CN109977748B - 一种多融合技术的列车障碍物检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多融合技术的列车障碍物检测方法，包括基于运行环境参数构建地理信息数据库，根据列车型号确定与列车对应的限界参数；基于列车实际运行过程中的运行参数，将地理信息数据库以及限界参数对运行数据库进行训练，确定保障列车躲避障碍物的影响因子；构建列车紧急制动或减速规则，借助多重传感器在列车运行过程中对列车前方障碍物进行检测，结合列车紧急制动或减速规则，列车是否制动或减速进行处理。通过在碰撞检测过程中引入多重传感器的方式，使用多种完全不同原理的障碍物检测方法，降低气候环境对障碍物检测结果的影响，适合全天候工作，提升了整个系统的可用性，最终提高列车在整个线路运行过程中的障碍物监测的有效性。

Description

一种多融合技术的列车障碍物检测方法

技术领域

本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种多融合技术的列车障碍物检测方法。

背景技术

传统轨道交通信号系统中，列车前方是否存在障碍物，主要依赖于列车驾驶员的人眼观察。而近年升级的无人驾驶信号系统中，取消了随车的司乘人员目视辅助，导致列车前方障碍物检查成为行车的重要功能。

现有障碍物检测方法主要有两种：一种是接触式检测装置；另一种是基于单一传感器扫描检测的非接触式检测装置。前者是在列车第一轮对前方区域横向安装一根铁杆，铁杆上安装一些传感器，通过铁杆上碰触到障碍物之后产生振动和较大压力变化，实现障碍物检测。后者是采用雷达扫描，或者摄影成像后，再通过图像识别方法，实现列车前方障碍物检测。

但是在实际使用过程中，依靠上述两种检测方法均会受到环境影响，导致误判，不能有效的实现提前障碍物检测。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了用于提高障碍物检测有效性的检测方法。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种多融合技术的列车障碍物检测方法，所述检测方法，包括：

获取列车的运行环境参数，基于运行环境参数构建地理信息数据库，获取列车型号，根据列车型号确定与列车对应的限界参数；

基于列车实际运行过程中的运行参数，建立运行数据库，引入多重传感器的参数，基于神经网络算法，将地理信息数据库以及限界参数对运行数据库进行训练，确定保障列车以制动或减速方式避免与障碍物发生碰撞的影响因子；

基于影响因子，构建列车紧急制动或减速规则并发送给车载控制器，进行障碍物处理；

借助多重传感器在列车运行过程中对列车前方障碍物进行检测，结合列车紧急制动或减速规则，列车是否制动或减速进行处理。

可选的，所述多重传感器包括：3D摄像机、单目摄像机、激光、雷达、超声波传感器、接触式障碍物检测装置。

可选的，所述运行环境参数，包括：线路坡度、弯度、道岔、信号机、桥梁隧道、路灯位置。

可选的，所述影响因子，包括最高行驶速度、列车所在位置、天气情况。

可选的，所述限界参数为停放在标准轨距上的列车的外部轮廓的尺寸，所述外部轮廓为与线路中心线垂直的极限横断面。

可选的，所述基于影响因子，构建列车紧急制动或减速规则，包括：

在列车行进过程中，实时获取前方障碍物的平面投影，如果平面投影进入所述外部轮廓，则生成危险报警信号；

获取危险报警信号生成时刻对应的列车时速、列车倾斜角度以及列车位置信息，筛选出位于不同位置的列车存在碰撞可能性的列车时速以及列车轨道坡度；

确定与列车位置信息对应的运行环境参数，根据运行环境参数计算安全行驶速度及制动或减速时机。

可选的，所述结合列车紧急制动或减速规则，对列车是否制动进行处理，包括：

基于多重传感器判定列车运行过程中前方障碍物的距离，结合计算得到的安全行驶速度以及安全转弯半径，对列车的运行参数进行实时调整。

可选的，所述方法还包括：

通过列车车载控制器获取列车的运行参数。

可选的，所述方法还包括：

通过检测设备获取列车的运行参数；

其中，所述检测设备包括随车检测设备以及地面固定检测系统。

可选的，所述地面固定检测系统包括安装在列车行驶轨道上的检测箱，所述检测箱内安装有红外摄像机、激光扫描仪；

所述检测箱安装在列车运行的关键位置，所述关键位置包括转弯处、轨道人防门、防淹门，防火门、站台门、车库门。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在碰撞检测过程中引入多重传感器的方式，使用多种完全不同原理的障碍物检测方法，降低气候环境对障碍物检测结果的影响，适合全天候工作，提升了整个系统的可用性，最终提高列车在整个线路运行过程中的障碍物监测的有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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是本发明提供的一种多融合技术的列车障碍物检测方法的流程示意图；

图2是本发明提供的构建障碍物躲避规则的流程示意图；。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

本发明提供了一种多融合技术的列车障碍物检测方法，如图1所示，所述检测方法，包括：

101、获取列车的运行环境参数，基于运行环境参数构建地理信息数据库，获取列车型号，根据列车型号确定与列车对应的限界参数；

102、基于列车实际运行过程中的运行参数，建立运行数据库，引入多重传感器的参数，基于神经网络算法，将地理信息数据库以及限界参数对运行数据库进行训练，确定保障列车以制动方式或减速方式避免与障碍物发生碰撞的影响因子；

103、基于影响因子，构建列车紧急制动或减速规则并发送给车载控制器，进行障碍物处理；

104、借助多重传感器在列车运行过程中对列车前方障碍物进行检测，结合列车紧急制动或减速规则，列车是否制动或减速进行处理。

在实施中，为了完成对列车前方障碍物的检测，需要执行如步骤101至104所示的步骤。首先获取列车的运行环境参数，以便构建地理信息数据库；同时获取列车的具体型号，进而确定不同列车的限界参数。接着获取列车的运行参数，建立运行数据库，通过神经网络算法借助运行数据库进行训练，得到训练后的能够令列车避开障碍物的影响因子。并且基于影响因子构建障碍处理规则。最终结合障碍物躲避规则借助多重传感器生成的数据完成列车前方障碍物的检测。

在上述步骤中，根据具体流程内容的不同，主要分为训练以及检测两部分。在训练部分中，需要获取列车的运行环境参数以及列车运行过程中的运行参数，分别构建地理信息数据库以及运行数据库，同时在列车过程中引入多重传感器生成的数据，使得三种不同种类的数据结合神经网络算法进行训练，在保障列车能够躲避障碍物的基础上，得到训练后的影响因子。进而基于影响因子构建障碍物躲避规则。

在检测部分中，从多重传感器处获取多种不同类型的检测结果，并且结合已获取到的障碍物躲避规则进行实际的列车前方障碍物检测。

可选的，所述运行环境参数，包括：线路坡度、弯度、道岔、信号机、桥梁隧道、路灯位置。

在实施中，为了构建较为完整的地理信息数据库，这里的运行环境参数，包括线路坡度、弯度、道岔、信号机、桥梁隧道、路灯位置。以便尽可能的将列车行驶过程中的不同环境进行模拟。通过列车信号控制系统获取列车的运行参数。

可选的，所述影响因子，包括最高行驶速度、列车所在位置、天气情况。

在实施中，基于神经网络算法对运行数据库进行训练后，得到的影响因子包括列车的最高行驶速度以及最小转弯半径，以便满足在保障列车避开障碍物前提下允许行驶的运行参数。

通过检测设备获取列车的运行参数。所述检测设备包括随车检测设备以及地面固定检测系统。所述地面固定检测系统包括安装在列车行驶轨道上的检测箱，所述检测箱内安装有红外摄像机、激光扫描仪。

可选的，所述限界参数为停放在标准轨距上的列车的外部轮廓的尺寸，所述外部轮廓为与线路中心线垂直的极限横断面。

在实施中，构建障碍物处理规则时引入了限界参数的概念，限界参数为停放在标准轨距上的列车的外部轮廓的尺寸，所述外部轮廓为与线路中心线垂直的极限横断面。标准轨距铁路机车车辆限界，机车的车辆限界是一个和线路中心线垂直的极限横断面轮廓。机车车辆无论是空车或重车，无论是具有最大标准公差的新车，或是具有最大标准公差和磨耗限度的旧车，停放在水平直线上，无侧向倾斜与偏移，除电力机车升起的集电弓外，其他任何部分应容纳在限界轮廓之内，不得超越。

可选的，所述基于影响因子，构建列车紧急制动或减速规则，如图2所示，包括：

201、在列车行进过程中，实时获取前方障碍物的平面投影，如果平面投影进入所述外部轮廓，则生成危险报警信号；

202、获取危险报警信号生成时刻对应的列车时速、列车倾斜角度以及列车位置信息，筛选出位于不同位置的列车存在碰撞可能性的列车时速以及轨道坡度；

203、确定与列车位置信息对应的运行环境参数，根据运行环境参数计算安全行驶速度及制动或减速时机。

在实施中，基于列车的限界参数，确定每个列车特有的外部轮廓，进而在列车行进过程中，实时获取障碍物在外部轮廓所处平面上的平面投影，如果该平面投影进入了外部轮廓，则判定列车会与障碍物发生碰撞，此时生成危险报警信号。

接着获取危险报警信号生成时刻对应的列车时速、列车倾斜角度以及列车位置信息，筛选出位于不同位置的列车存在碰撞可能性的列车时速以及列车倾斜角度；最后根据存在碰撞可能性的列车时速以及列车倾斜角度，确定允许列车安全通过的安全行驶速度以及安全转弯半径。

可选的，步骤104所示的结合列车紧急制动规则，对列车是否制动进行处理，包括：

基于多重传感器判定列车运行过程中前方障碍物的距离，结合计算得到的安全行驶速度以及安全转弯半径，对列车的运行参数进行实时调整。

所述多重传感器包括：3D摄像机、单目摄像机、激光、雷达、超声波传感器、接触式障碍物检测装置。

在实施中，为了能够满足多种气象条件下的检测工作，需要使用多种不同类型的传感器，具体包括3D摄像机、红外摄像机、激光、雷达、超声波传感器、接触式障碍物检测装置。之所以使用上述多种类型的传感器，是因为3D摄像机能够很好识别列车前方限界区域内的障碍物，但是晚上，严重污染天气，以及雨雪雾天气，检测性能将大大折扣。红外摄像机能够有效解决晚上光线不足的影响，也能有效解决雨雪雾天气干扰，然后当气温高于20度时，障碍物识别能力大大下降。激光的定向性好，能够精确测量障碍物的距离和边界，仍然解决不了污染天气和雪雾影响。雷达发射高频电磁波，通过电磁波的发射情况来实现障碍物检测，然而雨雪和冰雪，以及附近区域的电磁干扰会造成误报和错报。超声波传感器检测不大受天气和气温的干扰影响，但是作用范围非常小，只能探测5米以内的障碍物。非接触式障碍物检测装置由于安装在列车的转向架处，预判距离最短，可作为障碍物检测的最后防线，确保列车在碰到障碍物时对其判别并根据情况进行刹车制动或者减速。

通过列车车载控制器获取列车的运行参数。

这里的列车车载控制器还可以为检测设备。

其中，所述检测设备包括随车检测设备以及地面固定检测系统。

具体的地面固定检测系统包括安装在列车行驶轨道上的检测箱，所述检测箱内安装有红外摄像机、激光扫描仪；

所述检测箱安装在列车运行的关键位置，所述关键位置包括转弯处、轨道人防门、防淹门，防火门、站台门、车库门。

多重传感器的判别数据结合各影响因子，并结合当前列车车速和障碍物距离，发出对应3个等级的障碍物碰撞预警信息至车载CC。预警等级如下表所示：

表1系统组成

多重传感器获得的障碍物信息结合影响因子，经车载主机处理后，将障碍物处理规则发给车载控制器执行制动或减速。

本发明提供了一种多融合技术的列车障碍物检测方法，包括：获取列车的运行环境参数，基于运行环境参数构建地理信息数据库，获取列车型号，根据列车型号确定与列车对应的限界参数；基于列车实际运行过程中的运行参数，建立运行数据库，引入多重传感器的参数，基于神经网络算法，将地理信息数据库以及限界参数对运行数据库进行训练，确定保障列车躲避障碍物的影响因子；基于影响因子，构建列车紧急制动或减速规则并发送给车载控制器，进行障碍物处理；借助多重传感器在列车运行过程中对列车前方障碍物进行检测，结合列车紧急制动或减速规则，列车是否制动或减速进行处理。通过在碰撞检测过程中引入多重传感器的方式，使用多种完全不同原理的障碍物检测方法，降低气候环境对障碍物检测结果的影响，适合全天候工作，提升了整个系统的可用性，最终提高列车在整个线路运行过程中的障碍物监测的有效性。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多融合技术的列车障碍物检测方法，其特征在于，所述检测方法，包括：

获取列车的运行环境参数，基于运行环境参数构建地理信息数据库，获取列车型号，根据列车型号确定与列车对应的限界参数；

基于列车实际运行过程中的运行参数，建立运行数据库，引入多重传感器的参数，基于神经网络算法，将地理信息数据库以及限界参数对运行数据库进行训练，确定保障列车以制动方式或减速方式避免与障碍物发生碰撞的影响因子；

基于影响因子，构建列车紧急制动或减速规则并发送给车载控制器，进行障碍物处理；

借助多重传感器在列车运行过程中对列车前方障碍物进行检测，结合列车紧急制动或减速规则，列车是否制动或减速进行处理；

其中，所述限界参数为停放在标准轨距上的列车的外部轮廓的尺寸，所述外部轮廓为与线路中心线垂直的极限横断面；

所述基于影响因子，构建列车紧急制动或减速规则，包括：

在列车行进过程中，实时获取前方障碍物的平面投影，如果平面投影进入所述外部轮廓，则生成危险报警信号；

获取危险报警信号生成时刻对应的列车时速、列车倾斜角度以及列车位置信息，筛选出位于不同位置的列车存在碰撞可能性的列车时速以及列车轨道坡度；

确定与列车位置信息对应的运行环境参数，根据运行环境参数计算安全行驶速度及制动或减速时机。

2.根据权利要求1所述的多融合技术的列车障碍物检测方法，其特征在于，所述多重传感器包括：3D摄像机、单目摄像机、激光、雷达、超声波传感器、接触式障碍物检测装置。

3.根据权利要求1所述的多融合技术的列车障碍物检测方法，其特征在于，所述运行环境参数，包括：线路坡度、弯度、道岔、信号机、桥梁隧道、路灯位置。

4.根据权利要求1所述的多融合技术的列车障碍物检测方法，其特征在于，所述影响因子，包括最高行驶速度、列车所在位置、天气情况。

5.根据权利要求1所述的多融合技术的列车障碍物检测方法，其特征在于，所述结合列车紧急制动或减速规则，对列车是否制动进行处理，包括：

基于多重传感器判定列车运行过程中前方障碍物的距离，结合计算得到的安全行驶速度以及安全转弯半径，对列车的运行参数进行实时调整。

6.根据权利要求1至5任一项所述的多融合技术的列车障碍物检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过列车车载控制器获取列车的运行参数。

7.根据权利要求6所述的多融合技术的列车障碍物检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过检测设备获取列车的运行参数；

其中，所述检测设备包括随车检测设备以及地面固定检测系统。

8.根据权利要求7所述的多融合技术的列车障碍物检测方法，其特征在于，所述地面固定检测系统包括安装在列车行驶轨道上的检测箱，所述检测箱内安装有红外摄像机、激光扫描仪；

所述检测箱安装在列车运行的关键位置，所述关键位置包括转弯处、轨道人防门、防淹门，防火门、站台门、车库门。

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