CN114572277A - 轨道障碍物智能识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了轨道障碍物智能识别方法，属于障碍物识别技术领域，包括：沿轨道长度方向上铺设分布式光纤，沿轨道长度方向上间隔安装多个探测仪。当障碍物掉落在轨道上并使分布式光纤状态的变化值超过预设标准时，由分布式光纤反馈位置信息，升起临近位置信息的探测仪；通过探测仪确定与障碍物的距离以及障碍物的尺寸参数。根据变化值以及尺寸参数推断出障碍物的质量，根据质量进行对应的排除工作，使探测仪复位。本发明提供的轨道障碍物智能识别方法通过分布式光纤能够及时感知障碍物，通过探测仪能够确定出与障碍物的距离、尺寸参数和质量，为障碍物的清除工作提供直观且准确的数据，保证了列车的正常运行。
Description
技术领域
本发明属于障碍物识别技术领域，更具体地说，是涉及轨道障碍物智能识别方法。
背景技术
轨道车通常是用车载视频监控系统来记录行驶时的信息，司机在行驶完成后通过存储的视频数据可进行事后的查看。为提高效率和安全性，降低能耗、减少运营维护成本和改善劳动强度，轨道车自动驾驶已成为我国铁路技术发展的内在需求，自动驾驶是铁路轨道车列控系统智能化的重要标志。
轨道交通障碍物种类不仅包括非法上道的行人、牲畜，还包括自然灾害产生的落石、树木等，因此，针对列车前方障碍物检测展开研究对确保铁路安全运输具有重要意义，传统检测轨道交通障碍物的方法主要有关键位置监控、轨道巡检和列车实时检测。上述方法耗时长、劳动强度大且检测效率低下，在列车高速度和长时间的运行情况下无法满足实时检测的要求。由于铁路线较长等原因，现有的方法无法对障碍物的形状等尺寸参数进行有效识别，导致排除工作无法快速且效率进行，给日常维保带来了诸多的麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供轨道障碍物智能识别方法，旨在解决轨道上障碍物的形状等尺寸参数无法有效识别，导致障碍物排除工作无法快速且效率进行的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供轨道障碍物智能识别方法，包括：
沿轨道长度方向上铺设分布式光纤，沿所述轨道长度方向上间隔安装多个探测仪；
当障碍物掉落在所述轨道上并使所述分布式光纤状态的变化值超过预设标准时，由所述分布式光纤反馈位置信息，升起临近所述位置信息的所述探测仪；通过所述探测仪确定与所述障碍物的距离以及所述障碍物的尺寸参数；
根据所述变化值以及所述尺寸参数推断出所述障碍物的质量，根据所述质量进行对应的排除工作，使所述探测仪复位。
在一种可能的实现方式中，所述通过所述探测仪确定与所述障碍物的距离以及所述障碍物的尺寸参数包括：
所述探测仪发出探测波，部分所述探测波接触所述障碍物后返回至所述探测仪，所述探测仪根据时间间隔确定出所述障碍物与所述探测仪的距离。
在一种可能的实现方式中，所述通过所述探测仪确定与所述障碍物的距离以及所述障碍物的尺寸参数包括：
所述探测仪中的多个发射单元用于发出并接收所述探测波；
根据接收到所述探测波的所述发射单元所占的面积初步判断出所述障碍物的外部尺寸。
在一种可能的实现方式中，多个所述发射单元相互平行设置，且所述发射单元与所述探测波一一对应。
在一种可能的实现方式中，所述升起临近所述位置信息的所述探测仪；通过所述探测仪确定与所述障碍物的距离以及所述障碍物的尺寸参数包括：
根据所述位置信息，升起位于所述位置信息两侧的所述探测仪；
两个相邻的所述探测仪相对发出所述探测波，部分所述探测波折返至所述探测仪，根据所述探测仪接收到相应所述探测波时间的不同，拟合出所述障碍物的外部轮廓和体积。
在一种可能的实现方式中，在所述拟合出所述障碍物的外部轮廓和体积之后还包括：
确定出所述障碍物的重心，由所述重心确定出所述障碍物与所述轨道之间作用力的角度；
通过所述变化值推断出所述障碍物与所述轨道之间的作用力，由所述作用力和所述角度推断出所述障碍物的质量，由所述质量和所述体积推断出所述障碍物的材质。
在一种可能的实现方式中，所述通过所述变化值推断出所述障碍物与所述轨道之间的作用力包括：
确定出在相关区域的所述分布式光纤稳态时的定值；
当所述障碍物碰撞所述轨道并稳定之后，确定出当前所述分布式光纤相应状态的检测值；
求出所述变化值也即所述检测值与所述定值的差值，根据所述变化值、所述角度和所述分布式光纤相对于所述轨道的位置，推断出所述障碍物对所述轨道的作用力。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述质量进行对应的排除工作包括：
根据所述障碍物的材质和质量，由无人机、清障车或者人工进行排除工作。
在一种可能的实现方式中，在所述根据所述质量进行对应的排除工作之后还包括：
由所述分布式光纤和卫星定位确定出列车的位置，求出所述列车距离所述障碍物的距离以及抵达所述障碍物所需的时间，进行预警。
在一种可能的实现方式中，所述探测仪包括位于所述轨道中部的主发射器和位于所述轨道两侧的辅助发射器，所述主发射器和所述辅助发射器借助推动件升起和复位。
本发明提供的轨道障碍物智能识别方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明轨道障碍物智能识别方法中沿轨道长度方向上铺设有分布式光纤和多个探测仪，当障碍物碰撞轨道之后，分布式光纤自身的状态发生变化，并在分布式光纤上的变化值超过预设标准时，通过分布式光纤反馈的位置信息升起临近位置信息的探测仪。
探测仪对障碍物的位置以及尺寸参数进行确定，并且根据变化值以及尺寸参数确定出障碍物的质量，从而完成障碍物的排除工作，最后探测仪复位。本申请中，通过分布式光纤能够及时感知障碍物，通过探测仪能够确定出与障碍物的距离、尺寸参数和质量，为障碍物的清除工作提供直观且准确的数据，保证了列车的正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的轨道障碍物智能识别方法的流程图
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明提供的轨道障碍物智能识别方法进行说明。轨道障碍物智能识别方法，包括：
沿轨道长度方向上铺设分布式光纤，沿轨道长度方向上间隔安装多个探测仪。
当障碍物掉落在轨道上并使分布式光纤状态的变化值超过预设标准时，由分布式光纤反馈位置信息，升起临近位置信息的探测仪；通过探测仪确定与障碍物的距离以及障碍物的尺寸参数。
根据变化值以及尺寸参数推断出障碍物的质量，根据质量进行对应的排除工作，使探测仪复位。
本发明提供的轨道障碍物智能识别方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明轨道障碍物智能识别方法中沿轨道长度方向上铺设有分布式光纤和多个探测仪，当障碍物碰撞轨道之后，分布式光纤自身的状态发生变化，并在分布式光纤上的变化值超过预设标准时，通过分布式光纤反馈的位置信息升起临近位置信息的探测仪。
探测仪对障碍物的位置以及尺寸参数进行确定，并且根据变化值以及尺寸参数确定出障碍物的质量，从而完成障碍物的排除工作，最后探测仪复位。本申请中，通过分布式光纤能够及时感知障碍物，通过探测仪能够确定出与障碍物的距离、尺寸参数和质量，为障碍物的清除工作提供直观且准确的数据，保证了列车的正常运行。
轨道可大致分为直线段和曲线段，一条轨道线路由多个直线段和多个曲线段组成，障碍物可能掉落在直线段或者曲线段上。当障碍物掉落在直线段时，由于光等信号波是沿直线传播的，那么通过这个特性就能够比较容易的探测出障碍物的大致尺寸，从而为后续的障碍物的清除提供非常有用的数据支持，但是当障碍物掉落在曲线段时，为了能够对障碍物的外部尺寸进行有效的识别，就需要适当延长探测仪的外部尺寸，使得探测仪能够覆盖更大的范围，从而最大程度的进行信号的覆盖。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，通过探测仪确定与障碍物的距离以及障碍物的尺寸参数包括：
探测仪发出探测波，部分探测波接触障碍物后返回至探测仪，探测仪根据时间间隔确定出障碍物与探测仪的距离。
沿轨道长度方向铺设的分布式光纤用于检测障碍物，当障碍物掉落在轨道上时，障碍物自身会撞击轨道从而使轨道产生振动，轨道的振动会传递至分布式光纤并由分布式光纤传输至接收器，接收器根据反馈的信号确定出障碍物掉落的具体位置。一旦障碍物撞击轨道，那么借助分布式光纤的特性即可初步确定障碍物出现的大致位置，接下来就是对障碍物的具体尺寸参数的确定。
传统的轨道的巡检需要借助摄像头的拍摄、人工的巡检和检测车等，但是以上方法均会耗费大量的人力物力，经济效益较差。本申请中为了对障碍物的大致尺寸进行探测，因此沿轨道长度方向上设置多个探测仪。探测仪发出的信号如果没有接触障碍物那么会继续向前运动，而当探测发出的信号接触障碍物时时部分信号会返回并由探测仪接收，根据探测仪接收信号的面积从而确定出在一个方向上障碍物的大小。
需要特别指出的是，为了能够精确测量障碍物的外部尺寸，可在探测仪上安装有多个发射单元，每个发射单元不仅可能发出探测信号而且可以接收反射回的信号，并且一个探测仪上的发射单元的数量应尽可能的多。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，通过探测仪确定与障碍物的距离以及障碍物的尺寸参数包括：
探测仪中的多个发射单元用于发出并接收探测波。
根据接收到探测波的发射单元所占的面积初步判断出障碍物的外部尺寸。
当障碍物撞击轨道时，分布式光纤能够知晓障碍物的大致位置，但是由于信号在分布式光纤传输过程中的衰减，可能导致最终确定的距离存在偏差，为了解决这个问题，需要借助位于分布式光纤状态改变的一侧的探测仪来确定障碍物距离探测仪的位置，由于探测仪位置已经确定，因此可以得到障碍物的准确位置。
沿轨道长度方向上间隔设置有多个探测仪，障碍物掉落在轨道上时，必然会位于探测仪的一侧，探测仪均朝向一个方向设置，因此需要借助控制器启动相应的探测仪并使其升起，升起后的探测仪发出探测波等信号对障碍物进行检测。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，多个发射单元相互平行设置，且发射单元与探测波一一对应。一个发射单元仅能够发射和接收对应的探测波，保证对障碍物外观尺寸的探测的精确。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，升起临近位置信息的探测仪；通过探测仪确定与障碍物的距离以及障碍物的尺寸参数包括：
根据位置信息，升起位于位置信息两侧的探测仪。
两个相邻的探测仪相对发出探测波，部分探测波折返至探测仪，根据探测仪接收到相应探测波时间的不同，拟合出障碍物的外部轮廓和体积。
当分布式光纤确定障碍物的大致位置之后，由控制器启动相应一侧的探测仪，探测仪根据信号返回的时间间隔确定出障碍物的准确位置，并且根据返回的信号占总发射信号的面积确定出障碍物在某一个方向的最大横截面。
探测仪上安装有多个发射单元，当一个发射单元发射的信号接触障碍物并返回之后将相应的发射单元设定为1，当一个发射单元发射的信号未接触障碍物使得信号无法返回时将相应的发射单元设定为0，在检测完成之后将所有设定为1的发射单元进行提取，根据提取的发射单元实际占总的发射单元的面积即可确定出障碍物在某一个方向的最大截面积，而通过周围的环境信息以及求出的截面积即可大致推断出障碍物的类型以及可能的材质。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，在拟合出障碍物的外部轮廓和体积之后还包括：
确定出障碍物的重心，由重心确定出障碍物与轨道之间作用力的角度。
通过变化值推断出障碍物与轨道之间的作用力，由作用力和角度推断出障碍物的质量，由质量和体积推断出障碍物的材质。
本申请中旨在取代人工以及工具循环且往复的巡检，为了能够确定障碍物的体积以及大致的形状，因此探测仪上设置有两个发射面，每个发射面上均安装有多个发射单元。当障碍物掉落在轨道上时，障碍物必然会处于两个探测仪之间，两个相应的探测仪均升起相应的高度，然后朝向对方发射信号。一侧的探测单元用于检测一侧的障碍物，此时探测仪同时向相对的探测仪发出信号，信号接触障碍物的不同物质，由于障碍物本身有一定的体积，这就使得返回至探测仪的信号时间存在差异，根据探测仪接收到的信号的先后顺序，即可模拟出障碍物一侧的形状，通过两个探测仪即可确定出障碍物大致外部轮廓。
位于障碍物两侧的探测仪发出的信号均接触到障碍物，将两侧的探测仪所反馈的信息汇总，从而能够获得障碍物大致外部轮廓，而知道外部轮廓之后对障碍物材质以及重量的分析提供了非常直观的数据支持。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，通过变化值推断出障碍物与轨道之间的作用力包括：
确定出在相关区域的分布式光纤稳态时的定值。
当障碍物碰撞轨道并稳定之后，确定出当前分布式光纤相应状态的检测值；
求出变化值也即检测值与定值的差值，根据变化值、角度和分布式光纤相对于轨道的位置，推断出障碍物对轨道的作用力。
在轨道处于正常状态时，此时沿轨道长度方向设置的分布式光纤处于一个定值，该定值是轨道未受到冲击以及振动时的状态。当障碍物撞击轨道时，分布式光纤自身的状态会发生一定的改变，此时可表现为压力以及振动，当障碍物停靠在轨道上或者一侧时，分布式光纤的相应位置会稳定在一个检测值。
当两侧的探测仪确定出障碍物的大致轮廓后通过上位机等的计算能够确定出障碍物的重心，而重心确定之后即可知道轨道对障碍物的支撑力方向，根据分布式光纤上检测值以及定值之间的插值能够大致确定出此时障碍物对轨道的作用力，最后根据物理的三力平衡原理，就可以大致求出障碍物的重量，障碍物重量确定之后即可方便障碍物的排除工作。
由于信号在分布式光纤传输过程中存在衰减，因此最终确定的障碍物的质量的大小可能与实际存在偏差，因此在确定了障碍物的外部轮廓之后，可通过障碍物的外部形状以及对轨道的作用力大致推算出障碍物的类型，然后对拟合出的质量进行校核。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，根据质量进行对应的排除工作包括：
根据障碍物的材质和质量，由无人机、清障车或者人工进行排除工作。
本申请中通过分布式光纤能够在障碍物出现时及时的进行感知，沿轨道长度向上排布的多个探测仪用于对障碍物的外部尺寸进行探测，从而对障碍物的质量进行大致的推算。
当障碍物质量较小时，根据分布式光纤反馈的信息借助无人机等相关的设备即可完成障碍物的清除工作，此时可在无人机上安装抓取机构，抓取机构远程控制从而完成障碍物的抓取。当障碍物质量较大时，此时可派出巡检清障车进行排除工作，也可由巡检人员进行相应的处理。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，在根据质量进行对应的排除工作之后还包括：
由分布式光纤和卫星定位确定出列车的位置，求出列车距离障碍物的距离以及抵达障碍物所需的时间，进行预警。
分布式光纤能够确定出障碍物的大致位置，从而用于启动位于障碍物两侧的探测仪，探测仪通过发出的信号能够准确探测出障碍物相对于探测仪的距离，由于每个探测仪都有一个位置信息，因此能够确定出障碍物相对于轨道的具体位置。在确定了障碍物的具体位置之后，由于列车行驶在轨道上时分布式光纤同样会受到压力的作用，通过分布式光纤状态的变化或者基于列车的卫星定位能够计算出列车与障碍物的实际距离，从而计算出列车到达障碍物处时的时间，提高了列车行驶过程中的安全性。
在本申请提供的轨道障碍物智能识别方法的一些实施例中，探测仪包括位于轨道中部的主发射器和位于轨道两侧的辅助发射器，主发射器和辅助发射器借助推动件升起和复位。
如果探测仪仅采用一个体积较小的构件，此时多个发射单元沿探测仪的周向间隔排布，虽然此种探测仪能够完成障碍物的探测工作，但是由于探测仪发出的信号为扇形排布，这就导致探测仪无法有效对障碍物的外部形状进行的识别。本申请中的探测仪包括主发射器和两个辅助发射器，主发射器位于轨道的中部，而两个辅助发射器位于轨道的两侧，在主发射器和辅助发射器上均安装有多个发射单元。
当分布式光纤的状态发生改变时，分布式光纤通过相应的控制器控制位于障碍物两侧的两个探测仪上升，此时主发射器和两个辅助发射器均上升，探测仪上升可由底部安装的气缸或者液压缸完成动作，主发射器和辅助发射器上升一定的高度之后其顶面高于轨道的顶面。探测仪中的发射单元相互平行设置，用于平行发射探测波。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，包括：
沿轨道长度方向上铺设分布式光纤，沿所述轨道长度方向上间隔安装多个探测仪；
当障碍物掉落在所述轨道上并使所述分布式光纤状态的变化值超过预设标准时，由所述分布式光纤反馈位置信息，升起临近所述位置信息的所述探测仪；通过所述探测仪确定与所述障碍物的距离以及所述障碍物的尺寸参数；
根据所述变化值以及所述尺寸参数推断出所述障碍物的质量，根据所述质量进行对应的排除工作，使所述探测仪复位。
2.如权利要求1所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，所述通过所述探测仪确定与所述障碍物的距离以及所述障碍物的尺寸参数包括：
所述探测仪发出探测波，部分所述探测波接触所述障碍物后返回至所述探测仪，所述探测仪根据时间间隔确定出所述障碍物与所述探测仪的距离。
3.如权利要求2所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，所述通过所述探测仪确定与所述障碍物的距离以及所述障碍物的尺寸参数包括：
所述探测仪中的多个发射单元用于发出并接收所述探测波；
根据接收到所述探测波的所述发射单元所占的面积初步判断出所述障碍物的外部尺寸。
4.如权利要求3所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，多个所述发射单元相互平行设置，且所述发射单元与所述探测波一一对应。
5.如权利要求2所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，所述升起临近所述位置信息的所述探测仪；通过所述探测仪确定与所述障碍物的距离以及所述障碍物的尺寸参数包括：
根据所述位置信息，升起位于所述位置信息两侧的所述探测仪；
两个相邻的所述探测仪相对发出所述探测波，部分所述探测波折返至所述探测仪，根据所述探测仪接收到相应所述探测波时间的不同，拟合出所述障碍物的外部轮廓和体积。
6.如权利要求5所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，在所述拟合出所述障碍物的外部轮廓和体积之后还包括：
确定出所述障碍物的重心，由所述重心确定出所述障碍物与所述轨道之间作用力的角度；
通过所述变化值推断出所述障碍物与所述轨道之间的作用力，由所述作用力和所述角度推断出所述障碍物的质量，由所述质量和所述体积推断出所述障碍物的材质。
7.如权利要求6所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，所述通过所述变化值推断出所述障碍物与所述轨道之间的作用力包括：
确定出在相关区域的所述分布式光纤稳态时的定值；
当所述障碍物碰撞所述轨道并稳定之后，确定出当前所述分布式光纤相应状态的检测值；
求出所述变化值也即所述检测值与所述定值的差值，根据所述变化值、所述角度和所述分布式光纤相对于所述轨道的位置，推断出所述障碍物对所述轨道的作用力。
8.如权利要求1所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，所述根据所述质量进行对应的排除工作包括：
根据所述障碍物的材质和质量，由无人机、清障车或者人工进行排除工作。
9.如权利要求1所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，在所述根据所述质量进行对应的排除工作之后还包括：
由所述分布式光纤和卫星定位确定出列车的位置，求出所述列车距离所述障碍物的距离以及抵达所述障碍物所需的时间，进行预警。
10.如权利要求1所述的轨道障碍物智能识别方法，其特征在于，所述探测仪包括位于所述轨道中部的主发射器和位于所述轨道两侧的辅助发射器，所述主发射器和所述辅助发射器借助推动件升起和复位。
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| CN114572277B (zh) | 2023-01-03 |
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