CN112622987A - 列车自主定位测速及完整性检查系统及方法 - Google Patents

列车自主定位测速及完整性检查系统及方法 Download PDF

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王俊高
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张淼
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邓晶雪
姜庆阳
唐凯林
黄长鹏
杨岚清
贾鹏
郭戬
郑伟
魏博
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Abstract

本发明公开了一种列车自主定位测速及完整性检查系统及方法，具有设备简单、易于安装、易于维护的特点，便于工程实现；相关方案中，通过引入视觉标签及图像特征识别设备，在不依赖轨旁通信基础设施的同时，降低了对轨道电路、计轴设备，以及应答器的依赖；同时，根据需要，可以与既有的列车自主定位测速及完整性检查系统并存和兼容。

Description

列车自主定位测速及完整性检查系统及方法
技术领域
本发明涉及铁路信号技术领域，尤其涉及一种列车自主定位测速及完整性检查系统及方法。
背景技术
铁路信号系统负责控制列车在线路上的运行，通常采用时间分隔或者空间分隔等方法来确保列车彼此之间保持固定或者可变的间隔，实现列车的追踪运行。在上述控制中，需要获取每列列车的当前位置并实时给出相应的行车授权指令，以确保列车不产生追尾碰撞等情况。
目前，我国铁路列车自主定位主要有以下几种方式：
方式1：基于轨旁安装的轨道电路或者计轴设备与地面控制系统连接，通过轨道占用空闲检查来实现列车自主定位；
方式2：通过车载转速计或转速计加卫星定位构成车载测速测距单元，配合地面应答器校准，通过无线通信传送到地面控制系统实现列车自主定位。
对于上述方式1，需要在轨旁安装大量设备，建设成本较高，安装维护困难，且无论是轨道电路还是计轴，都不可避免存在易受干扰、故障率较高的问题，表现为轨道电路的分路不良故障，以及计轴设备的ARB问题。
对于上述方式2，一方面，卫星定位容易受环境、地形等影响，使得其适用场景非常有限，并不适合地下、隧道内、车站内等运行场景。另一方面、转速计因为无法有效应对空转和打滑现象，所以会在列车行进当中不断的产生误差累计；即便两者结合，也需要在轨旁部署大量的地面应答器，不断对误差进行修正，才能够保证定位可用。这就带来了安装维护工作量大，一旦线路变化，需要重新配置应答器等问题；另外暴露在线路中央的应答器，也容易被列车遗洒物覆盖或砸坏，或者失窃。因为应答器是单向通行，定位信息传递到轨旁时，要么部署大量的地面通信基站或者无线接入点，要么需要沿轨道部署漏泄波导管，导致系统建设成本较高，而且易受干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种列车自主定位测速及完整性检查系统及方法，通过引入视觉标签及图像特征识别设备，在不依赖轨旁通信基础设施的同时，降低了对轨道电路、计轴设备，以及应答器的依赖；同时，根据需要，可以与既有的列车自主定位测速及完整性检查系统并存和兼容。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查系统，包括：列车车头定位测速单元和列车车尾定位测速单元，以及布设在轨旁的视觉标签；其中：
所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元的结构及工作过程相同，均用于采集视觉标签图像，并根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息；
所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元共同与一套车载ATP系统通信，由车载ATP系统，结合列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自计算及解析的列车速度与唯一识别信息进行列车自主定位及列车完整性检查。
一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查方法，包括：
由列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自采集布设在轨旁的视觉标签图像；并根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息；
之后，由与所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元共同通信的车载ATP系统，结合列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自计算及解析的列车速度与唯一识别信息进行列车自主定位及列车完整性检查。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述系统具有设备简单、易于安装、易于维护的特点，便于工程实现；具体的：1)借助轨旁视觉标签，可有效减少目前的轨旁列车占用检查设备数量，可大幅减少资金投入。2)地面视觉标签结构简单，价格便宜，大大降低安装维护工作量。3)运行不受环境限制，应用范围大，特别适合用于环境恶劣，人烟稀少，设备维护成本较高的地区。4)可与现行的其他列车自主定位、测速、完整性检查系统相结合，有效提高目前列车自主定位、测速的精度，降低完整性检查设备复杂程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例提供的一种列车自主定位测速及完整性检查系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种列车自主定位测速及完整性检查方法的流程图。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查系统，如图1所示，其主要包括：列车车头定位测速单元和列车车尾定位测速单元，以及布设在轨旁的视觉标签；其中：
所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元的结构及工作过程相同，均用于采集视觉标签图像，并根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息；
所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元共同与一套车载ATP系统通信，由车载ATP系统，结合列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自计算及解析的列车速度与唯一识别信息进行列车自主定位及列车完整性检查。
本发明实施例中，所述列车车头定位测速单元包括：第一系统主机，与第一系统主机通信连接的第一高速图像采集装置；所述列车车尾定位测速单元包括：第二系统主机，与第二系统主机通信连接的第二高速图像采集装置；第一系统主机与第二系统主机均与车载ATP系统通信连接；其中：
所述第一高速图像采集装置与第二高速图像采集装置，用于采集视觉标签图像；
所述第一系统主机与第二系统主机，用于对视觉标签图像进行预处理，根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息。
本发明实施例中，第一、第二高速图像采集装置，是指安装在列车头、尾部的，可以在列车高速运行状态下，采集轨道中心及两旁清晰图像的高速相机或类似设备。在列车行驶过程中，第一、第二高速图像采集装置，各自实时采集列车头部、尾部轨道中心及两旁的清晰图像，并将图像通过通信接口对应的发至第一、第二系统主机。
本发明实施例中，视觉标签应视具体应用情况布设在轨旁的特定位置，包括：地面或隧道内壁等无遮挡易于图像采集的位置，以冗余方式布设。视觉标签图像中包含的唯一识别信息的具体信息内容可以由用户自行设定，例如，将视觉标签图像所在位置距起点的距离值作为唯一识别信息，也可以将距离值经过编码后的数字或二维码图像作为唯一识别信息，总之要保持视觉标签图像中显示信息的唯一性即可。
本发明实施例中，第一、第二系统主机，分别安装于列车头、尾部，系统应包括但不限于CPU单元、通信单元、电源装置、防雷装置及外壳。
本发明实施例中，第一、第二系统主机接收到视觉标签图像后，各自进行处理，处理方式相同，均包括：1)图像预处理，预处理方式包括但不限于，图像均衡处理。2)根据预处理后的图像中包含的视觉标签图像大小变化率，计算当前列车的实时速度。3)对预处理后的视觉标签图像进行图像特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息。图像特征识别包括图像信息提取及图像信息识别两个步骤。图像特征提取方法包括但不限于：全局模板匹配的目标定位方法、虚拟轨迹区域搜索方法、灰度投影有效图像判别方法等。图像信息识别方法包括但不限于：基于模板匹配的识别方法、基于神经网络的识别方法、基于字符特征的识别方法。
最终由所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元共同与一套车载ATP系统通信，结合列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自计算及解析的列车速度与唯一识别信息进行列车自主定位及列车完整性检查。具体来说：车载ATP系统将唯一识别信息与自身预存区段划分节点信息相比对，从而计算出列车当前占用区段，完成列车自主定位；完整性检查时，根据车头车尾拍摄的同一视觉标签图像(基于唯一识别信息确定)的时间差并结合列车速度，即可计算出列车长度，进而得出列车完整性。
本领域技术人员可以理解，“第一”、“第二”仅是为了标识，并不意图限定部件的结构。文中所述的“列车”的类型可以是普通列车、动车、高铁、城市轨道车辆等轨道编组车辆。
本发明另一实施例还提供一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查方法，该方法主要基于前述系统来实现，如图2所示，该方法主要包括：
由列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自采集布设在轨旁的视觉标签图像；并根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息；
之后，由与所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元共同通信的车载ATP系统，结合列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自计算及解析的列车速度与唯一识别信息进行列车自主定位及列车完整性检查。
本发明实施例中，所述列车车头定位测速单元包括：第一系统主机，与第一系统主机通信连接的第一高速图像采集装置；所述列车车尾定位测速单元包括：第二系统主机，与第二系统主机通信连接的第二高速图像采集装置；第一系统主机与第二系统主机均与车载ATP系统通信连接；其中：
所述第一高速图像采集装置与第二高速图像采集装置，用于采集视觉标签图像；
所述第一系统主机与第二系统主机，用于对视觉标签图像进行预处理，根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息。
本发明实施例中，所述视觉标签布设在轨旁的特定位置，包括：地面或者隧道内壁中无遮挡的位置，所述视觉标签包含了唯一识别信息。
本发明实施例中，所述车载ATP系统将唯一识别信息与自身预存区段划分节点信息相比对，从而计算出列车当前占用区段，完成列车自主定位及完整性检查。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查系统，其特征在于，包括：列车车头定位测速单元和列车车尾定位测速单元，以及布设在轨旁的视觉标签；其中：
所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元的结构及工作过程相同，均用于采集视觉标签图像，并根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息；
所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元共同与一套车载ATP系统通信，由车载ATP系统，结合列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自计算及解析的列车速度与唯一识别信息进行列车自主定位及列车完整性检查。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查系统，其特征在于，所述列车车头定位测速单元包括：第一系统主机，与第一系统主机通信连接的第一高速图像采集装置；所述列车车尾定位测速单元包括：第二系统主机，与第二系统主机通信连接的第二高速图像采集装置；第一系统主机与第二系统主机均与车载ATP系统通信连接；其中：
所述第一高速图像采集装置与第二高速图像采集装置，用于采集视觉标签图像；
所述第一系统主机与第二系统主机，用于对视觉标签图像进行预处理，根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查系统，其特征在于，所述视觉标签布设在轨旁的特定位置，包括：地面或者隧道内壁中无遮挡的位置，且以冗余方式布设，所述视觉标签包含了唯一识别信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查系统，其特征在于，所述车载ATP系统将唯一识别信息与自身预存区段划分节点信息相比对，从而计算出列车当前占用区段，完成列车自主定位；完整性检查时，根据车头车尾拍摄的同一视觉标签图像的时间差并结合列车速度，从而计算出列车长度，进而得出列车完整性。
5.一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查方法，其特征在于，包括：
由列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自采集布设在轨旁的视觉标签图像；并根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息；
之后，由与所述列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元共同通信的车载ATP系统，结合列车车头定位测速单元与列车车尾定位测速单元各自计算及解析的列车速度与唯一识别信息进行列车自主定位及列车完整性检查。
6.根据权利要求5所述的一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查方法，其特征在于，所述列车车头定位测速单元包括：第一系统主机，与第一系统主机通信连接的第一高速图像采集装置；所述列车车尾定位测速单元包括：第二系统主机，与第二系统主机通信连接的第二高速图像采集装置；第一系统主机与第二系统主机均与车载ATP系统通信连接；其中：
所述第一高速图像采集装置与第二高速图像采集装置，用于采集视觉标签图像；
所述第一系统主机与第二系统主机，用于对视觉标签图像进行预处理，根据视觉标签图像大小变化速率测算列车速度，以及通过对视觉标签图像进行特征识别，解析出视觉标签图像中包含的唯一识别信息。
7.根据权利要求5所述的一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查方法，其特征在于，所述视觉标签布设在轨旁的特定位置，包括：地面或者隧道内壁中无遮挡的位置，所述视觉标签包含了唯一识别信息。
8.根据权利要求5所述的一种基于图像特征识别的列车自主定位测速及完整性检查方法，其特征在于，所述车载ATP系统将唯一识别信息与自身预存区段划分节点信息相比对，从而计算出列车当前占用区段，完成列车自主定位；完整性检查时，根据车头车尾拍摄的同一视觉标签图像的时间差并结合列车速度，从而计算出列车长度，进而得出列车完整性。
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