CN110412563A - 一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪及其工作方法 - Google Patents

一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪及其工作方法，包括传感器模块、处理器模块和显示器模块，处理器模块分别与传感器模块和显示器模块连接，其中，处理器模块包括：毫米波雷达传感器单元和单目RGB图像传感器单元，毫米波雷达传感器单元，用于实时采集前方目标物的定位数据；单目RGB图像传感器单元，用于实时采集前方目标区域的彩色图像。本发明通过使用传感器，能够科学准确地计算目标车皮的距离而不是操作人员仅凭经验与肉眼观察得到的模糊判断，从而大大消除了人工控制低效不稳定的缺陷，且不受恶劣天气影响，两种传感器单元优势互补，减小了人力资源成本。

Description

一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪 及其工作方法
技术领域
本发明属于交通控制系统技术领域，具体涉及一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪及其工作方法。
背景技术
火车货物运输是一种重要的运输手段，货车在货场进行货物车皮的挂接是最为频繁的作业之一。除极端情况下，无论冬夏、早晚、雨、雾、霾等季节和气象条件下，该作业都不能中断。
目前，火车货物列车在货厂与待挂车皮挂接作业时通常是由地面人员配合货车司机人工实现，地面人员主要是负责用肉眼判断货车末端与待挂车皮之间距离，并利用无线步话机不断将该距离参数报告给机车司机，机车司机根据该距离参数不断调整货车速度，在距离较远时(大于50m)使机车保持较快的行驶速度，节省挂接时间；当距离较近(小于等于50m)时，将机车逐渐调整到合适的速度，直到挂接成功。
车皮挂接采用碰撞方式实现，挂接时的速度通常为5km/h。若大于该速度，当列车与待挂车皮相撞时，由于列车惯性较大，会对车体造成不可恢复性损伤；若小于该速度，由于冲撞力度过小，使得车皮挂接不上。因此，控制机车速度是该作业可靠、快速完成的关键，司机控制车速是通过列车尾部与待挂车皮的距离信息调整的，因此该距离参数的准确测量是该作业过程的重点。但由于该作业由人工完成，受人员本身自身、季节、气候等条件的影响，对测量结果有较大的影响，具体如下：
(1)利用肉眼观察测量，误差极大，不同人员测量的结果也有很大的差异，另外，受到光线、遮挡物的影响，会对测量造成更大的误差；
(2)受天气影响严重，例如夜间或雨雾天气条件下，在微弱光线下人眼的识别能力收到限制，人工调度能力会大大降低，失误发生概率提高，造成作业事故(车速过快(大于5km/h)时，发生车皮碰撞，造成车皮本体变形；车速过慢(小于5km/h)时，推力不足，造成车皮挂接不上)。
(3)人工作业可控性低，易产生误判与疏忽，例如调度图中能确定车皮分布于哪个车道，且在车道上各个车皮的顺序，但无法获得车皮停靠的具体位置，操作流程全凭工人经验与肉眼判断。
为此，为保证作业的成功率，通常通过增加地面配合人员的数量(通常为3-4人)，多人配合的方式完成作业。
发明内容
本发明公开了一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪及其工作方法，目的是解决现有火车货运列车挂接车皮时采用的人工方法测距的缺陷，且人力资源浪费多的问题。
本发明通过以下技术方案实现：一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪，包括传感器模块、处理器模块和显示器模块，所述处理器模块分别与传感器模块和显示器模块连接，
所述传感器模块，用于采集前方目标区域的相关数据，并传输至所述处理器模块进行处理；
所述处理器模块，用于处理所述传感器模块传输来的数据，并将处理出的判断信息与目标距离信息发送至所述显示器模块；
所述显示器模块，用于接收来自所述处理器模块发出的判断信息与目标距离信息，并显示于工作人员，
其中，所述传感器模块包括：毫米波雷达传感器单元和单目RGB图像传感器单元，
所述毫米波雷达传感器单元，用于实时采集前方目标物的定位数据；
所述单目RGB图像传感器单元，用于实时采集前方目标区域的彩色图像。
进一步的，所述处理器模块包括传感器控制单元、数据存储单元和数据处理单元，其中，
所述传感器控制单元，用于对所述传感器模块进行控制；
所述数据存储单元，用于存储传感器模块传输来的数据，以及存储所述处理器模块处理出的判断信息与目标距离信息；
所述数据处理单元，用于通过所述传感器模块传入的信息进行实时处理，判断前方区域是否存在目标车皮，若存在目标车皮，则计算当前与目标的距离；若不存在，则返回该信息并计算当前与前方障碍物的距离。
进一步的，所述显示器模块包括无线接收单元和显示单元，其中，
所述无线接收单元，用于通过无线传输接收来自所述处理器模块出的判断信息与目标距离信息；
所述显示单元，用于实时显示所述判断信息与目标距离信息。
一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪的工作方法，基于上述的一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪，所述工作方法包括以下步骤：
步骤一：火车由直道转向待挂车皮的岔道时开启所述便携式测距仪；
步骤二：所述传感器模块对前方目标区域进行实时检测采集并将检测数据传输给处理器模块；
步骤三：所述处理器模块对检测数据进行实时处理并判断前方区域是否存在目标车皮，生成判断信息；
步骤四：所述处理器模块计算目标车皮或障碍物的信息，生成目标距离信息；
步骤五：所述处理器模块将分析出的判断信息和目标距离信息发送至显示器模块协助火车司机完成车皮挂接。
本发明的有益效果在于：
第一，通过使用传感器，能够科学准确地计算目标车皮的距离而不是操作人员仅凭经验与肉眼观察得到的模糊判断，从而大大消除了人工控制低效不稳定的缺陷。
第二，恶劣天气情况下，人工判断会受到光线、低温等天气因素的严重干扰，而毫米波雷达在环境适应能力上较为强大，与视觉信息融合后更具有极大提升车载环境感知能力的潜力以适应全天候的工作。相比于仅靠人工操作，极大地提高了工作过程中环境感知能力的可靠性、准确性与适应性。
第三，毫米波雷达和摄像头的结合，弥补了摄像机难以获取准确的距离信息和激光雷达获取障碍物信息量少的缺点。
第四，极大地减小了人力资源成本。该设备在列车车皮挂接工作中足以胜任三到四名工作人员的工作。
附图说明
图1为本发明的一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪的模块连接关系图；
图2为本发明的一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪的工作方法的方法流程图。
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。
参照图1所示，本发明通过以下技术方案实现：本发明提供了一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪的一实施例，包括传感器模块、处理器模块和显示器模块，所述处理器模块分别与传感器模块和显示器模块连接，
所述传感器模块，用于采集前方目标区域的相关数据，并传输至所述处理器模块进行处理；
所述处理器模块，用于处理所述传感器模块传输来的数据，并将处理出的判断信息与目标距离信息发送至所述显示器模块；
所述显示器模块，用于接收来自所述处理器模块发出的判断信息与目标距离信息，并显示于工作人员，
其中，所述传感器模块包括：毫米波雷达传感器单元和单目RGB图像传感器单元，
所述毫米波雷达传感器单元，用于实时采集前方目标物的定位数据；
所述单目RGB图像传感器单元，用于实时采集前方目标区域的彩色图像。
具体的，在本实施例中，毫米波雷达传感器单元使用短波电磁波的特殊雷达技术，采用了一种频率调制连续波(FMCW)的特殊毫米波雷达技术，通过捕获反射的FMCW信号，毫米波雷达传感器单元实时采集前方目标物的距离、角度以及相对速度等数据，毫米波雷达传感器单元具体选用ARS408-217-77GHz毫米波雷达。所述摄像机(摄像机传感器)选取1024×728分辨率RGB彩色摄像头，以实时采集彩色图像。步骤S12是对采集到的图像进行的预处理，对雷达数据进行滤波与修正。在安装时，毫米波雷达传感器单元和单目RGB图像传感器单元需各自进行标定，而后进行联合标定和时间统一。
参照图1所示，在本部分优选实施例中，所述处理器模块包括传感器控制单元、数据存储单元和数据处理单元，其中，
所述传感器控制单元，用于对所述传感器模块进行控制；
所述数据存储单元，用于存储传感器模块传输来的数据，以及存储所述处理器模块处理出的判断信息与目标距离信息；
所述数据处理单元，用于通过所述传感器模块传入的信息进行实时处理，判断前方区域是否存在目标车皮，若存在目标车皮，则计算当前与目标的距离；若不存在，则返回该信息并计算当前与前方障碍物的距离。
具体的，在前期调试及使用中，需对毫米波雷达传感器单元和单目RGB图像传感器单元进行控制，比如需要对单目RGB图像传感器进行对焦、对毫米波雷达传感器单元和单目RGB图像传感器单元的检测方向进行调整等。
在对毫米波雷达传感器单元传来的数据进行处理时，首先对雷达原始数据进行阈值滤波，然后对经过阈值滤波的雷达原始数据进行卡尔曼状态估计，而后生成雷达标准数据。
在对单目RGB图像传感器单元传来的数据进行处理时，对图像原始数据进行畸变矫正，而后对畸变矫正后的图像原始数据进行编码处理，最后对进行过编码处理后的图像原始数据进行像素处理，而后生成标准数据。
参照图1所示，在本部分优选实施例中，所述显示器模块包括无线接收单元和显示单元，其中，
所述无线接收单元，用于通过无线传输接收来自所述处理器模块出的判断信息与目标距离信息；
所述显示单元，用于实时显示所述判断信息与目标距离信息。
具体的，显示器模块即为远端，工作人员在显示器模块处可以随时观察到判断信息和目标距离信息，用以辅助工作人员做出决策，工作人员亦可以通过显示器模块远程操控传感器模块进行调整，其控制信号经由处理器模块进行处理和传导，具体调整方式上述实施例已有说明，这里不具体阐述。
参照图2所示，在本部分优选实施例中，所述工作方法包括以下步骤：
步骤一：火车由直道转向待挂车皮的岔道时开启所述便携式测距仪；
步骤二：所述传感器模块对前方目标区域进行实时检测采集并将检测数据传输给处理器模块；
步骤三：所述处理器模块对检测数据进行实时处理并判断前方区域是否存在目标车皮，生成判断信息；
步骤四：所述处理器模块计算目标车皮或障碍物的信息，生成目标距离信息；
步骤五：所述处理器模块将分析出的判断信息和目标距离信息发送至显示器模块协助火车司机完成车皮挂接。

Claims (4)

1.一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪，包括传感器模块、处理器模块和显示器模块，其特征在于，所述处理器模块分别与传感器模块和显示器模块连接，
所述传感器模块，用于采集前方目标区域的相关数据，并传输至所述处理器模块进行处理；
所述处理器模块，用于处理所述传感器模块传输来的数据，并将处理出的判断信息与目标距离信息发送至所述显示器模块；
所述显示器模块，用于接收来自所述处理器模块发出的判断信息与目标距离信息，并显示与工作人员，
其中，所述传感器模块包括：毫米波雷达传感器单元和单目RGB图像传感器单元，
所述毫米波雷达传感器单元，用于实时采集前方目标物的定位数据；
所述单目RGB图像传感器单元，用于实时采集前方目标区域的彩色图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪，其特征在于，所述处理器模块包括传感器控制单元、数据存储单元和数据处理单元，其中，
所述传感器控制单元，用于对所述传感器模块进行控制；
所述数据存储单元，用于存储传感器模块传输来的数据，以及存储所述处理器模块处理出的判断信息与目标距离信息；
所述数据处理单元，用于通过所述传感器模块传入的信息进行实时处理，判断前方区域是否存在目标车皮，若存在目标车皮，则计算当前与目标的距离；若不存在，则返回该信息并计算当前与前方障碍物的距离。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪，其特征在于，所述显示器模块包括无线接收单元和显示单元，其中，
所述无线接收单元，用于通过无线传输接收来自所述处理器模块出的判断信息与目标距离信息；
所述显示单元，用于实时显示所述判断信息与目标距离信息。
4.一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪的工作方法，基于权利要求1-3任一项所述的一种基于多传感器融合的辅助列车车皮挂接的便携式测距仪，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：
步骤一：火车由直道转向待挂车皮的岔道时开启所述便携式测距仪；
步骤二：所述传感器模块对前方目标区域进行实时检测采集并将检测数据传输给处理器模块；
步骤三：所述处理器模块对检测数据进行实时处理并判断前方区域是否存在目标车皮，生成判断信息；
步骤四：所述处理器模块计算目标车皮或障碍物的信息，生成目标距离信息；
步骤五：所述处理器模块将分析出的判断信息和目标距离信息发送至显示器模块协助火车司机完成车皮挂接。
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