CN114379611A - 一种货运列车行车障碍预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种货运列车行车障碍预警方法及系统，涉及行车预警技术领域，包括图像获取模块、数据整理模块、行车分析模块和雷达模块；数据整理模块用于对图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息；行车分析模块用于获取云平台存储的期望行驶路线并结合货运列车的实时位姿信息对货运列车的偏离值作出分析；数据整理模块还用于获取雷达模块监测到的四周障碍物距离信息并结合图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物，若存在障碍物，则控制器自动对货运列车的发动机限速或制动，降低碰撞风险，提高车辆行驶的安全性。

Description

一种货运列车行车障碍预警方法及系统

技术领域

本发明涉及行车预警技术领域，具体是一种货运列车行车障碍预警方法及系统。

背景技术

随着社会的进步、经济的快速发展，人们的生活水平日益提高，在城市道路服务设施大大改善的同时，车辆剧增，交通拥挤加剧，交通事故频发，城市居民生活质量和满意度下降，城市的可持续发展受到制约，交通问题越来越成为一个社会的热点问题，迫切需要系统地研究并提出解决的途径；

同时，由于道路交通异常情况，例如阻塞、事故而导致的道路上存在障碍物，从而引发的道路交通事故，也成为一个影响交通安全的重大问题；因此对于交通的管理需要做到及时准确，尽可能向驾驶员发送交通管理信息，另一方面，驾驶员需要对实际的行车状况有所了解，才能更好的完成行车预警。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种货运列车行车障碍预警方法及系统。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种货运列车行车障碍预警系统，包括路线规划模块、图像获取模块、数据整理模块、行车分析模块和雷达模块；

所述路线规划模块用于获取货运列车的起始地和终点地，以确定货运列车的期望行驶路线，并将期望行驶路线上传至云平台存储；

所述数据整理模块用于对图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息，并将位姿信息传输至行车分析模块；

所述行车分析模块用于获取云平台存储的期望行驶路线并结合货运列车的实时位姿信息对货运列车的偏离值作出分析，若偏离值大于预设偏离阈值，则判定货运列车发生车道偏离，生成预警信号；

所述数据整理模块还用于获取雷达模块监测到的四周障碍物距离信息并结合图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物。

进一步地，所述行车分析模块的具体分析步骤为：

获取货运列车实时位置的坐标(Xi，Yi)，将期望行驶路线上与点(Xi，Yi)距离最近的点标记为参考点(Xi',Yi')；将参考点(Xi',Yi')与点(Xi，Yi)的距离标记为验证距离L，其中L＝[(Xi-Xi')²+(Yi-Yi')²]^1/2；

将期望行驶路线在参考点处的切线与货运列车当前航向角的夹角标记为偏离角度θ，将货运列车的实时速度标记为Vi，将实时加速度标记为VTi；

利用公式PL＝L×a1+θ×a2+Vi×a3+VTi×a4计算得到货运列车的偏离值PL，其中a1、a2、a3、a4均为系数因子。

进一步地，所述行车分析模块用于将预警信号发送至控制器，所述控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，并至少在一个车辆仪表盘图像帧中标识预警信息，提醒驾驶员货运列车发生了车道偏离，需要采取措施回归期望行驶路线。

进一步地，所述图像获取模块用于获取货运列车行驶过程中多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧，其中，各所述车辆前方道路图像帧和各所述车辆仪表盘图像帧均具有其各自对应的采集时间点；所述雷达模块由激光雷达和超声波雷达组成，用于实时监测货运列车四周障碍物的距离信息并将距离信息传输至数据整理模块。

进一步地，所述数据整理模块的具体分析步骤为：

将障碍物的实时距离标记为Li；建立实时距离随时间变化的曲线图，根据实时距离信息的变化情况将曲线图分割为上升阶段、静止阶段和下降阶段；

当实时距离Li处于下降阶段时，若Li≤第一距离阈值时，则表示行驶路线上存在障碍物，生成提醒信号；所述数据整理模块用于将提醒信号传输至控制器，控制器接收到提醒信号后控制报警模块发出警报，并自动对货运列车的发动机限速。

进一步地，当报警模块发出警报后，继续观察实时距离随时间变化的曲线图，若实时距离Li仍处于下降阶段，当Li≤第二距离阈值时，则生成制动信号，其中第二距离阈值＜第一距离阈值；控制器接收到制动信号后对货运列车的发动机进行制动，以使货运列车停止运行。

进一步地，所述数据整理模块的具体分析步骤还包括：

获取障碍物的实时距离信息并结合车辆前方道路图像帧，判断障碍物类型，所述障碍物类型包括人、车辆以及其他障碍物；

根据障碍物类型，从映射关系表中获取对应的安全距离阈值，所述安全距离阈值包括第一距离阈值和第二距离阈值；其中数据库中存储有障碍物类型和安全距离阈值的映射关系表。

进一步地，一种货运列车行车障碍预警方法，包括如下步骤：

步骤一：获取货运列车行驶过程中多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧并进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息；

步骤二：根据货运列车的实时位姿信息并结合云平台存储的期望行驶路线对货运列车的偏离值作出分析，若偏离值大于预设偏离阈值，则判定货运列车发生车道偏离，生成预警信号，控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，并至少在一个车辆仪表盘图像帧中标识预警信息；

步骤三：获取雷达模块监测到的四周障碍物距离信息并结合多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物；具体为：

获取障碍物的实时距离信息并结合车辆前方道路图像帧，判断障碍物类型；根据障碍物类型，从映射关系表中获取对应的安全距离阈值；

建立实时距离信息Li随时间变化的曲线图，当实时距离处于下降阶段时，若Li≤第一距离阈值，则表示行驶路线上存在障碍物，生成提醒信号；控制器接收到提醒信号后控制报警模块发出警报，并自动对货运列车的发动机限速；

步骤四：当报警模块发出警报后，继续观察实时距离信息Li随时间变化的曲线图，若实时距离Li仍处于下降阶段，当Li≤第二距离阈值时，生成制动信号，控制器接收到制动信号后对货运列车的发动机进行制动，以使货运列车停止运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中数据整理模块用于对图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息，行车分析模块用于获取云平台存储的期望行驶路线并结合货运列车的实时位姿信息对货运列车的偏离值作出分析，若偏离值大于预设偏离阈值，则判定货运列车发生车道偏离，生成预警信号；控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，并至少在一个车辆仪表盘图像帧中标识预警信息，提醒驾驶员货运列车发生了车道偏离，提高车辆行驶的安全性；

2、本发明中数据整理模块还用于获取雷达模块监测到的四周障碍物距离信息并结合多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物；若行驶路线上存在障碍物，则生成提醒信号，控制器接收到提醒信号后控制报警模块发出警报，并自动对货运列车的发动机限速，使货运列车移动速度自动下降，降低碰撞风险；当报警模块发出警报后，若实时距离Li仍处于下降阶段，当Li≤第二距离阈值时，则生成制动信号，控制器接收到制动信号后对货运列车的发动机进行制动，起到了预防碰撞和紧急制动作用，进一步提高车辆行驶的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的附图。

图1为本发明一种货运列车行车障碍预警系统的原理框图。

图2为本发明一种货运列车行车障碍预警方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示，一种货运列车行车障碍预警系统，包括路线规划模块、图像获取模块、数据整理模块、行车分析模块、控制器和雷达模块；

路线规划模块用于获取货运列车的起始地和终点地，以确定货运列车的期望行驶路线，并将确定的期望行驶路线上传至云平台存储；

图像获取模块用于获取货运列车行驶过程中多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧，其中，各车辆前方道路图像帧和各车辆仪表盘图像帧均具有其各自对应的采集时间点；

数据整理模块与图像获取模块相连接，用于对图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息，并将位姿信息传输至行车分析模块，位姿信息包括位置信息、加速度、速度以及航向角；

行车分析模块用于获取云平台存储的期望行驶路线并结合货运列车的实时位姿信息对货运列车的偏离值作出分析，具体分析步骤为：

S11：获取货运列车实时位置的坐标(Xi，Yi)；将点(Xi，Yi)标记为验证点；获取期望行驶路线中与货运列车实时位置对应的参考点，将参考点坐标标记为(Xi'，Yi')；其中参考点的获取准则为：获取期望行驶路线中与点(Xi，Yi)若干不重合的对应点，计算对应点与参考点的距离，将最近距离的对应点标记为参考点；则验证距离L＝[(Xi-Xi')²+(Yi-Yi')²]^1/2；

S12：获取货运列车与期望行驶路线的偏离角度θ，具体步骤包括：

获取期望行驶路线在参考点处的切线，该切线与货运列车当前航向角的夹角即为此时货运列车的偏离角度θ；

S13：将货运列车当前速度标记为Vi，将货运列车当前加速度标记为VTi；

将验证距离、偏离角度、速度和加速度进行归一化处理并取其数值，利用公式PL＝L×a1+θ×a2+Vi×a3+VTi×a4计算得到货运列车的偏离值PL，其中a1、a2、a3、a4均为系数因子；

S14：将偏离值PL与预设偏离阈值相比较；若PL≥预设偏离阈值，则判定货运列车发生车道偏离，生成预警信号，并将预警信号发送至控制器；

控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，并至少在一个车辆仪表盘图像帧中标识预警信息，提醒驾驶员货运列车发生了车道偏离，需要采取措施回归期望行驶路线；

雷达模块由激光雷达和超声波雷达组成，用于实时监测货运列车四周障碍物的距离信息并将距离信息传输至数据整理模块，数据整理模块用于接收距离信息并结合图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物，具体分析步骤为：

S1：获取障碍物的实时距离信息并结合车辆前方道路图像帧，判断障碍物类型，障碍物类型包括人、车辆以及其他障碍物等；

S2：根据障碍物类型，从映射关系表中获取对应的安全距离阈值，安全距离阈值包括第一距离阈值和第二距离阈值；数据库中存储有障碍物类型和安全距离阈值的映射关系表；

S3：将障碍物的实时距离标记为Li；建立实时距离信息随时间变化的曲线图，并标记为障碍物距离曲线图；根据实时距离的变化情况将障碍物距离曲线图分割为上升阶段、静止阶段和下降阶段；

当实时距离Li处于下降阶段，当Li≤第一距离阈值时，则表示行驶路线上存在障碍物，生成提醒信号；

数据整理模块用于将提醒信号传输至控制器，控制器接收到提醒信号后控制报警模块发出警报，提醒驾驶员行驶路线上有障碍物，需要小心驾驶并采取必要的规避措施，同时控制器自动对货运列车的发动机限速，使货运列车移动速度自动下降，降低碰撞风险；

数据整理模块还包括：当报警模块发出警报后，继续观察障碍物距离曲线图，若实时距离Li仍处于下降阶段，则表示驾驶员没有采取必要的规避措施或规避措施效果不佳，这时存在潜在碰撞危险；当Li≤第二距离阈值时，则生成制动信号，其中第二距离阈值＜第一距离阈值；

数据整理模块用于将制动信号传输至控制器，控制器接收到制动信号后对货运列车的发动机进行制动，以使货运列车停止运行，起到了预防碰撞和紧急制动作用，防止货运列车运行时发生安全事故；

一种货运列车行车障碍预警方法，包括如下步骤：

步骤一：获取货运列车行驶过程中多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧并进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息；

步骤二：根据货运列车的实时位姿信息并结合云平台存储的期望行驶路线对货运列车的偏离值作出分析，具体为：

获取货运列车实时位置的坐标(Xi，Yi)，将期望行驶路线上与(Xi，Yi)距离最近的点标记为参考点(Xi'，Yi')，则令L＝[(Xi-Xi')²+(Yi-Yi')²]^1/2；

将期望行驶路线在参考点处的切线与货运列车当前航向角的夹角标记为偏离角度θ，将货运列车当前速度标记为Vi，当前加速度标记为VTi；利用公式PL＝L×a1+θ×a2+Vi×a3+VTi×a4计算得到货运列车的偏离值PL；

若PL≥预设偏离阈值，则判定货运列车发生车道偏离，生成预警信号，控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，并至少在一个车辆仪表盘图像帧中标识预警信息；

步骤三：获取雷达模块监测到的四周障碍物距离信息并结合多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物；具体为：

获取障碍物的实时距离信息并结合车辆前方道路图像帧，判断障碍物类型；根据障碍物类型，从映射关系表中获取对应的安全距离阈值；

建立实时距离信息Li随时间变化的曲线图，当实时距离处于下降阶段时，若Li≤第一距离阈值，则表示行驶路线上存在障碍物，生成提醒信号；

控制器接收到提醒信号后控制报警模块发出警报，并自动对货运列车的发动机限速，使货运列车移动速度自动下降，降低碰撞风险；

在本实施例中，还包括：当报警模块发出警报后，继续观察实时距离信息Li随时间变化的曲线图，若实时距离Li仍处于下降阶段，当Li≤第二距离阈值时，生成制动信号，控制器接收到制动信号后对货运列车的发动机进行制动，以使货运列车停止运行。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

一种货运列车行车障碍预警方法及系统，在工作时，路线规划模块用于获取货运列车的起始地和终点地，以确定货运列车的期望行驶路线，数据整理模块用于对图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息，行车分析模块用于获取云平台存储的期望行驶路线并结合货运列车的实时位姿信息对货运列车的偏离值作出分析，若偏离值大于预设偏离阈值，则判定货运列车发生车道偏离，生成预警信号；控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，并至少在一个车辆仪表盘图像帧中标识预警信息，提醒驾驶员货运列车发生了车道偏离；

数据整理模块用于获取雷达模块监测到的四周障碍物距离信息并结合多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物；当实时距离Li处于下降阶段，若Li≤第一距离阈值时，则表示行驶路线上存在障碍物，生成提醒信号；控制器接收到提醒信号后控制报警模块发出警报，并自动对货运列车的发动机限速；当报警模块发出警报后，若实时距离Li仍处于下降阶段，当Li≤第二距离阈值时，则生成制动信号，控制器接收到制动信号后对货运列车的发动机进行制动，以使货运列车停止运行，降低碰撞风险，提高车辆行驶的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种货运列车行车障碍预警系统，其特征在于，包括路线规划模块、图像获取模块、数据整理模块、行车分析模块和雷达模块；

所述路线规划模块用于获取货运列车的起始地和终点地，以确定货运列车的期望行驶路线，并将期望行驶路线上传至云平台存储；

所述数据整理模块用于对图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息，并将位姿信息传输至行车分析模块；

所述行车分析模块用于获取云平台存储的期望行驶路线并结合货运列车的实时位姿信息对货运列车的偏离值作出分析，若偏离值大于预设偏离阈值，则判定货运列车发生车道偏离，生成预警信号；

所述数据整理模块还用于获取雷达模块监测到的四周障碍物距离信息并结合图像获取模块获取的多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物。

2.根据权利要求1所述的一种货运列车行车障碍预警系统，其特征在于，所述行车分析模块的具体分析步骤为：

获取货运列车实时位置的坐标(Xi，Yi)，将期望行驶路线上与点(Xi，Yi)距离最近的点标记为参考点(Xi',Yi')；将参考点(Xi',Yi')与点(Xi，Yi)的距离标记为验证距离L，其中L＝[(Xi-Xi')²+(Yi-Yi')²]^1/2；

将期望行驶路线在参考点处的切线与货运列车当前航向角的夹角标记为偏离角度θ，将货运列车的实时速度标记为Vi，将实时加速度标记为VTi；

利用公式PL＝L×a1+θ×a2+Vi×a3+VTi×a4计算得到货运列车的偏离值PL，其中a1、a2、a3、a4均为系数因子。

3.根据权利要求1所述的一种货运列车行车障碍预警系统，其特征在于，所述行车分析模块用于将预警信号发送至控制器，所述控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，并至少在一个车辆仪表盘图像帧中标识预警信息，提醒驾驶员货运列车发生了车道偏离，需要采取措施回归期望行驶路线。

4.根据权利要求1所述的一种货运列车行车障碍预警系统，其特征在于，所述图像获取模块用于获取货运列车行驶过程中多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧，其中，各所述车辆前方道路图像帧和各所述车辆仪表盘图像帧均具有其各自对应的采集时间点；所述雷达模块由激光雷达和超声波雷达组成，用于实时监测货运列车四周障碍物的距离信息并将距离信息传输至数据整理模块。

5.根据权利要求1所述的一种货运列车行车障碍预警系统，其特征在于，所述数据整理模块的具体分析步骤为：

将障碍物的实时距离标记为Li；建立实时距离随时间变化的曲线图，根据实时距离信息的变化情况将曲线图分割为上升阶段、静止阶段和下降阶段；

当实时距离Li处于下降阶段时，若Li≤第一距离阈值时，则表示行驶路线上存在障碍物，生成提醒信号；所述数据整理模块用于将提醒信号传输至控制器，控制器接收到提醒信号后控制报警模块发出警报，并自动对货运列车的发动机限速。

6.根据权利要求5所述的一种货运列车行车障碍预警系统，其特征在于，当报警模块发出警报后，继续观察实时距离随时间变化的曲线图，若实时距离Li仍处于下降阶段，当Li≤第二距离阈值时，则生成制动信号，其中第二距离阈值＜第一距离阈值；控制器接收到制动信号后对货运列车的发动机进行制动，以使货运列车停止运行。

7.根据权利要求6所述的一种货运列车行车障碍预警系统，其特征在于，所述数据整理模块的具体分析步骤还包括：

获取障碍物的实时距离信息并结合车辆前方道路图像帧，判断障碍物类型，所述障碍物类型包括人、车辆以及其他障碍物；

根据障碍物类型，从映射关系表中获取对应的安全距离阈值，所述安全距离阈值包括第一距离阈值和第二距离阈值；其中数据库中存储有障碍物类型和安全距离阈值的映射关系表。

8.一种货运列车行车障碍预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：获取货运列车行驶过程中多个车辆前方道路图像帧和多个车辆仪表盘图像帧并进行整理，得到货运列车行驶过程中的实时位姿信息；

步骤二：根据货运列车的实时位姿信息并结合云平台存储的期望行驶路线对货运列车的偏离值作出分析，判断货运列车是否发生车道偏离；

步骤三：获取雷达模块监测到的四周障碍物距离信息并结合多个车辆前方道路图像帧进行分析，判断行驶路线上是否存在障碍物；具体为：

获取障碍物的实时距离信息并结合车辆前方道路图像帧，判断障碍物类型；根据障碍物类型，从映射关系表中获取对应的安全距离阈值；

建立实时距离信息Li随时间变化的曲线图，当实时距离处于下降阶段时，若Li≤第一距离阈值，则表示行驶路线上存在障碍物，生成提醒信号；控制器接收到提醒信号后控制报警模块发出警报，并自动对货运列车的发动机限速；

步骤四：当报警模块发出警报后，继续观察实时距离信息Li随时间变化的曲线图，若实时距离Li仍处于下降阶段，当Li≤第二距离阈值时，生成制动信号，控制器接收到制动信号后对货运列车的发动机进行制动，以使货运列车停止运行。

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