CN109552366B - 机车车载铁道障碍物智能探测报警系统及其预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车车载铁道障碍物智能探测报警系统及其预警方法。机车车载铁道障碍物智能探测报警系统，由视频采集系统、测距系统、伺服控制系统、显示屏、信息处理系统和警报系统组成。机车车载铁道障碍物智能探测报警系统的预警方法，具体按照以下步骤进行：对机车车载铁道障碍物智能探测报警系统进行开机；信息处理系统加载下一阶段行程完整的GPS信息，并判断是否加载完成；加载完成后，运行当前行程的GPS信息；计算伺服控制系统相关联的姿态控制数据，向伺服控制系统发送姿态控制数据；清除当前行程的GPS信息；判断是否关机。本发明大幅提升机车实时预警检测能力，预防运行列车与障碍物相撞的风险。

Description

机车车载铁道障碍物智能探测报警系统及其预警方法

技术领域

本发明属于铁路施工防护技术领域，特别是涉及一种机车车载铁道障碍物智能探测报警系统及其预警方法。

背景技术

安全是铁路永恒的主题。铁路各级管理部门始终把铁路运输安全作为管理的重中之重，但由于各种原因仍然不能避免事故的发生。铁道沿线(特别是普速铁路由于道口管理不到位、防护网不良)经常会出现一些违章上道、翻越栅栏进入铁道线路的人员，也有牲畜、泥石流、倒树、施工机械、车辆等障碍物，危胁着铁路运输安全。列车在雨、雪、雾、霾及昼夜等瞭望距离不足环境下运行过程中，司机很难防止与侵入铁路限界的障碍物相撞。每年发生铁路交通事故高达数百起，其中相撞类事故占56.4％，发生行人挡道停车事件数千件，造成百起人员伤亡事故，经济损失巨大、社会影响恶劣。

目前，发现铁道障碍物主要靠机车司机目视和巡道工定期巡查，高铁桥梁、隧道等重要地段，通过固定式视频监控设备检测。这些方法存在如下问题：

1、依靠人眼观察发现铁道障碍物方式存在问题：存在目视距离短，即使司机发现了障碍物，由于列车速度高，也很难避免相撞事故的问题，黑暗、雾霾、雨雪等恶劣天气下形式更加严峻；

2、依靠巡道工定期巡查发现铁道障碍物方式存在问题：目前铁道里程数巨大，巡道工数量相对非常有限，依靠巡道工刚好巡检到出事地点，并提前发现障碍物通知机车停车的发现及预警概率非常低；

3、高铁桥梁、隧道等重要地段，通过固定式视频监控设备检测方式存在问题：(1)该类设备仅能记录视频，不具备障碍识别功能，无法自主判断是否存在影响机车运行安全的障碍物存在；(2)地点固定，无法实现其它无固定式视频监控设备的全区域检测、预警；(3)这类视频监控设备均是连接到控制中心，需要控制中心确认后再通知机车司机、存在严重的滞后性，无法满足实时铁道障碍物的检测预警，例如无法避免实时出现的行人侵线的碰撞事件发生；

4、部分机车配置的可见光录像系统存在问题：(1)该系统仅具备可见光录像存储能力，不具备障碍识别功能，无法自主判断是否存在影响机车运行安全的障碍物存在，即无法提前警示司机，确保列车及时减速、停车避免；(2)该类录像系统不具备限界识别功能，无法自主判断行人等障碍物是否处于影响列车安全行驶区域内；(3)该类录像系统不具备弯道追踪功能，在列车转弯时经常出现无法记录前面铁道视频信息的情况；(4)该类录像系统在夜晚机车对向行驶，大灯交互上录像功能失效，无法记录视频信息；(5)该类可见光录像系统在黑暗、雾霾、雨雪等恶劣天气下作用距离非常有限，及时通过软件升级等方式也无法满足全天候远程预计实际需求。

为大幅提升机车预警检测能力，实质性减小运行列车与障碍物相撞的风险，铁路系统急需不受天气、雨雪、沙尘、雾霾以及夜晚黑暗环境等影响大幅提升全天候条件下远距离实时探测铁路障碍物的技术，并对限界范围障碍物进行实时预警为安全监控、预警系统有效弥补现有火车运行安全保障系统不足，大幅提升机车实时预警检测能力，实质性预防运行列车与障碍物相撞的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机车车载铁道障碍物智能探测报警系统，解决了现有技术中运行列车与障碍物相撞的风险较大以及现有火车运行安全保障系统不足的问题。

本发明的另一目的在于提供一种机车车载铁道障碍物智能探测报警系统的预警方法，解决了限界范围障碍物进行实时预警为安全监控、预警系统有效弥补现有火车运行安全保障系统不足，预防运行列车与障碍物相撞的风险的问题。

本发明所采用的技术方案是，机车车载铁道障碍物智能探测报警系统，由视频采集系统、测距系统、伺服控制系统、显示屏、信息处理系统和警报系统组成；

所述视频采集系统，由热像仪构成，用于收集外部红外及可见光信号并处理为视频信息，将视频信息实时传输给信息处理系统；

所述测距系统，由激光测距仪构成，激光测距仪发送和接收激光测距信号，用于将激光测距仪和被测物体之间的距离信息实时传输给信息处理系统；

所述信息处理系统，由随动控制算法模块、安全限界判断模块组成；用于对视频采集系统发送来的红外及可见光信号及测距系统发来的距离信息进行处理、识别、数据存储、上传并传输至显示屏以及根据处理结果对伺服控制系统和报警系统发送命令；

所述显示屏，用于显示由信息处理系统传输过来的信号；

所述伺服控制系统，用于使测距系统准确地跟踪激光测距仪和被测物体之间的距离以及使视频采集系统准确地跟踪机车随轨道的转角；

所述警报系统，用于发出声光报警信息。

进一步的，所述随动控制算法模块，用于向伺服控制系统发送伺服控制信号并融合GPS数据预调方法和铁轨弯道细调方法；

所述安全限界判断模块，用于将视频采集系统输出视频信息转换为轨道坐标信息，并将轨道坐标信息添加安全限界，并判断障碍物是否处于安全限界，若障碍物处于安全限界内，向警报系统发送警报控制信号。

进一步的，所述随动控制算法模块向伺服控制系统发送伺服控制信号，伺服控制系统根据伺服控制信号的电压大小与相位变化或根据伺服控制信号的电流大小与相位变化，来调整测距系统和视频采集系统的转速和转动方向。

进一步的，所述GPS数据预调方法是先将视频采集系统和测距系统预先调整至与铁轨同方向，当目标点的弯曲度大于轨道切线转角的限定值时，再利用弯道细调方法进行准确调节；

所述铁轨弯道细调方法是随机控制算法模块根据视频采集系统的输入的视频信息即轨道图像，通过对轨道图像作切线，并计算切线的转角来实时计算出轨道的弯曲程度即对机车实际运行转弯曲率进行运算，当转角大于轨道切线转角的限定值时，计算伺服控制系统相关联的姿态控制数据，向伺服控制系统发送姿态控制数据，实现对视频采集系统探测角度的实时控制。

进一步的，所述安全限界判断模块根据热像仪水平分辨率xreso、热像仪垂直分辨率yreso、镜头焦距lens、像间距pitch和修正常数C采用下式得到水平视场角α和垂直视场角β：

利用下式得出成像区域最近处离热像仪的水平距离d₁和最远处离热像仪的水平距离d₂为：

其中，h为热像仪安装高度；

为俯仰角，是热像仪中的传感器中心与镜头中心连线与热像仪的垂直夹角；

再利用下式得出成像区域最近处离热像仪的水平宽度w₁和最远处离热像仪的水平宽度w₂为：

再利用下式得出视场最近处的分辨率ppm₁和最远处的分辨率ppm₂，单位为pix/m：

由热像仪垂直分辨率yreso，将视场分为yreso份，即将视场分为yreso条扫描线，得出处于视场中最近处和最远处之间的任意一条扫描线离热像仪的水平距离，第y条扫描线离热像仪的水平距离d为：

其中，0＜y≤yreso；

在显示屏即图像坐标系中，处于最近处和最远处之间的第y条扫描线的分辨率ppm为：

再结合警戒区域在世界坐标系下的宽度www，利用公式(6)得到警戒区域在图像坐标系下的宽度iww为：

iww＝www×ppm；(8)

安全限界判断模块结合视频采集系统输出的左右轨道坐标，计算出左右轨道中间坐标X₀，并将轨道坐标信息添加安全限界，得到障碍物警戒线的右侧坐标X_R及左侧坐标X_L，即X_R＝X₀+iww/2；X_L＝X₀-iww/2；根据安全限界判断模块内置自适应虚拟标尺，实现对识别目标与运行线路上铁轨距离的实时测定，并自动忽略位于铁道安全限界范围外的障碍物。

进一步的，所述视频采集系统、测距系统、伺服控制系统均设于机车前方，视频采集系统和测距系统均设于伺服控制系统上，机车内设有显示屏、警报系统和信息处理系统，显示屏和信息处理系统分离设置或一体化集成。

进一步的，所述视频采集系统、测距系统、伺服控制系统均设于机车顶部，视频采集系统和测距系统均设于伺服控制系统上，机车内设有显示屏、警报系统和信息处理系统，显示屏和信息处理系统分离设置或一体化集成。

本发明所采用的另一种技术方案是，机车车载铁道障碍物智能探测报警系统的预警方法，具体按照以下步骤进行：

步骤一、对机车车载铁道障碍物智能探测报警系统进行开机；

步骤二、信息处理系统加载下一阶段行程完整的GPS信息，并判断是否加载完成，若没有加载完成则继续加载下一阶段行程完整的GPS信息，若加载完成，则进入步骤三；

步骤三、运行当前行程的GPS信息，视频采集系统收集远程视频信息以及信息处理系统根据GPS信息判断是否到站，若没到到站，继续运行当前行程的GPS信息，若已到站，进入步骤六；信息处理系统根据收集到的远程视频信息进行轨道识别，对目标点的轨道图像作切线，计算切线的转角，判断转角是否大于轨道切线转角的限定值，若大于轨道切线转角的限定值，则目标点处于弯道，进入步骤四；若转角小于轨道切线转角的限定值，则目标点处于直道；

步骤四、计算伺服控制系统相关联的姿态控制数据，向伺服控制系统发送姿态控制数据，伺服控制系统进行调整，对视频采集系统探测角度进行实时控制，使视频采集系统的探测角度与轨道图像的切线相吻合，使目标点处于直道；

步骤五、清除当前行程的GPS信息；

步骤六、判断是否关机，若没有关机，返回步骤二；若判断关机，直接关机。

进一步的，所述目标点处于直道时，具体按照以下步骤进行：

步骤1、信息处理系统同步对采集的数据进行实时障碍物识别处理，进行安全限界识别；

步骤2、判断障碍物是否大于安全限界值，若大于限界值，返回步骤1；若小于限界值，进入步骤3；

步骤3、锁定障碍物，系统将对锁定目标进行自动测距，加载测距系统的测距数据，信息处理系统发出声光报警和距离信息至警报系统，提醒机车司机注意，并在显示器上突出显示，供机车司机必要时进行二次确认。

进一步的，所述步骤3中的突出显示即框选或高亮显示障碍物及距离信息。

本发明的有益效果是，机车车载铁道障碍物智能探测报警系统能够有效弥补现有火车运行安全保障系统不足，大幅提升机车实时预警检测能力，实质性预防运行列车与障碍物相撞的风险；具备以下功能：

(1)不受雨雪、沙尘、雾霾以及夜晚黑暗等天气环境影响，可全天候、远距离实时探测铁路障碍物；

(2)具备实时、自主限界识别功能，自动屏蔽铁轨区域外障碍物，仅对铁轨安全限制区域内影响列车运行安全的障碍物发出预警；

(3)具备实时弯道自适应追踪功能，可实现弯道远程监测预警功能；

(4)具备实时预警功能，可在发现铁轨安全限制区域内障碍物道同时发出警报提醒机车司机处理，并同步上报向控制中心报警功能；

(5)具备距离提示功能，实时提示铁轨安全限制区域内障碍物距离机车的距离；

(6)具备视频显示、缩放功能，机车司机可根据需要对铁轨安全限制区域内障碍物进行再确认；

(7)具备实时/定时上传监控预警数据等多种数据存储、上传模式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是机车车载铁道障碍物智能探测报警系统原理图；

图2是机车车载铁道障碍物智能探测报警系统的预警方法的流程图；

图3是铁道安全限界范围内外障碍物预计效果示意图；

图4是实施例1的图；

图5是实施例2的图；

图6是实施例3的图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

机车车载铁道障碍物智能探测报警系统由视频采集系统、测距系统、伺服控制系统、显示屏、信息处理系统和警报系统组成，如图1所示；

视频采集系统，由热像仪构成，用于收集外部红外及可见光信号并处理为视频信息，将视频信息实时传输给信息处理系统；视频采集系统与信息处理系统相连接，设于伺服控制系统上；在自然界中，所有温度高于绝对零度(-273℃)的物体均会发射与其温度和特性相关的热辐射，由于环境温度附近物体的热辐射大多位于红外波段，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，因此红外辐射能够提供客观世界的丰富信息，利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场的信息，能够实现对物体的观测；机车车载铁道障碍物智能探测报警系统基于红外检测为主，通过被动吸收物体发生的红外光波进行障碍物检测，敏感波段为8～14μm，该波段具有良好雨雪、沙尘、雾霾传统能力，能够全天候、远距离实时探测铁路障碍物，但是红外成像图像对比度差，细节信息不丰富，而可见光能够充分反映整个场景的细节信息，因此，在红外检测基础上机车车载铁道障碍物智能探测报警系统辅以可见光为补充检测手段，通过二者融合实现更高检测精度；

测距系统，由激光测距仪构成，激光测距仪发送和接收激光测距信号，用于将激光测距仪和被测物体之间的距离信息实时传输给信息处理系统；

测距系统与信息处理系统相连接，设于伺服控制系统上；测距系统的测距原理为：如果光以速度c在空气中传播从机车车头A点到障碍物B点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离为D；

D＝ct/2；(1)

由式1可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，由于光速为1080000000km/h，远远大约机车速度，因此由于机车运动造成的测量误差忽略不计；

信息处理系统由随动控制算法模块、安全限界判断模块组成；用于对视频采集系统发送来的红外及可见光信号及测距系统发来的距离信息进行处理、识别、数据存储、上传并传输至显示屏以及根据处理结果对伺服控制系统和报警系统发送命令；

随动控制算法模块，用于向伺服控制系统发送伺服控制信号并融合GPS数据预调方法和铁轨弯道细调方法；GPS数据预调方法是先将视频采集系统和测距系统预先调整至与铁轨同方向，当目标点的弯曲度大于轨道切线转角的限定值时，再利用弯道细调方法进行准确调节；GPS数据预调方法是由于轨道交通的确定性，调用机车行驶的各阶段行程完整的GPS位置信息，计算伺服控制系统相关联的姿态控制数据，预先调整伺服控制系统；铁轨弯道细调方法是信息处理系统根据视频采集系统的输入的视频信息即轨道图像，通过对轨道图像作切线，并计算切线的转角来实时计算出轨道的弯曲程度即对机车实际运行转弯曲率进行运算，当转角大于轨道切线转角的限定值时，计算伺服控制系统相关联的姿态控制数据，向伺服控制系统发送姿态控制数据，实现对视频采集系统探测角度的实时控制。随动控制算法模块以GPS数据预调方法和铁轨弯道细调方法融合为基础实时对伺服控制系统发送指令，实现根据机车实际运行转弯曲率对视频采集系统探测角度的实时控制；随动控制算法模块比只采用弯道调整技术的探测报警系统具备更强的实时性、更高的效率，能够实现弯道自适应追踪功能和弯道远程监测预警功能；

安全限界判断模块，用于将视频采集系统输出视频信息转换为轨道坐标信息，并将轨道坐标信息添加安全限界，并判断障碍物是否处于安全限界，若障碍物处于安全限界内，向警报系统发送警报控制信号；

显示屏，用于显示由信息处理系统传输过来的信号；

伺服控制系统，用于使测距系统准确地跟踪激光测距仪和被测物体之间的距离以及使视频采集系统准确地跟踪机车随轨道的转角，信息处理系统的随动控制算法模块向伺服控制系统发送伺服控制信号，伺服控制系统根据伺服控制信号的电压大小与相位变化或根据伺服控制信号的电流大小与相位变化，来调整测距系统和视频采集系统的转速和转动方向；当伺服控制信号消失时，伺服电机能及时的停止转动，伺服控制系统安装在测距系统和视频采集系统之下；

警报系统，用于发出声光报警信息，提醒机车司机注意并处理。

视频采集系统中的热像仪感知探测目标物体的温度分布，并转换为微弱的电信号，随后将微弱的电信号进行电学放大，输出给信息处理系统，信息处理系统进行逻辑处理，从而能够清晰地采集到目标物体温度分布情况；并采用图像处理软件对上述放大后的输出电信号进行处理，呈现为目标物体温度分布的可见光图像，从而区分铁轨和障碍物。

安全限界判断模块具备实时、自主限界识别功能，自动屏蔽铁轨区域外障碍物，仅对铁轨安全限制区域内影响列车运行安全的障碍物发出预警；具备实时预警功能，在发现铁轨安全限制区域内障碍物道同时发出警报提醒机车司机处理，并同步上报向控制中心报警功能；具备距离提示功能，实时提示铁轨安全限制区域内障碍物距离机车的距离；具备视频显示、缩放功能，机车司机根据需要对铁轨安全限制区域内障碍物进行再确认的特点。安全限界判断模块根据热像仪水平分辨率xreso、热像仪垂直分辨率yreso、镜头焦距lens、像间距pitch和修正常数C采用公式(2)得到水平视场角α和垂直视场角β：

利用公式(3)得出成像区域最近处离热像仪的水平距离d₁和最远处离热像仪的水平距离d₂为：

其中h为热像仪安装高度；

为俯仰角，是热像仪中的传感器中心与镜头中心连线与热像仪的垂直夹角。

再利用公式(4)得出成像区域最近处离热像仪的水平宽度w₁和最远处离热像仪的水平宽度w₂为：

再利用公式(5)得出视场最近处的分辨率ppm₁和最远处的分辨率ppm₂，单位为pix/m：

由热像仪垂直分辨率yreso，将视场分为yreso份，即将视场分为yreso条扫描线，得出处于视场中最近处和最远处之间的任意一条扫描线离热像仪的水平距离，第y条扫描线离热像仪的水平距离d为：

其中，0＜y≤yreso；

在显示屏即图像坐标系中，处于最近处和最远处之间的第y条扫描线的分辨率ppm为：

再结合警戒区域在世界坐标系下的宽度www，利用公式(6)得到警戒区域在图像坐标系下的宽度iww为：

iww＝www×ppm；(8)

安全限界判断模块结合视频采集系统输出的左右轨道坐标，计算出左右轨道中间坐标X₀，并将轨道坐标信息添加安全限界，得到障碍物警戒线的右侧坐标X_R及左侧坐标X_L，即X_R＝X₀+iww/2；X_L＝X₀-iww/2；根据安全限界判断模块内置自适应虚拟标尺，实现对识别目标与运行线路上铁轨距离的实时测定，并自动忽略位于铁道安全限界范围外的障碍物。

机车车载铁道障碍物智能探测报警系统的预警方法，如图2所示，具体按照以下步骤进行：

步骤一、对机车车载铁道障碍物智能探测报警系统进行开机；

步骤二、信息处理系统加载下一阶段行程完整的GPS信息，并判断是否加载完成，若没有加载完成则继续加载下一阶段行程完整的GPS信息，若加载完成，则进入步骤三；

步骤三、运行当前行程的GPS信息，视频采集系统收集远程视频信息以及信息处理系统根据GPS信息判断是否到站，若没到到站，继续运行当前行程的GPS信息，若已到站，进入步骤六；信息处理系统根据收集到的远程视频信息进行轨道识别，对目标点的轨道图像作切线，计算切线的转角，判断转角是否大于轨道切线转角的限定值，若大于轨道切线转角的限定值，则目标点处于弯道，进入步骤四；若转角小于轨道切线转角的限定值，则目标点处于直道；

步骤四、计算伺服控制系统相关联的姿态控制数据，向伺服控制系统发送姿态控制数据，伺服控制系统进行调整，对视频采集系统探测角度进行实时控制，使视频采集系统的探测角度与轨道图像的切线相吻合，使目标点处于直道；目标点处于直道时，具体按照以下步骤进行：

步骤1、信息处理系统同步对采集的数据进行实时障碍物识别处理，进行安全限界识别；

步骤2、判断障碍物是否大于安全限界值，若大于限界值，返回步骤1；若小于限界值，进入步骤3；

步骤3、锁定障碍物，系统将对锁定目标进行自动测距，如图3所示，加载测距系统的测距数据，信息处理系统发出声光报警和距离信息至警报系统，提醒机车司机注意，并在显示器上突出显示，即框选或高亮显示障碍物及距离信息，供机车司机必要时进行二次确认；

步骤五、清除当前行程的GPS信息；

步骤六、判断是否关机，若没有关机，返回步骤二；若判断关机，直接关机。

本发明所提出的机车车载铁道障碍物智能探测报警系统基于红外检测为主，对雾霾、雨雪、沙尘、灌木具有良好的穿透能力。通过伺服控制系统根据机车实际运行转弯曲率对视频采集系统探测角度的实时控制，有效的保障了直道、弯道情况下前方障碍物的实时探测、识别、预警。机车车载铁道障碍物智能探测报警系统内置安全限界判断模块能够自动锁定位于铁道安全限界范围内影响机车安全运行的障碍，而忽略其他安全限界范围外的障碍物，内置测距功能实现锁定障碍物的实时测距。且满足夜晚、雾霾、雨雪、沙尘等全天候、直道/弯道多路况情况下，准确预警限界范围影响机车安全的行人、倒树、泥石流、施工机具、车辆障碍物信息，大幅提升机车实时预警检测能力，有效弥补现有列车运行安全保障系统不足，有效避免铁路交通相撞事故的发生，确保国家财产和人民生命安全。能够推广应用于轻轨、地铁等其它轨道类交通工具。

实施例1

实施例1如图4所示，视频采集系统和测距系统位于伺服控制系统上，并通过伺服控制系统连接在机车前部，信息处理系统、显示屏和报警系统位于机车内部；为节约占用机车司机工作桌面面积，将显示屏与信息处理系统分离，其中信息处理系统位于桌面下方，显示屏位于桌面上方，如图4(a)，警报系统位于桌面上方，如图4(b)。

实施例2

实施例2如图5所示，视频采集系统和测距系统位于伺服控制系统上，并通过伺服控制系统连接在机车前部，信息处理系统、显示屏和报警系统位于机车内部，将显示屏与信息处理系统一体化集成，放置于桌面上方，如图5(a)，警报系统位于桌面上方，如图5(b)。

实施例3

实施例3如图6所示。视频采集系统和测距系统位于伺服控制系统上，并通过伺服控制系统连接在机车顶部，信息处理系统、显示屏和报警系统位于机车内部，为节约占用机车司机工作桌面面积，将显示屏与信息处理系统分离，其中信息处理系统位于桌面下方，显示屏位于桌面上方，如图6(a)，警报系统位于桌面上方，如图6(b)。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.机车车载铁道障碍物智能探测报警系统，其特征在于，由视频采集系统、测距系统、伺服控制系统、显示屏、信息处理系统和警报系统组成；

所述视频采集系统，由热像仪构成，用于收集外部红外及可见光信号并处理为视频信息，将视频信息实时传输给信息处理系统；

所述测距系统，由激光测距仪构成，激光测距仪发送和接收激光测距信号，用于将激光测距仪和被测物体之间的距离信息实时传输给信息处理系统；

所述信息处理系统，由随动控制算法模块、安全限界判断模块组成；用于对视频采集系统发送来的红外及可见光信号及测距系统发来的距离信息进行处理、识别、数据存储、上传并传输至显示屏以及根据处理结果对伺服控制系统和报警系统发送命令；

所述显示屏，用于显示由信息处理系统传输过来的信号；

所述伺服控制系统，用于使测距系统准确地跟踪激光测距仪和被测物体之间的距离以及使视频采集系统准确地跟踪机车随轨道的转角；

所述警报系统，用于发出声光报警信息；

所述随动控制算法模块，用于向伺服控制系统发送伺服控制信号并融合GPS数据预调方法和铁轨弯道细调方法；

所述安全限界判断模块，用于将视频采集系统输出视频信息转换为轨道坐标信息，并将轨道坐标信息添加安全限界，并判断障碍物是否处于安全限界，若障碍物处于安全限界内，向警报系统发送警报控制信号；

所述GPS数据预调方法是先将视频采集系统和测距系统预先调整至与铁轨同方向，当目标点的弯曲度大于轨道切线转角的限定值时，再利用弯道细调方法进行准确调节；

所述铁轨弯道细调方法是随机控制算法模块根据视频采集系统的输入的视频信息即轨道图像，通过对轨道图像作切线，并计算切线的转角来实时计算出轨道的弯曲程度即对机车实际运行转弯曲率进行运算，当转角大于轨道切线转角的限定值时，计算伺服控制系统相关联的姿态控制数据，向伺服控制系统发送姿态控制数据，实现对视频采集系统探测角度的实时控制。

2.根据权利要求1所述的机车车载铁道障碍物智能探测报警系统，其特征在于，所述随动控制算法模块向伺服控制系统发送伺服控制信号，伺服控制系统根据伺服控制信号的电压大小与相位变化或根据伺服控制信号的电流大小与相位变化，来调整测距系统和视频采集系统的转速和转动方向。

3.根据权利要求1所述的机车车载铁道障碍物智能探测报警系统，其特征在于，所述安全限界判断模块根据热像仪水平分辨率xreso、热像仪垂直分辨率yreso、镜头焦距lens、像间距pitch和修正常数C采用下式得到水平视场角α和垂直视场角β：

利用下式得出成像区域最近处离热像仪的水平距离d₁和最远处离热像仪的水平距离d₂为：

其中，h为热像仪安装高度；

为俯仰角，是热像仪中的传感器中心与镜头中心连线与热像仪的垂直夹角；

再利用下式得出成像区域最近处离热像仪的水平宽度w₁和最远处离热像仪的水平宽度w₂为：

再利用下式得出视场最近处的分辨率ppm₁和最远处的分辨率ppm₂，单位为pix/m：

由热像仪垂直分辨率yreso，将视场分为yreso份，即将视场分为yreso条扫描线，得出处于视场中最近处和最远处之间的任意一条扫描线离热像仪的水平距离，第y条扫描线离热像仪的水平距离d为：

其中，0＜y≤yreso；

在显示屏即图像坐标系中，处于最近处和最远处之间的第y条扫描线的分辨率ppm为：

再结合警戒区域在世界坐标系下的宽度www，利用公式(6)得到警戒区域在图像坐标系下的宽度iww为：

iww＝www×ppm； (8)

安全限界判断模块结合视频采集系统输出的左右轨道坐标，计算出左右轨道中间坐标X₀，并将轨道坐标信息添加安全限界，得到障碍物警戒线的右侧坐标X_R及左侧坐标X_L，即X_R＝X₀+iww/2；X_L＝X₀-iww/2；根据安全限界判断模块内置自适应虚拟标尺，实现对识别目标与运行线路上铁轨距离的实时测定，并自动忽略位于铁道安全限界范围外的障碍物。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的机车车载铁道障碍物智能探测报警系统，其特征在于，所述视频采集系统、测距系统、伺服控制系统均设于机车前方，视频采集系统和测距系统均设于伺服控制系统上，机车内设有显示屏、警报系统和信息处理系统，显示屏和信息处理系统分离设置或一体化集成。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的机车车载铁道障碍物智能探测报警系统，其特征在于，所述视频采集系统、测距系统、伺服控制系统均设于机车顶部，视频采集系统和测距系统均设于伺服控制系统上，机车内设有显示屏、警报系统和信息处理系统，显示屏和信息处理系统分离设置或一体化集成。

6.如权利要求1-3任意一项所述的机车车载铁道障碍物智能探测报警系统的预警方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤一、对机车车载铁道障碍物智能探测报警系统进行开机；

步骤二、信息处理系统加载下一阶段行程完整的GPS信息，并判断是否加载完成，若没有加载完成则继续加载下一阶段行程完整的GPS信息，若加载完成，则进入步骤三；

步骤三、运行当前行程的GPS信息，视频采集系统收集远程视频信息以及信息处理系统根据GPS信息判断是否到站，若没到到站，继续运行当前行程的GPS信息，若已到站，进入步骤六；信息处理系统根据收集到的远程视频信息进行轨道识别，对目标点的轨道图像作切线，计算切线的转角，判断转角是否大于轨道切线转角的限定值，若大于轨道切线转角的限定值，则目标点处于弯道，进入步骤四；若转角小于轨道切线转角的限定值，则目标点处于直道；

步骤四、计算伺服控制系统相关联的姿态控制数据，向伺服控制系统发送姿态控制数据，伺服控制系统进行调整，对视频采集系统探测角度进行实时控制，使视频采集系统的探测角度与轨道图像的切线相吻合，使目标点处于直道；

步骤五、清除当前行程的GPS信息；

步骤六、判断是否关机，若没有关机，返回步骤二；若判断关机，直接关机。

7.根据权利要求6所述的机车车载铁道障碍物智能探测报警系统的预警方法，其特征在于，所述目标点处于直道时，具体按照以下步骤进行：

步骤1、信息处理系统同步对采集的数据进行实时障碍物识别处理，进行安全限界识别；

步骤2、判断障碍物是否大于安全限界值，若大于限界值，返回步骤1；若小于限界值，进入步骤3；

步骤3、锁定障碍物，系统将对锁定目标进行自动测距，加载测距系统的测距数据，信息处理系统发出声光报警和距离信息至警报系统，提醒机车司机注意，并在显示器上突出显示，供机车司机进行二次确认。

8.根据权利要求7所述的机车车载铁道障碍物智能探测报警系统的预警方法，其特征在于，所述步骤3中的突出显示即框选或高亮显示障碍物及距离信息。

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