CN114501737B - 一种铁路隧道照明系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁路隧道照明系统及方法，所述系统包括：列车故障检测单元，用于检测隧道内列车运行状态；手动单元，用于检测隧道内人员存在状态；中央控制单元，用于根据所述列车故障检测单元和所述手动单元的检测结果控制隧道照明灯；所述中央控制单元分别与所述列车故障检测单元和所述手动单元连接；隧道照明巡检后台，用于显示所述中央控制单元发送的数据以及隧道内状态数据；所述隧道照明巡检后台与所述中央控制单元连接。本申请提供的一种铁路隧道照明系统在既有系统上增加红外热成像人体检测功能来确定隧道内是否真正的存在人员活动，一方面可以消除误触现象，另一方面可以远程跟踪人员在隧道内的活动情况。
Description
技术领域
本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种铁路隧道照明系统及方法。
背景技术
铁路隧道照明系统具备两方面的功能，一方面为隧道巡检、施工工程提供照明，另一方面当列车故障或临时在隧道内进行停车、甚至需要紧急疏散时提供应急照明和排风，减少长时间的黑暗环境给乘客带来的心理压力。
目前铁路隧道照明系统一般采用红外对射、反射实现列车停留检测，通过按钮实现手动开、关灯，其中基于红外对射、反射的列车停留检测由于隧道内灰尘、雾气、振动导致对射错位等问题极易出现误触的情况；而基于按钮实现的开关灯也极易出现因振动误开照明，因疏忽漏关照明的情况，极大浪费电力、财力。
发明内容
本申请提供了一种铁路隧道照明系统，包括：
列车故障检测单元，用于检测隧道内列车运行状态；
手动单元，用于检测隧道内人员存在状态；
中央控制单元，用于根据所述列车故障检测单元和所述手动单元的检测结果控制隧道照明灯；所述中央控制单元分别与所述列车故障检测单元和所述手动单元连接；
隧道照明巡检后台，用于显示所述中央控制单元发送的数据以及隧道内状态数据；所述隧道照明巡检后台与所述中央控制单元连接。
优选地，所述手动单元包括：控制器、存储器、宽带电力载波模块和红外热成像传感器，其中，所述存储器、所述宽带电力载波模块和所述红外热成像传感器分别与所述控制器连接。
优选地，所述手动单元还包括：控制按钮，所述控制按钮与所述控制器连接。
优选地，所述中央控制单元包括：触摸屏、通信模块、照明输出模块和状态采集模块，其中，所述通信模块分别与所述触摸屏、所述照明输出模块、所述状态采集模块和所述隧道照明巡检后台连接。
优选地，所述触摸屏为LCD触摸屏。
优选地，所述通信模块为宽带电力载波通信模块、蓝牙通信模块或以太网模块。
优选地，所述以太网模块为4G模块。
优选地，所述列车故障检测单元包括：载波模块和超声波测距模块，其中，所述载波模块分别与所述超声波测距模块和所述隧道照明巡检后台连接。
本发明还提供了一种铁路隧道照明系统的照明方法，基于如上述中任一所述的铁路隧道照明系统实现，所述方法包括步骤：
手动单元制作人体存在模板并存储；
所述手动单元检测隧道内人员存在状态并发送给中央控制单元；
列车故障检测单元检测隧道内列车运行状态并发送给所述中央控制单元；
当所述中央控制单元判断隧道内存在人体和/或列车运行状态异常时控制隧道照明灯按照预设指令照明；
隧道照明巡检后台显示所述中央控制单元发送的数据以及隧道内状态数据。
本申请提供的一种铁路隧道照明系统在既有系统上增加红外热成像人体检测功能来确定隧道内是否真正的存在人员活动，一方面可以消除误触现象，另一方面可以远程跟踪人员在隧道内的活动情况。
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是本发明提供的一种铁路隧道照明系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一种铁路隧道照明系统的流程示意图；
图3是本发明提供的一种铁路隧道照明系统的流程示意图；
图4是本发明提供的一种铁路隧道照明系统中红外热成像传感器的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-4，在本申请实施例中，本申请提供了一种铁路隧道照明系统，包括：
列车故障检测单元，用于检测隧道内列车运行状态；
手动单元，用于检测隧道内人员存在状态；
中央控制单元，用于根据所述列车故障检测单元和所述手动单元的检测结果控制隧道照明灯；所述中央控制单元分别与所述列车故障检测单元和所述手动单元连接；
隧道照明巡检后台，用于显示所述中央控制单元发送的数据以及隧道内状态数据；所述隧道照明巡检后台与所述中央控制单元连接。
如图1-4，在本申请实施例中，本申请提供的一种铁路隧道照明系统由智能隧道照明巡检后台、中央控制单元、手动单元、列车故障检测单元构成。整个系统采用分段管理机制，从隧道入口开始计算以每个照明区间（一般1kM左右）为一段，在每段的照明电源控制箱所在硐室安装一个中央控制单元。每段中，以25m间距依次安装一台手动单元，每200m设置一台列车故障检测单元。隧道内中央控制单元、手动单元、列车故障检测单元通过宽带电力载波进行通信，由位于具备远动通道硐室的中央单元负责将整体隧道信息上传至智能隧道照明后台。
在本申请实施例中，所述手动单元包括：控制器、存储器、宽带电力载波模块和红外热成像传感器，其中，所述存储器、所述宽带电力载波模块和所述红外热成像传感器分别与所述控制器连接。
在本申请实施例中，所述手动单元还包括：控制按钮，所述控制按钮与所述控制器连接。
在本申请实施例中，所述控制器的型号为GD32F407。
在本申请实施例中，所述存储器为SPI-Flash。
在本申请实施例中，手动单元由MCU、SPIFLASH、宽带电力载波模块、1路按钮和红外热成像传感器组成。手动单元安装在隧道侧壁，距行走盖板高1.5米。其中控制器MCU的型号为GD32F407，用于负责红外热成像图像抓拍、处理、人体识别、逻辑处理等功能，宽带电力载波模块负责通信，按钮负责开灯触发，红外热成像传感器负责红外热成像图像抓取。基于现场实际使用情况，行走盖板宽度约1米，结合手动单元安装高度，红外热成像传感器选用广角、短距的型号，其分辨率为32*32像素，在15Hz时具备较高的分辨率，基于精度保证，设定传感器以4Hz扫描的频率进行测量抓取图像即可满足需求。红外热成像人体探测采用模板匹配算法，根据现场终端安装位置主要是人体肩部以上部位，基本思路是使用轮廓一定程度模糊化的模板去匹配处理后的二值化目标图像，主要分为2步：
（1）人体存在模板制作，针对人体头部不同的步行方向预设正面、左侧头、右侧头3种不同姿态，因存在距离传感器距离不定出现模板大小不能匹配，需动态调整模板大小的情况，所以为减少运算量以结合实际应用场景，人员行走的位置距热像传感器的距离为1米以内，因此每种姿态距传感器以10~100cm的距离，每10cm制作一个模板，共计30个二值化模板。原始模板依照现场安装方式，背景选用白色金属板，以便更好的区分人体前景和背景辐射，以距传感器每10cm，抓拍一次3种姿态的热像图。然后对模板进行二值化处理，进行边缘轮廓提取，得到基本模板。由于现场人体附近可能存在热能辐射会导致轮廓笼罩一层光晕使边缘呈模糊化且人脸存在差异，所以还需进一步对原始模板进行模糊化处理。本装置使用高斯分布函数构造5x5高斯模型来进行模糊化处理，使原始二值化模板的轮廓位于高斯模型中心做高斯处理，模板中轮廓边缘点及其附近点的像素值由所有目标边缘点的高斯化叠加得到轮廓边缘模糊化的目标模板。模板制作流程如图3所示。
（2）人体存在模板匹配，手动单元出厂时将目标模板下载到SPIFLASH中，每张模板32*32像素，运行时直接从SPIFLASH中读出，共计30K，一次性加载到RAM中，然后设定红外热成像传感器以4Hz的频率进行热像图刷新，MCU通过I2C读取到RAM中。本系统只对人体进行识别，且应用环境无人、无高铁的隧道内温度一般不超过25℃，有高铁快速通过时由于高铁车厢距传感器约1.2m，且高铁速度较高，传感器此时拍到的图像呈向左或向右的模糊状，整个所有像素点对应的温度值基本相同且低于30℃。而人体温度一般在33℃~37℃之间，为防止误差影响，设置热像图温度下限值为30℃。取得热像图后，通过传感器测温算法计算整图每个像素点对应的温度值，并记录最高温度值和最低温度值。首先判断热像图的最高温度值是否大于下限值30℃，最低温度值是否小于26℃，不在范围内则直接判定无人员活动，否则对像素图进行二值化处理，使用30℃为阈值，将图像中30℃以下像素的灰度置为0，以上置为255进行分割，分割背景后即可得到待匹配的二值图。分别使用各模板与待匹配的二值图进行二维矩阵展开从左上角依次进行相似度测度运算，由于可能存在衣帽、口罩、背包等物体的遮挡导致图像部分缺失，且结合现场不算复杂的使用环境，相似度在0.8以上即可认定为人体目标，置检测到人员活动标志，通过载波模块传输到各中央单元。匹配流程如图4所示。
在本申请实施例中，所述中央控制单元包括：触摸屏、通信模块、照明输出模块和状态采集模块，其中，所述通信模块分别与所述触摸屏、所述照明输出模块、所述状态采集模块和所述隧道照明巡检后台连接。
在本申请实施例中，所述触摸屏为LCD触摸屏。
在本申请实施例中，所述通信模块为宽带电力载波通信模块、蓝牙通信模块或以太网模块。
在本申请实施例中，所述以太网模块为4G模块。
在本申请实施例中，中央控制单元由宽带电力载波通信模块、触摸LCD屏、蓝牙通信模块、以太网模块（可选4G模块）、照明输出模块和状态采集模块组成。中央控制单元安装在隧道每段中照明电源控制箱所在的硐室内，在具备远动通道的硐室中通过以太网将数据信息上传到管控后台。各个区段中央控制单元通过xml配置文件识别所属区段的手动单元和列车故障检测单元的UUID，根据UUID匹配所在区段内是否具有照明触发和人员活动标志。
1）应急照明启动：当手动单元或列车故障检测单元被触发时，中央控制单元对触发位置的手动单元左右各5个进行人体探测检索，若存在5个以上终端在前10秒内均探测到人员活动，中央控制单元则进入应急照明模式，开启隧道照明、启动排风，通过载波模块通知隧道其它区段同步开启照明、排风。
2）应急照明关闭：当事故解除或巡检、施工结束，人员撤离后，各个区段中央控制单元通过检索本区段各手动单元连续10分钟以上无人员活动时，则判定应急状态解除，各区段中央控制单元主动关闭照明。应急照明也可由值班人员通过巡检管控后台进行远程关闭照明，各区段中央控制单元同步退出应急照明模式。
在本申请实施例中，智能隧道照明巡检后台一般设置在工务段检修车间，通过有线以太网或4G网络与各个隧道进行互连，实现各隧道人员活动信息显示、照明状态监视、列车故障停留位置监视、远程控制照明和各类历史事件查询等功能。
在本申请实施例中，所述列车故障检测单元包括：载波模块和超声波测距模块，其中，所述载波模块分别与所述超声波测距模块和所述隧道照明巡检后台连接。
在本申请实施例中，列车故障检测单元由载波模块和超声波测距模块组成，列车故障检测单元安装在隧道侧壁，距行走盖板高3米。超声波测距传感器具备不受灰尘、水雾影响的优点，可实测得遮挡物体距离，精确到2厘米。根据公式L/t=V，其中L为列车长度m，V为列车时速km/h，t为列车从第一次被传感器检测到离开检测范围的时间s,L和V根据要求可以进行设置，一般默认L=200，V=30,可计算出t=24。当测得列车时速≤30km/h时即t≥24s时，即判断列车处于出现故障进行降速运行乃至停车的状态，故障检测终端将故障信号传输到中央控制单元，由中央控制单元打开照明。
本发明提供了一种铁路隧道照明系统的照明方法，基于本申请所述的铁路隧道照明系统实现，所述方法包括步骤：
手动单元制作人体存在模板并存储；
所述手动单元检测隧道内人员存在状态并发送给中央控制单元；
列车故障检测单元检测隧道内列车运行状态并发送给所述中央控制单元；
当所述中央控制单元判断隧道内存在人体和/或列车运行状态异常时控制隧道照明灯按照预设指令照明；
隧道照明巡检后台显示所述中央控制单元发送的数据以及隧道内状态数据。
本申请提供的一种铁路隧道照明系统及方法在既有系统上增加红外热成像人体检测功能来确定隧道内是否真正的存在人员活动，一方面可以消除误触现象，另一方面可以远程跟踪人员在隧道内的活动情况。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.一种铁路隧道照明系统，其特征在于，包括：
列车故障检测单元，用于检测隧道内列车运行状态；
手动单元，用于检测隧道内人员存在状态；
中央控制单元，用于根据所述列车故障检测单元和所述手动单元的检测结果控制隧道照明灯；所述中央控制单元分别与所述列车故障检测单元和所述手动单元连接；
隧道照明巡检后台，用于显示所述中央控制单元发送的数据以及隧道内状态数据；所述隧道照明巡检后台与所述中央控制单元连接;
所述手动单元包括：控制器、存储器、控制按钮、宽带电力载波模块和红外热成像传感器，其中，所述存储器、所述宽带电力载波模块和所述红外热成像传感器分别与所述控制器连接，所述控制按钮与所述控制器连接;
手动单元安装在隧道侧壁，距行走盖板高1.5米,其中控制器用于负责红外热成像图像抓拍、处理、人体识别、逻辑处理，宽带电力载波模块负责通信，控制按钮负责开灯触发，红外热成像传感器负责红外热成像图像抓取,红外热成像人体探测采用模板匹配算法，使用轮廓一定程度模糊化的模板去匹配处理后的二值化目标图像，主要分为2步：
人体存在模板制作，针对人体头部不同的步行方向预设正面、左侧头、右侧头3种不同姿态，因存在距离传感器距离不定出现模板大小不能匹配，需动态调整模板大小的情况，所以为减少运算量以结合实际应用场景，人员行走的位置距热像传感器的距离为1米以内，因此每种姿态距传感器以10-100cm的距离，每10cm制作一个模板，共计30个二值化模板,原始模板依照现场安装方式，背景选用白色金属板，以便更好的区分人体前景和背景辐射，以距传感器每10cm，抓拍一次3种姿态的热像图,然后对模板进行二值化处理，进行边缘轮廓提取，得到基本模板,由于现场人体附近可能存在热能辐射会导致轮廓笼罩一层光晕使边缘呈模糊化且人脸存在差异，所以还需进一步对原始模板进行模糊化处理,使用高斯分布函数构造5x5高斯模型来进行模糊化处理，使原始二值化模板的轮廓位于高斯模型中心做高斯处理，模板中轮廓边缘点及其附近点的像素值由所有目标边缘点的高斯化叠加得到轮廓边缘模糊化的目标模板;
人体存在模板匹配，手动单元出厂时将目标模板下载到SPIFLASH中，每张模板32*32像素，运行时直接从SPIFLASH中读出，共计30K，一次性加载到RAM中，然后设定红外热成像传感器以4Hz的频率进行热像图刷新，MCU通过I2C读取到RAM中,只对人体进行识别，且应用环境无人、无高铁的隧道内温度一般不超过25℃，设置热像图温度下限值为30℃,取得热像图后，通过传感器测温算法计算整图每个像素点对应的温度值，并记录最高温度值和最低温度值,首先判断热像图的最高温度值大于下限值30℃，并且最低温度值小于等于26℃，不在范围内则直接判定无人员活动，否则对像素图进行二值化处理，使用30℃为阈值，将图像中30℃以下像素的灰度置为0，以上置为255进行分割，分割背景后即可得到待匹配的二值图,分别使用各模板与待匹配的二值图进行二维矩阵展开从左上角依次进行相似度测度运算，由于可能存在衣帽、口罩、背包等物体的遮挡导致图像部分缺失，且结合现场不算复杂的使用环境，相似度在0.8以上即可认定为人体目标，置检测到人员活动标志，通过载波模块传输到各中央单元。
2.根据权利要求1所述的铁路隧道照明系统，其特征在于，所述中央控制单元包括：触摸屏、通信模块、照明输出模块和状态采集模块，其中，所述通信模块分别与所述触摸屏、所述照明输出模块、所述状态采集模块和所述隧道照明巡检后台连接。
3.根据权利要求2所述的铁路隧道照明系统，其特征在于，所述触摸屏为LCD触摸屏。
4.根据权利要求2所述的铁路隧道照明系统，其特征在于，所述通信模块为宽带电力载波通信模块、蓝牙通信模块或以太网模块。
5.根据权利要求4所述的铁路隧道照明系统，其特征在于，所述以太网模块为4G模块。
6.根据权利要求1所述的铁路隧道照明系统，其特征在于，所述列车故障检测单元包括：载波模块和超声波测距模块，其中，所述载波模块分别与所述超声波测距模块和所述隧道照明巡检后台连接。
7.一种铁路隧道照明系统的照明方法，其特征在于，基于如权利要求1-6中任一所述的铁路隧道照明系统实现，所述方法包括步骤：
手动单元制作人体存在模板并存储；
所述手动单元检测隧道内人员存在状态并发送给中央控制单元；
列车故障检测单元检测隧道内列车运行状态并发送给所述中央控制单元；
当所述中央控制单元判断隧道内存在人体和/或列车运行状态异常时控制隧道照明灯按照预设指令照明；
隧道照明巡检后台显示所述中央控制单元发送的数据以及隧道内状态数据。
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