CN110146930B - 基于光电探测的隧道侵限检测系统及方法 - Google Patents

基于光电探测的隧道侵限检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于光电探测的隧道侵限检测系统及方法。该系统包括主控单元、设置于行驶于隧道内的车辆上的图像采集单元和激光测距单元;所述图像采集单元实时采集隧道内壁图像,所述激光测距单元实时采集车辆到隧道内壁的各个方向上的径向距离,所述激光测距单元的检测范围在所述图像采集单元的视场内;当所述径向距离小于设定阈值时,所述主控单元判断隧道存在侵限,并提取此时图像采集单元所采集的图像,定位侵限位置。该隧道侵限检测系统通过非接触式手段可快速、准确地检测出隧道是否存在侵限异物,以及侵限的位置,为地铁运行安全提供了保证。

Description

基于光电探测的隧道侵限检测系统及方法
技术领域
本发明涉及隧道交通安全领域,具体涉及一种基于光电探测的隧道侵限检测系统及方法。
背景技术
随着城市化进程的推进,交通问题日益凸显,为了进一步提高城市交通承载力,许多城市不断加大地铁建设的力度,由此所衍生的地铁运行安全问题也备受关注,而地铁大多数时候在隧道中运行,因此隧道侵限问题与地铁运行安全问题息息相关。
地铁限界是保证地铁安全运行的空间范围,隧道内当有异物侵入限界时,就会对地铁车辆的运行安全产生很大的威胁。当前地铁异物侵限检测主要依靠人工巡检来完成,时效性差,人力成本居高不下,且由于当前地铁营运时间不断延长,地铁运营的空窗期检测时间不断压缩,给地铁异物侵限检测带来了极大的困难。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷,本发明的目的是提供一种基于光电探测的隧道侵限检测系统及方法。
为了实现本发明的上述目的,本发明提供了一种基于光电探测的隧道侵限检测系统,包括主控单元、设置于行驶于隧道内的车辆上的图像采集单元和激光测距单元,所述主控单元与图像采集单元和激光测距单元双向连接,相互通信,所述主控单元同步触发所述图像采集单元和激光测距单元;
所述图像采集单元实时采集隧道内壁图像,所述激光测距单元实时采集车辆到隧道内壁的各个方向上的径向距离,所述激光测距单元的检测范围在所述图像采集单元的视场内;
当所述径向距离小于设定阈值时,所述主控单元判断隧道存在侵限,并提取此时图像采集单元所采集的图像,定位侵限位置。
该隧道侵限检测系统通过非接触式手段可快速、准确地检测出隧道是否存在侵限异物,以及侵限的位置,为地铁运行安全提供了保证。
该隧道侵限检测系统的优选方案:所述图像采集单元包括多个相机,所述相机分布于第一圆形或圆弧形支架的圆周上;
所述激光测距单元包括N组激光测距组,N为正整数,每个激光测距组包括多个分布于第二圆形或圆弧形支架的圆周上的激光测距仪,所述激光测距组之间同轴设置,且激光测距仪之间径向错位设置;
所述第一圆形或圆弧形支架和第二圆形或圆弧形支架的弧度走向与隧道内壁弧度走向相匹配。这样的装配结构能完成对整个隧道断面的360度的距离和图像数据的采集,减少了检测盲区。
本申请还提出了一种隧道侵限检测方法,采用上述的基于光电探测的隧道侵限检测系统采集隧道内壁图像和车辆到隧道内壁的径向距离;
当所述径向距离小于设定阈值时,对此时图像采集单元所采集的图像进行特征提取,识别异物特征信息,并发出侵限告警。
该隧道侵限检测方法的优选方案:将激光测距单元与图像采集单元的配置方法为:
将图像采集单元装配在第一圆形或圆弧形支架的圆周上,将第一个激光测距组装配在第一个第二圆形或圆弧形支架的圆周上,触发该激光测距组工作,观察所述图像采集单元的视场内激光光斑的分布情况,查找出第一个激光测距组的检测盲区;
将第二个激光测距组装配在第二个第二圆形或圆弧形支架的圆周上,第二个激光测距组上的部分或全部激光测距仪与第一个激光测距组上的部分或全部激光测距仪径向错位设置,触发所有激光测距仪工作,观察所述图像采集单元的视场内第二个激光测距组的激光光斑是否全部填补第一个激光测距组的检测盲区,如果是,则激光测距单元与图像采集单元的配置完成;如果不是,则按上述方法继续装配新的激光测距组,直至第一个激光测距组的检测盲区全部被填补。这能完成对整个隧道断面的360度的距离和图像数据的采集,减少了检测盲区。
本发明的有益效果是:本发明实现隧道异物侵限的实时自动化检测,提高了检测效率和可靠性,通过非接触式手段可快速、准确地检测出隧道是否存在侵限异物以及侵限的位置,为地铁运行安全提供了保证。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是本隧道侵限检测系统的结构示意图;
图2是图像采集单元和激光测距单元的装配结构示意图;
图3是图像采集单元和激光测距单元的装配原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示,本发明提供了一种基于光电探测的隧道侵限检测系统,包括主控单元、设置于行驶于隧道内的车辆上的图像采集单元和激光测距单元,所述主控单元与图像采集单元和激光测距单元双向连接,相互通信,所述主控单元通过同步控制单元同步触发所述图像采集单元和激光测距单元,该同步控制系统可集成于主控单元内。
所述图像采集单元实时采集隧道内壁图像,优选但不限于为车辆在行驶过程中,图像采集单元对隧道内壁以隧道断面为最小采集单元进行图像采集。
激光测距单元实时采集车辆到隧道内壁的各个方向上的径向距离,激光测距单元的检测范围在所述图像采集单元的视场内;当径向距离小于设定阈值时,主控单元判断隧道存在侵限,主控单元调取此时图像采集单元所拍摄的图像,获得存在隧道侵限的具体位置。这里不同方向上的径向距离对应不同的设定阈值;相同方向上径向距离在隧道的不同位置时,也可以存在不同的设定阈值,比如,隧道内壁上设置有设备的地方的设定阈值与没有设置设备的地方的设定阈值是不一样的。
激光测距单元可以采用点式激光测距仪,也可以采用扫描式激光测距仪或面阵型激光测距仪。
具体的,如图2所示,图像采集单元和激光测距单元的装配结构优选但不限于为:
图像采集单元包括多个相机,这些相机分布于第一圆形或圆弧形支架的圆周上;激光测距单元包括N组激光测距组,N为正整数,每个激光测距组包括多个分布于第二圆形或圆弧形支架的圆周上的激光测距仪,所述激光测距组之间同轴设置,且激光测距仪之间径向错位设置,所述第一圆形或圆弧形支架和第二圆形或圆弧形支架固设于车辆上,且两者的弧度走向与隧道内壁弧度走向相匹配。这样的装配结构能完成对整个隧道断面的360度的距离和图像数据的采集。图2中,左右两边的元器件为激光测距组,中间的元器件为图像采集单元。
第一圆形或圆弧形支架和第二圆形或圆弧形支架可同轴设置于一圆筒固定座上。
本申请还提出了一种隧道侵限检测方法,采用上述基于光电探测的隧道侵限检测系统采集隧道内壁图像和车辆到隧道内壁的径向距离。
在采集前需要对图像采集单元与激光测距组进行装配,如图3所示,图3中阴影部分为光斑,白色部分为检测盲区,装配的方法为:
图像采集单元采用与激光测距单元发射激光光谱匹配的增强型图像传感器,可对激光测距单元投射到探测目标表面的激光光斑进行采集,然后将图像采集单元装配在第一圆形或圆弧形支架的圆周上,将第一个激光测距组装配在第一个第二圆形或圆弧形支架的圆周上,触发该激光测距组工作,观察所述图像采集单元的视场内激光光斑的分布情况,查找出第一个激光测距组的检测盲区,没有光斑的部分即为盲区;
将第二个激光测距组装配在第二个第二圆形或圆弧形支架的圆周上,第二个激光测距组上的部分或全部激光测距仪与第一个激光测距组上的部分或全部激光测距仪径向错位设置,触发所有激光测距仪工作,观察所述图像采集单元的视场内第二个激光测距组的激光光斑沿第二圆形或圆弧形支架轴向延伸所形成的区域是否全部填补第一个激光测距组的检测盲区,如果是,则激光测距单元与图像采集单元的配置完成;如果不是,则按上述方法继续装配新的激光测距组,直至第一个激光测距组的检测盲区全部被填补。
当径向距离小于设定阈值时,主控单元调取此时图像采集单元所拍摄的图像,获得存在隧道侵限的具体位置,并对该图像进行特征提取,识别异物特征信息,最后再通过目标边缘检测对异物目标进行框选锁定并发出侵限告警信号。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于光电探测的隧道侵限检测系统,其特征在于:包括主控单元、设置于行驶于隧道内的车辆上的图像采集单元和激光测距单元,所述主控单元与图像采集单元和激光测距单元双向连接,相互通信,所述主控单元同步触发所述图像采集单元和激光测距单元;
所述图像采集单元实时采集隧道内壁图像,所述激光测距单元实时采集车辆到隧道内壁的各个方向上的径向距离,所述激光测距单元的检测范围在所述图像采集单元的视场内;
所述图像采集单元包括多个相机,所述相机分布于第一圆形或圆弧形支架的圆周上;
所述激光测距单元包括N组激光测距组,N为正整数,每个激光测距组包括多个分布于第二圆形或圆弧形支架的圆周上的激光测距仪,所述激光测距组之间同轴设置,且激光测距仪之间径向错位设置;
所述激光测距单元的激光光斑沿第二圆形或圆弧形支架轴向延伸所形成的区域覆盖所述图像采集单元的视场;
所述第一圆形或圆弧形支架和第二圆形或圆弧形支架的弧度走向与隧道内壁弧度走向相匹配;
当所述径向距离小于设定阈值时,所述主控单元判断隧道存在侵限,并提取此时图像采集单元所采集的图像,定位侵限位置。
2.根据权利要求1所述的基于光电探测的隧道侵限检测系统,其特征在于:不同方向上的径向距离对应不同的设定阈值。
3.根据权利要求1所述的基于光电探测的隧道侵限检测系统,其特征在于:车辆在隧道的不同位置相同方向上的径向距离对应不同的设定阈值。
4.根据权利要求1所述的基于光电探测的隧道侵限检测系统,其特征在于:所述第一圆形或圆弧形支架和第二圆形或圆弧形支架同轴设置于一圆筒固定座上,该固定座设置于所述车辆上。
5.一种隧道侵限检测方法,其特征在于,包括以下步骤:采用权利要求1至4任一项所述的基于光电探测的隧道侵限检测系统采集隧道内壁图像和车辆到隧道内壁的径向距离;
当所述径向距离小于设定阈值时,对此时图像采集单元所采集的图像进行特征提取,识别异物特征信息,并发出侵限告警。
6.根据权利要求5所述的隧道侵限检测方法,其特征在于,将激光测距单元与图像采集单元的配置方法为:
将图像采集单元装配在第一圆形或圆弧形支架的圆周上,将第一个激光测距组装配在第一个第二圆形或圆弧形支架的圆周上,触发该激光测距组工作,观察所述图像采集单元的视场内激光光斑的分布情况,查找出第一个激光测距组的检测盲区;
将第二个激光测距组装配在第二个第二圆形或圆弧形支架的圆周上,第二个激光测距组上的部分或全部激光测距仪与第一个激光测距组上的部分或全部激光测距仪径向错位设置,触发所有激光测距仪工作,观察所述图像采集单元的视场内第二个激光测距组的激光光斑沿第二圆形或圆弧形支架轴向延伸所形成的区域是否全部填补第一个激光测距组的检测盲区,如果是,则激光测距单元与图像采集单元的配置完成;如果不是,则按上述方法继续装配新的激光测距组,直至第一个激光测距组的检测盲区全部被填补。
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