CN113608187B - 一种模拟铁路障碍物生成的方法 - Google Patents

Abstract

一种模拟铁路障碍物生成的方法，属于铁路障碍物模拟测试技术领域，包括如下步骤：步骤一、根据预设障碍物信息，确定障碍物的类型；步骤二、依据欲得到的障碍物信息生成单个障碍物数据：步骤三、依据类型进行障碍物数据整合，得到障碍物生成信息。本发明方法可大量减少测试数据的采集周期，同时也可以更全面的表现障碍物存在形态。

Description

一种模拟铁路障碍物生成的方法

技术领域

本发明属于铁路障碍物模拟测试技术领域，具体涉及一种模拟铁路障碍物生成的方法。

背景技术

随着我国铁路交通技术的蓬勃发展和覆盖率的提高，各种各样的事故也伴随而来，其中障碍物对行驶中的列车危害最大。目前国内外识别障碍物的方法多采用模板匹配法，对比数据库中的轨道轮廓来判断物体是障碍物还是线路上基础设施；以及激光雷达技术感知区域内的三维地貌变化。障碍物检测系统对障碍物进行检测，需要对障碍物检测系统的检测率、误报率、漏报率进行测试。这种测试需要对障碍物进行模拟，给检测系统提供障碍物模拟数据，目前已有的验证方式多为人工抛物，这种方式不仅测试时间长，而且得到的数据收集起来也比较困难。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种模拟铁路障碍物生成的方法，生成的数据用于对铁路障碍物检测系统进行正确率、误报率、漏报率的测试。本方法可大量减少测试数据的采集周期，同时也可以更全面的表现障碍物存在形态。

本发明采用如下技术方案：

一种模拟铁路障碍物生成的方法，包括如下步骤：

步骤一、对以往人工投放的实际障碍物进行分类及信息采集；

步骤二、依据欲得到的障碍物信息生成单个障碍物数据：

单个障碍物经雷达扫描得到障碍物信息为{雷达序列号、障碍物出现距离、方位角、投影长度}，

根据障碍物的投影长度L，距离D，方位角theta，按下式计算出半投影长度对应的角度Ψ：

Ψ＝sin^-1(L/2D)则障碍物出现的方位角范围为[theta-Ψ,theta+Ψ]；

生成单个障碍物数据包，单个障碍物数据包中方位角的范围是[0-360)，每隔α°生成一个点数据，如果障碍物存在，则对应的方位角范围内距离值设置为D，其余均设置为0；

步骤三、依据障碍物类型进行障碍物数据整合，得到障碍物生成信息。

进一步地，所述步骤一中障碍物类型按所属的雷达序列号、障碍物的数量、障碍物的投影长度、是否存在遮挡、是否间歇性消失进行分类，具体如下：

1)单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

2)单个障碍物，投影长度小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

3)单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

4)单个障碍物，投影长度小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

5)单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，间隔一定时间被遮挡1s，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，总存在时间大于报警阈值时间后，消失；

6)单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，间隔一定时间被遮挡1s，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，总存在时间小于报警阈值时间后，消失；

7)多个障碍物，不遮挡，投影长度均大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

8)多个障碍物，不遮挡，投影长度存在大于长度报警阈值和小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

9)多个障碍物，不遮挡，投影长度存在大于长度报警阈值和小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

10)多个障碍物，不遮挡，投影长度存在大于长度报警阈值和小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

11)多个障碍物，遮挡，投影长度均大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

12)多个障碍物，遮挡，投影长度存在大于长度报警阈值和小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

13)单个障碍物投影长度小于长度报警阈值，相邻的两个障碍物的总投影长度大于长度报警阈值，相邻距离小于设置距离35cm，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

14)单个障碍物投影长度小于长度报警阈值，相邻的两个障碍物的总投影长度大于长度报警阈值，相邻距离小于设置距离35cm，是出现位置不固定，存在时间内位置一直变动，持续变动时间超过报警阈值时间后，消失。

进一步地，所述步骤二中，每隔α°生成一个点数据，α°不超过350°。

进一步地，所述步骤二还包括：

在同一距离内不同角度投放障碍物时，通过设置α角度，按该角度投放障碍物；

在同一角度范围内不同距离位置处投放障碍物时，在距雷达10cm-17.5m范围内，设置一个距离增涨步幅，使其按设置的步幅位置处模拟障碍物投放。

进一步地，步骤三中，依据障碍物类型进行障碍物数据整合具体为：

1)持续存在和间隔性消失的规则

生成单个障碍物数据包，1秒内的数据为单个障碍物数据包的N次复制，时长报警阈值设置为n秒，则是对1秒内数据的n次复制；

若出现间隔性消失，出现时长为a秒，消失时长为b秒，再继续出现，则先复制障碍物数据包a×N次，然后出现b×N次全0数据包，再继续出现障碍物数据包；

2)多个障碍物遮挡的规则

多个障碍物数据包进行组合的规则如下，把各个障碍物数据包按着方位角排序，如果同一个方位角出现两个距离值，则保留距离值小的，把距离值大的删掉。

进一步地，所述N值范围为1-20。

本发明的优点与效果为：

本发明通过独立的模拟障碍物方法，取代人工抛物，对障碍物信息进行模拟生成，1秒可模拟100-1000个障碍物信息，可以更快速、准确的汇集检测信息，对系统的各项指标做精准统计验证。为检测障碍物检测系统的正确率、误报率、漏报率提供模拟信息。

附图说明

图1为本发明模拟铁路障碍物生成流程示意图；

图2为本发明实施例中模拟铁路障碍物生成流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步解释。

本发明为一种模拟铁路障碍物生成的方法，通过系统输入想要测试的障碍物类型，生成相应的雷达数据，输入给障碍物检测系统进行判断，用于统计检测系统的正确率、误报率和漏报率。

如图1所示，定义障碍物结构为{雷达序列号，障碍物距离雷达距离，障碍物方位角，障碍物强度}，障碍物模拟生成方法随机输入障碍物数量、对应障碍物信息，障碍物模拟生成方法根据输入信息首先进行单障碍物信息的生成；各障碍物数据生成以后，根据雷达特性进行滤波融合，雷达发射的是点数据，遇到障碍物就反射回来，如果一个障碍物遮挡了另一个障碍物，则被遮挡的障碍物不会被检测到。这个时候，根据障碍物距离雷达的距离，障碍物的方位角进行遮挡判断，滤掉被遮挡的障碍物数据，整合为一个多障碍物数据，最终输出一个雷达的完整一次的障碍物雷达数据。该模拟方法可以生成各种投影长度尺寸的障碍物数据，也可以模拟遮挡障碍物。把数据送入障碍物检测系统，把系统的检测结果和输入障碍物信息一起存入数据库，最后统计出正确率、误报率和漏报率。

实施例1

本发明为一种模拟铁路障碍物生成的方法，该方法主要用于模拟生成雷达扫描的障碍物信息。障碍物信息包括所属雷达序列号、障碍物距离雷达的距离、障碍物在所属雷达的方位角、障碍物的投影长度。

本发明方法在应用时，首先，根据障碍物信息，确定障碍物的类型，这个类型所指为障碍物所属的雷达序列号、障碍物的数量、障碍物的投影长度、是否存在遮挡、是否间歇性消失。分为以下14种类型。

1)单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

2)单个障碍物，投影长度小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

3)单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

4)单个障碍物，投影长度小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

5)单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，间隔一定时间(如3s)被遮挡1s，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，总存在时间大于报警阈值时间后，消失；

6)单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，间隔一定时间(如3s)被遮挡1s，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，总存在时间小于报警阈值时间后，消失；

7)多个障碍物，不遮挡，投影长度均大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

8)多个障碍物，不遮挡，投影长度有大于长度报警阈值也有小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

9)多个障碍物，不遮挡，投影长度有大于长度报警阈值也有小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

10)多个障碍物，不遮挡，投影长度有大于长度报警阈值也有小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

11)多个障碍物，遮挡，投影长度均大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

12)多个障碍物，遮挡，投影长度有大于长度报警阈值也有小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

13)单个障碍物投影长度小于长度报警阈值，但是相邻的两个障碍物(相邻距离小于设置距离35cm)的总投影长度大于长度报警阈值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

14)单个障碍物投影长度小于长度报警阈值，但是相邻的两个障碍物(相邻距离小于设置距离35cm)的总投影长度大于长度报警阈值，但是出现位置不固定，存在时间内位置一直变动，持续变动时间超过报警阈值时间后，消失。

第二步，依据障碍物信息生成单个障碍物数据。

障碍物信息{雷达序列号、障碍物出现距离、方位角、投影长度}

根据障碍物的投影长度L，距离D，方位角theta，计算障碍物出现的方位角范围，计算公式如下：

Ψ＝sin^-1(L/2D)

则障碍物出现的方位角范围为[theta-Ψ,theta+Ψ]；

单个障碍物数据包中，方位角的范围是[0-360)，每隔0.08°生成一个点数据，如果障碍物存在，则对应的方位角范围内距离值设置为D，其余均设置为0。

此处每隔0.08°生成一个点数据为一个设置举例，该度数可在350°范围内随意设置。比如想要在雷达前10米设置障碍物检测精度，如果为人为摆放障碍物，则需要在距离雷达1°、10°、20°...范围内分别投放障碍物，通过设置一个角度，则不需要在相同距离内变换角度时每次都输入信息，按该角度投放障碍物即可，减少输入的工作量。

若需验证在同一角度范围内不同距离位置处投放障碍物检验其精度，可在距雷达10cm-17.5m范围内，设置一个距离增涨步幅，使其按设置的步幅位置处模拟障碍物投放，减少每次输入不同距离的工作量。

第三步，依据类型进行障碍物数据整合。

1)持续存在和间隔性消失的规则

例如，针对类型1，生成单个障碍物数据包，1s内的数据为单个障碍物数据包的8次复制，时长报警阈值如果设置为10s，则是对1s内数据的10次复制。

如果出现间隔性消失，如出现3s，消失1s，再继续出现，则先复制障碍物数据包24次，然后出现8次全0数据包，再继续出现障碍物数据包。

2)多个障碍物遮挡的规则

多个障碍物数据包进行组合的规则如下，把各个障碍物数据包按着方位角排序，如果同一个方位角出现两个距离值，则保留距离值小的，把距离值大的删掉。

例如，如图2所示，预设障碍物类型为10，3个障碍物，依次为{0，10000，15，210}，{0，10000，45，210}，{0，10000，100，110}，依据预设障碍物信息，生成3个数据包，

{0，10000，15，210}对应的为{(0,0),(0,0),……(0,0),(10000,8.96),(10000,9.04),……(10000,21.04)，(0,0),(0,0),……(0,0)}；

{0，10000，45，210}对应的为{(0,0),(0,0),……(0,0),(10000,38.96),(10000,39.04),……(10000,51.04)，(0,0),(0,0),……(0,0)}；

{0，10000，100，110}对应的为{(0,0),(0,0),……(0,0),(10000,96.83),(10000,96.91),……(10000,103.17)，(0,0),(0,0),……(0,0)}。

3个数据包进行融合，得到雷达扫描一次得到的数据，为{(0,0),(0,0),……(0,0),(10000,8.96),(10000,9.04),……(10000,21.04)，(0,0),(0,0),……(0,0)，(10000,38.96),(10000,39.04),……(10000,51.04)，(0,0),(0,0),……(0,0)，(10000,96.83),(10000,96.91),……(10000,103.17)，(0,0),(0,0),……(0,0)}。

把合并的数据连续存储或者提供给其它程序接口，如果预设雷达扫描频率为8Hz，则把合并数据复制8次作为一秒的扫描数据。如果预设报警阈值时间为10秒，则把1秒内的数据复制大于10次，然后再输入全0数据，{(0,0),(0,0),……(0,0)}，即可。

表1为人工投放障碍物采集时间与模拟程序生成障碍物时间对比表

Claims (5)

1.一种模拟铁路障碍物生成的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、对以往人工投放的实际障碍物进行分类及信息采集；

所述步骤一中障碍物类型按所属的雷达序列号、障碍物的数量、障碍物的投影长度、是否存在遮挡、是否间歇性消失进行分类，具体如下：

1）单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

2）单个障碍物，投影长度小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

3）单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

4）单个障碍物，投影长度小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

5）单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，间隔一定时间被遮挡1s，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，总存在时间大于报警阈值时间后，消失；

6）单个障碍物，投影长度大于长度报警阈值，间隔一定时间被遮挡1s，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，总存在时间小于报警阈值时间后，消失；

7）多个障碍物，不遮挡，投影长度均大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

8）多个障碍物，不遮挡，投影长度存在大于长度报警阈值和小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

9）多个障碍物，不遮挡，投影长度存在大于长度报警阈值和小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间小于报警阈值时间后，消失；

10）多个障碍物，遮挡，投影长度均大于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

11）多个障碍物，遮挡，投影长度存在大于长度报警阈值和小于长度报警阈值，距离值范围10cm-17.5m范围内任意取值，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

12）单个障碍物投影长度小于长度报警阈值，相邻的两个障碍物的总投影长度大于长度报警阈值，相邻距离小于设置距离35cm，存在时间大于报警阈值时间后，消失；

13）单个障碍物投影长度小于长度报警阈值，相邻的两个障碍物的总投影长度大于长度报警阈值，相邻距离小于设置距离35cm，是出现位置不固定，存在时间内位置一直变动，持续变动时间超过报警阈值时间后，消失；

步骤二、依据欲得到的障碍物信息生成单个障碍物数据：

单个障碍物经雷达扫描得到障碍物信息为｛雷达序列号、障碍物出现距离、方位角、投影长度｝，

根据障碍物的投影长度L，距离D，方位角theta，按下式计算出半投影长度对应的角度Ψ：

则障碍物出现的方位角范围为[theta-Ψ,theta+Ψ]；

生成单个障碍物数据包，单个障碍物数据包中方位角的范围是[0-360），每隔α°生成一个点数据，如果障碍物存在，则对应的方位角范围内距离值设置为D，其余均设置为0；

步骤三、依据障碍物类型进行障碍物数据整合，得到障碍物生成信息。

2.根据权利要求1所述的一种模拟铁路障碍物生成的方法，其特征在于：所述步骤二中，每隔α°生成一个点数据，α°不超过350°。

3.根据权利要求1所述的一种模拟铁路障碍物生成的方法，其特征在于，所述步骤二还包括：

在同一距离内不同角度投放障碍物时，通过设置α角度，按该角度投放障碍物；

在同一角度范围内不同距离位置处投放障碍物时，在距雷达10cm-17.5m范围内，设置一个距离增涨步幅，使其按设置的步幅位置处模拟障碍物投放。

4.根据权利要求1所述的一种模拟铁路障碍物生成的方法，其特征在于步骤三中，依据障碍物类型进行障碍物数据整合具体为：

1）持续存在和间隔性消失的规则

生成单个障碍物数据包，1秒内的数据为单个障碍物数据包的N次复制，时长报警阈值设置为n秒，则是对1秒内数据的n次复制；

若出现间隔性消失，出现时长为a秒，消失时长为b秒，再继续出现，则先复制障碍物数据包a×N次，然后出现b×N次全0数据包，再继续出现障碍物数据包；

2）多个障碍物遮挡的规则

多个障碍物数据包进行组合的规则如下，把各个障碍物数据包按着方位角排序，如果同一个方位角出现两个距离值，则保留距离值小的，把距离值大的删掉。

5.根据权利要求4所述的一种模拟铁路障碍物生成的方法，其特征在于：所述N值范围为1-20。

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