区域都出现该目标，则确定为危险目标，具体步骤如下：
A、获取当前三帧图像数据，并二值化处理后得到：当前帧-F0,前一帧-F1,前二帧-F2；
B、提取前一帧F1中的运动信息，t＝(F0-F1)∩(F2-F1)；
C、形态学开运算处理运动信息t，去掉相邻帧之间背景微小差异产生的干扰；
D、寻找运动信息t中连通域，若个数为1，则可认为其为真实目标，计算目标中心信息C；
E、若帧差法计算的前一帧中心C与已经保存的前一帧中心C0偏差大于阈值则判断发现危险目标，反之则未发现；
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