CN110550072B

CN110550072B - 一种铁路调车作业识别障碍物的方法、系统、介质及设备

Info

Publication number: CN110550072B
Application number: CN201910807654.8A
Authority: CN
Inventors: 邹晓东
Original assignee: Beijing Botu Intelligent Control Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Botu Intelligent Control Technology Co ltd
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2039-08-29
Also published as: CN110550072A

Abstract

本发明涉及一种铁路调车作业识别障碍物的方法、系统、介质及设备，其中的方法包括：获取列车在运行方向上的实景的三维图片；从所述三维图片中提取出列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标；根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物。本发明设计了一种在铁路调车作业过程中，通过获取列车在运行方向上的实景的三维图片来主动识别障碍物方法，可以实现对编组站中未知位置的存车等异常障碍物的有效识别。

Description

一种铁路调车作业识别障碍物的方法、系统、介质及设备

技术领域

本发明涉及铁路信号控制领域，具体涉及一种铁路调车作业识别障碍物的方法、系统、介质及设备。

背景技术

铁路调车作业是指当在铁路运输生产过程中，除列车在车站的到达、出发、通过以及在区间内运行外，凡机车车辆进行一切有目的移动。为解体、编组列车，摘挂、转场、整场、调移、取送车辆以及机车的对位、转线、出入段等目的而使机车车辆在站线或其他线路上移动的作业。

目前自动化调车作业采用一种无线调车机车信号和监控系统(STP)，该系统采用定位技术、列车控制技术等，防止由于车列越过阻挡信号、冲撞土档、超速造成的“挤”、“冲”、“脱”等事故。该系统对位置已知的障碍物可以实现防护，例如信号灯、尽头线、已知位置的存车。但是对于位置未知位置的存车、异常障碍物等无法有效识别，还需要结合地面人员进行判断。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种铁路调车作业识别障碍物的方法、系统、介质及设备。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种铁路调车作业主动识别障碍物的方法，包括：

获取列车在运行方向上的实景的三维图片；

从所述三维图片中提取出列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标；

根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物。

本发明的有益效果是：设计了一种在铁路调车作业过程中，通过获取列车在运行方向上的实景的三维图片来主动识别障碍物方法，可以实现对编组站中未知位置的存车等异常障碍物的有效识别。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述获取列车在运行方向上的实景的三维图片，具体包括：

分别获取列车在运行方向上实景的二维图片和点云信息；

通过空间坐标转换，将所述二维图片和点云信息融合为三维图片。

进一步，所述从所述三维图片中提取出列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标，具体包括：

采用边缘特征提取算法提取出所述三维图片中的轨道；

根据提取出的轨道确定列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标。

进一步，在所述采用边缘特征提取算法提取出所述三维图片中的轨道之后，所述根据提取出的轨道确定列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标之前，还包括：

根据预先获取的道岔信息，在提取出的轨道中确定列车所在轨道。

进一步，所述根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物，具体包括：

根据所述三维坐标拟合出轨道平面的三维信息；

根据所述三维信息计算所述轨道平面中在列车运行方向上相邻各点坡度的变化率；

当所述变化率超过预设值时，判定列车所在轨道在运行方向上有障碍物，否则判定没有障碍物。

进一步，在所述根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物之后，还包括：

当判定列车所在轨道在运行方向上有障碍物时，根据所述障碍物的三维坐标确定列车与所述障碍物的距离；

根据列车与所述障碍物的距离采取应对措施。

进一步，在所述获取列车在运行方向上的实景的三维图片之后，还包括：

根据所述三维图片的时间戳信息判断所述三维图片是否过期，若是则采取应对措施。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种铁路调车作业识别障碍物的系统，包括：

获取模块，用于获取列车在运行方向上的实景的三维图片；

提取模块，用于从所述三维图片中提取出列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标；

判断模块，用于根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述方法。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种铁路调车作业识别障碍物的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中智能检测设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种铁路调车作业识别障碍物的方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中建立的三维坐标系的示意图；

图5为本发明实施例中轨道上障碍物的在三维坐标系下的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明实施例提供的一种铁路调车作业识别障碍物的系统的结构示意图，如图1所示，该系统在硬件上主要包含主机处理单元、智能检测设备、无线传输三部分，其中智能检测设备属于可移动单元，采用蓄电池供电，可以挂靠在没有电源的拖车尾部位置，与主机处理单元通信。

这三个部分的作用如下：

智能检测设备：包括激光雷达、工业相机传感器和数据融合模块等装置，由工业相机、激光雷达对前方列车运行前方实景进行主动、实时探测，由数据融合模块将传感器数据进行融合，具体的结构示意图如图2所示；

无线传输：将智能检测设备的传感器融合数据，发送给主机处理单元，也可采用除无线传输设备之外的其他通道进行数据的传输；

主机处理单元：对传感器融合数据进行处理，提取前方障碍物的信息和距离，是本系统中执行主要功能的设备。

因此，在下面的一个实施例中，将详细介绍主机处理单元所执行的方法流程。图3为本发明实施例提供的一种铁路调车作业识别障碍物的方法的流程示意图。如图3所示，该方法包括：

步骤310，获取列车在运行方向上的实景的三维图片；

具体的，主机处理单元通过无线传输获取融合数据，即为包含列车在运行方向上的实景的三维图片，三维图片中包含了各个像素点的三维坐标。主机处理单元基于一个三维坐标系处理该三维图片。如图4所示，三维图片的坐标系，以智能检测设备为原点，前方为y坐标，水平为x坐标，上下为z坐标。

步骤320，从所述三维图片中提取出列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标；

具体的，为了判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物，主机处理单元需要提取列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标。

由于铁路轨道的钢轨具有特定的特征，针对这些特征，主机处理单元可通过选用特定的图片处理算法，从三维图片中确定列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围，从而进一步提取得到三维坐标。

例如，铁路上轨道为固定宽度的钢轨(相邻轨道宽度为5米，左右轨道宽度为1.4米)，高度是平稳连续变化的，且钢轨与周围道床有明显区别，主机处理单元根据图片中钢轨的特征，采用边缘特征提取算法提取出图片中的轨道信息，并可判断轨道的方向(左拐弯，直行，右拐弯)，还可根据下方最近处的轨道的像素坐标确定列车所在轨道的左右限界，从而进一步确定左右限界内轨道的前后延伸范围内的像素点，将轨道范围内的像素点与其在三维图片中的三维坐标对应起来，标注出来轨道的坐标左右限界以及前后延申(x坐标、y坐标)，提取轨道的左右限界及前后延申的范围中的z坐标。

步骤330，根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物。

具体的，如图5所示，当轨道上存在异常障碍物(列车、工具包、施工人员等)时，由于障碍物的高度明显高于轨道，反映在坐标上时，表现为z坐标的明显变化，因此，基于步骤320中提取到的提取轨道的左右限界及前后延申的范围中的z坐标，即可判断出列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物。

本发明实施例提供的一种铁路调车作业识别障碍物的方法，设计了一种在铁路调车作业过程中，通过获取列车在运行方向上的实景的三维图片来主动识别障碍物方法，可以实现对编组站中未知位置的存车等异常障碍物的有效识别。

可选地，在该实施例中，步骤310具体包括：

步骤3101，分别获取列车在运行方向上实景的二维图片和点云信息；

步骤3102，通过空间坐标转换，将所述二维图片和点云信息融合为三维图片。

具体的，如图2所示，该实施例中，可选用工业相机将前方的实景以一个二维的图片形式提供给数据融合模块，激光雷达将前方的实景以一个三维点云的形式提供给数据融合模块。工业相机和激光雷达固定在智能检测设备上，位置关系保持不变，通过对激光雷达和工业相机进行联合标定，可确定工业相机与激光雷达之间的像素关系，将两种关系进行融合，形成一个包含三维坐标的图片信息。其中，工业相机和激光雷达的标定，是一个比较通用的技术，通过一个共同的参照物，测量激光雷达、相机到这个参照物的距离，通过空间坐标转换到前述的三维坐标系，实现两个传感器坐标的统一。

可选地，在该实施例中，步骤320具体包括：

步骤3201，采用边缘特征提取算法提取出所述三维图片中的轨道；

步骤3202，根据提取出的轨道确定列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标。

具体的，主机处理单元采用边缘特征提取算法提取出图片中的轨道信息，并可判断轨道的方向(左拐弯，直行，右拐弯)，还可根据下方最近处的轨道的像素坐标确定列车所在轨道的左右限界，从而进一步确定左右限界内轨道的前后延伸范围内的像素点，将轨道范围内的像素点与其在三维图片中的三维坐标对应起来，标注出来轨道的坐标左右限界以及前后延申(x坐标、y坐标)，提取轨道的左右限界及前后延申的范围中的z坐标。

可选地，在该实施例中，在步骤3201之后，步骤3202之前还包括：

步骤3203，根据预先获取的道岔信息，在提取出的轨道中确定列车所在轨道。

具体的，列车所在轨道上可能会经过多个道岔，而道岔能够改变列车的运行方向，该步骤中，主机处理器与STP主机进行通信，对于道岔区域，主机处理单元通过STP获取道岔定位、反位状态，判断列车之后运行过程中的轨道方向(定位是直行，反位是拐弯)，结合步骤3201中根据从三维图片中提取的轨道判断出的轨道方向，通过方向信息的匹配，即可确定列车所在的轨道，进而防护该方向的障碍物信息。

可选地，在该实施例中，步骤330具体包括：

步骤3301，根据所述三维坐标拟合出轨道平面的三维信息；

具体的，通过轨道的左右坐标(x坐标)、前后延申范围(y坐标)以及轨道的高度坐标(z坐标)，即可拟合出轨道平面的三维信息。

步骤3302，根据所述三维信息计算所述轨道平面中在列车运行方向上相邻各点坡度的变化率；

步骤3303，当所述变化率超过预设值时，判定列车所在轨道在运行方向上有障碍物，否则判定没有障碍物。

具体的，轨道平面高度是连续的，轨道平面最大的坡度变化率不超过3％，若超过3％，则认为轨道上有异常障碍物。

此外，也可根据设定的高度，即直接比较z坐标来判断是否有异常障碍物，但由于轨道在达到一定坡度时的高度与障碍物的高度较接近，可能会出现将轨道上正常的坡识别为障碍物的情况，而上述比较坡度变化率的的方式可避免这种误识别的情况发生。

可选地，在该实施例中，在步骤330之后，还包括：

步骤340，当判定列车所在轨道在运行方向上有障碍物时，根据所述障碍物的三维坐标确定列车与所述障碍物的距离；

具体的，如图5所示，通过障碍物的y坐标即可获取列车与障碍物的距离信息。

步骤350，根据列车与所述障碍物的距离采取应对措施。

具体的，主机处理单元将识别的异常障碍物距离汇报给STP，由STP设备进行处理，STP根据前方障碍物的距离，控制车速以及必要时进行紧急制动。

可选地，在该实施例中，在步骤310之后，还包括：

步骤360，根据所述三维图片的时间戳信息判断所述三维图片是否过期，若是则采取应对措施。

具体的，智能检测设备和主机处理单元之间采用无线通信，通信的延迟，会导致障碍物的延迟识别，影响安全。因此，可在智能检测设备的数据融合模块和主机处理单元之间的传递的三维图片中增加时间戳信息(包含发送时间和接收时间)，用于通信延迟的判断，当主机处理单元判断与数据融合模块通信超时后，主机处理器认为数据融合模块提供的信息已经过期，不具备实时性，通过STP设备进行紧急制动处理。直到主机处理器重新获取数据融合模块实时的图像信息时，才认为数据有效，可对数据进行处理，并将处理得到的障碍物距离信息发送给STP设备。

本发明实施例还提供一种铁路调车作业识别障碍物的系统，包括：

获取模块，用于获取列车在运行方向上的实景的三维图片；

可选地，在该实施例中，所述获取模块，具体包括：

获取单元，用于分别获取列车在运行方向上实景的二维图片和点云信息；

融合单元，用于通过空间坐标转换，将所述二维图片和点云信息融合为三维图片。

可选地，在该实施例中，所述提取模块，具体包括：

提取单元，用于采用边缘特征提取算法提取出所述三维图片中的轨道；

第一确定单元，用于根据提取出的轨道确定列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标。

可选地，在该实施例中，所述提取模块还包括：

第二确定单元，用于在所述提取单元采用边缘特征提取算法提取出所述三维图片中的轨道之后，所述第一确定单元根据提取出的轨道确定列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标之前，根据预先获取的道岔信息，在提取出的轨道中确定列车所在轨道。

可选地，在该实施例中，所述判断模块，具体包括：

拟合单元，用于根据所述三维坐标拟合出轨道平面的三维信息；

计算单元，用于根据所述三维信息计算所述轨道平面中在列车运行方向上相邻各点坡度的变化率；

判定单元，用于当所述变化率超过预设值时，判定列车所在轨道在运行方向上有障碍物，否则判定没有障碍物。

可选地，在该实施例中，还包括：

确定模块，用于当所述判断模块判定列车所在轨道在运行方向上有障碍物时，根据所述障碍物的三维坐标确定列车与所述障碍物的距离；

第一应对模块，用于根据列车与所述障碍物的距离采取应对措施。

可选地，在该实施例中，还包括：

第二应对模块，用于在所述获取模块获取列车在运行方向上的实景的三维图片之后，根据所述三维图片的时间戳信息判断所述三维图片是否过期，若是则采取应对措施。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述方法实施例中的方法步骤；或者存储上述系统实施例的各个软件模块对应的指令。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法实施例中的方法步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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

1.一种铁路调车作业识别障碍物的方法，其特征在于，包括：

获取列车在运行方向上的实景的三维图片；

根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物；

所述根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物，具体包括：

根据所述三维坐标拟合出轨道平面的三维信息；

2.根据权利要求1所述的一种铁路调车作业识别障碍物的方法，其特征在于，所述获取列车在运行方向上的实景的三维图片，具体包括：

分别获取列车在运行方向上实景的二维图片和点云信息；

3.根据权利要求1所述的一种铁路调车作业识别障碍物的方法，其特征在于，所述从所述三维图片中提取出列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标，具体包括：

采用边缘特征提取算法提取出所述三维图片中的轨道；

4.根据权利要求3所述的一种铁路调车作业识别障碍物的方法，其特征在于，在所述采用边缘特征提取算法提取出所述三维图片中的轨道之后，所述根据提取出的轨道确定列车所在轨道的左右限界及前后延伸范围中的三维坐标之前，还包括：

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种铁路调车作业识别障碍物的方法，其特征在于，在所述根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物之后，还包括：

根据列车与所述障碍物的距离采取应对措施。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种铁路调车作业识别障碍物的方法，其特征在于，在所述获取列车在运行方向上的实景的三维图片之后，还包括：

7.一种铁路调车作业识别障碍物的系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取列车在运行方向上的实景的三维图片；

判断模块，用于根据所述三维坐标判断列车所在轨道在运行方向上是否有障碍物；

所述判断模块，具体包括：

8.一种计算机可读存储介质，包括指令，其特征在于，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行根据权利要求1至6任一项所述的方法。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。