CN114929549A - 用于自主监测平交道口的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自主监测平交道口的设备，平交道口形成第一铁路线和第二路之间的交叉口。该监测设备包括：‑视频记录单元，包括至少三个监测单元，每个监测单元配备有可见光相机和红外相机，‑数字处理单元，其被配置为实时接收和处理由视频记录单元传送的视频记录序列，以及‑警告单元，其被配置为触发涉及在铁路线上移动的轨道车辆的碰撞风险的警告。

Description

用于自主监测平交道口的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于监测由限制性运输路线与道路或人行道之间的交叉点形成的平交道口的设备和方法。

背景技术

本发明尤其可以应用于包括平交道口的轨道网络，所述平交道口表示铁路线和道路或人行道之间的交叉口，其中涉及在铁路线上移动的轨道车辆的碰撞风险是相当大的。这种碰撞风险通常存在于未采用任何设备的未受保护的平交道口，例如屏障防护装置，其能够在与轨道车辆通过相对应的时间间隔期间阻止进入铁路线。用于控制进入铁路线的设备传统地配备有信号灯、屏障防护装置和铃。然而，这种设备的安装和维护成本很高。此外，它们的使用通常仅限于具有高水平轨道和公路交通的平交道口。使用此类设备降低碰撞风险，但无法将其消除，例如在道路车辆或行人被卡在屏障防护装置之间的情况下。

无论是涉及受保护的平交道口，即装有屏障防护装置的平交道口，还是未受保护的平交道口，准备通过它的轨道车辆通常不知道这种平交道口的状态。轨道车辆在制动距离方面的机动空间随着其接近平交道口而减小。已知的做法是为平交道口配备连接到数据网络的视频监测系统，该视频监测系统能够将平交道口的瞬时状态上传到处理中心。例如，专利申请CN108749862 A提出了一种视频监测系统，其用于触发装有屏障防护装置的平交道口的打开和关闭。现有技术中提出的基于视频监测的解决方案一般只适用于由屏障防护装置保护的平交道口，并且需要建立远程处理中心来处理由监测相机传送的视频。但是，发送这样的视频内容需要高传输速率和低延时，这在目前的数据网络中并不能得到保证。

此外，未防护的平交道口通常不具有就轨道车辆的接近警告道路车辆和/或行人的手段。轨道车辆的接近仅在短距离处在视觉或听觉上是可感知的，由于轨道车辆的高速移动以及道路车辆或行人必须做出反应的时间不足，这通常造成不可避免的碰撞。例如，对于在距离平交道口50米处感知到的以160公里/小时的速度移动的轨道车辆，平交道口的占用者只有2秒的时间做出反应。在没有专用设备的情况下，对轨道车辆接近的感知高度依赖于天气条件、照明水平、噪声污染水平等。已知的做法是在靠近铁路线的地方以及平交道口的任一侧使用信标，以便检测轨道车辆的存在并触发轨道车辆接近的警告。这种警告可能会通过可听信号或信号灯出现在平交道口附近。这种解决方案的实施和维护成本很高。此外，由于采用的各种电子元件寿命短且对天气条件的抵抗力低，因此它们的故障率通常很高。

因此，需要一种用于监测平交道口的改进设备和方法，其能够检测轨道车辆的接近并能够警告靠近平交道口的道路车辆和/或行人。

第一篇文献[US2014/339374]公开了一种用于监测平交道口的系统。第二篇文献[US2014/218482]公开了一种能够检测轨道车辆接近平交道口的侦察系统。

发明内容

-本发明提供一种用于平交道口的自主监测设备，平交道口形成第一铁路线和第二路之间的交叉口。有利地，该设备包括：

-包括至少三个监测单元的视频记录单元，每个监测单元配备有可见光相机和红外相机，

-数字处理单元，其被配置为实时接收和处理由视频记录单元传送的视频记录序列，以及

-警告单元，其被配置为触发涉及在铁路线上移动的轨道车辆的碰撞风险的警告。

在一个实施例中，自主监测设备可以包括警告单元，该警告单元被配置为：响应于检测到在平交道口中存在可能导致涉及轨道车辆的碰撞的对象，而向轨道车辆触发警告。

有利地，警告单元还可以被配置为向第二路的用户触发警告，该警告提供对轨道车辆的通过的通知。

作为一种变型，监测单元可以包括：

-至少一个具有宽视角的监测单元，其能够覆盖对应于平交道口的高风险区域，以及

-至少两个具有窄视角的监测单元，其能够检测轨道车辆向高风险区域的接近。

在一个实施例中，自主监测设备还可以包括供电单元，该供电单元能够随时间连续地传送电流，所述电流适合于形成监测设备的单元的操作。

在一个实施例中，自主监测设备可以包括自动存档单元，该自动存档单元被配置为使用非易失性存储器来备份由视频记录单元传送的视频记录序列，视频记录序列的触发和备份参数由数字处理单元控制。

作为变体，数字处理单元可以包括适合于执行用于处理视频序列的一种或多种算法的资源。

此外，还提出了一种用于监测由铁路线与道路或人行道之间的交叉口形成的平交道口的方法，轨道车辆可能在铁路线上移动，所述方法被配置为触发警告。

有利地，该方法包括以下步骤：

-通过使用包括至少三个监测单元的视频记录单元摄录平交道口，每个监测单元配备有可见光相机和红外相机，

-实时处理由视频记录单元传送的视频记录序列，以及

-发出涉及轨道车辆的碰撞风险的警告。

根据本发明的实施例，实时处理视频记录序列的步骤可以包括以下子步骤：

-接收视频序列，该视频序列包括由可见光相机拍摄的视频记录和由红外相机拍摄的另一视频记录，

-测量由可见光相机拍摄的视频记录中的亮度水平，

-将测量到的亮度水平与亮度阈值进行比较，

-如果测量到的亮度水平高于或等于亮度阈值，则处理由可见光相机拍摄的记录，

-如果亮度水平低于亮度阈值，则处理由红外相机拍摄的记录。

附图说明

本发明的其他特征、细节和优点将在阅读参考附图所提供的描述时显现，这些附图以示例的方式给出，并且其中分别给出：

图1示出了根据本发明的实施例的监测设备的架构；

图2示出了根据本发明的实施例的视频记录单元的详细架构；

图3示出了根据本发明的另一个实施例的监测设备的架构；

图4示出了根据本发明的实施例的使用监测设备的未受保护的平交道口；

图5示出了根据本发明的另一个实施例的使用监测设备的另一个未受保护的平交道口；

图6示出了根据本发明的实施例的用于监测未受保护的平交道口的方法；以及

图7示出了根据本发明的实施例的用于处理视频序列的子步骤。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的用于平交道口的监测设备100的一般架构。如图1所示，监测设备100包括视频记录单元101、数字处理单元102和警告单元103。视频记录单元101被配置为对先前识别的感兴趣区域进行视频记录。这样的感兴趣区域可以包括高风险区域204，其对应于形成第一铁路线202和第二路203之间的交叉口的平交道口。因此，平交道口位于包含铁路线202的铁路201与第二路203的交叉点处。铁路线202为轨道车辆划定行车道。一个或多个用户可能在第二路203上移动，例如车辆或行人。第二路203因此可以是道路或人行道。感兴趣区域可以包括覆盖铁路线202的两个监管区域2051、2052。监管区域2051、2052可以在高风险区域204的任一侧延伸。

图2检查了视频记录单元101的架构，该视频记录单元101可以有利地包括三个监测单元1011、1012、1013，其被配置为对高风险区域204和监管区域2051、2052进行视频记录(即，摄录)。视频记录单元101的监测单元1011、1012、1013可以被配置为随着时间连续地处于活动状态。视频记录单元101中采用的每个监测单元可以包含两种类型的相机：可见光相机101a和红外相机101b。每个监测单元的可见光相机101a和红外相机101b可以同时操作，以传送代表每个摄录场景的两个视频序列。可替代地，监测单元可以被配置为交替操作可见光相机101a和红外相机101b，从而对于每个摄录场景具有单个视频序列。例如，当亮度和/或天气条件已经恶化时，监测单元可以仅使用红外相机101b。这种操作具有在能耗和计算能力方面经济的优点。

数字处理单元102可以被配置为实时接收由视频记录单元101的监测单元1011、1012、1013传送的视频序列。可以调整数字处理单元102接收视频记录的速率(以每秒图像数量计)。在实施例中，视频记录的接收速率可以大于每秒10个左右的图像。数字处理单元102可以放置在紧密靠近视频记录单元101之处。这种接近允许减少监测设备100触发警告所需的响应时间。数字处理单元102可以包括一个或多个电子卡，该电子卡包含适合于执行一种或多种视频处理方法的资源，例如硬件和/或软件资源。这样的视频处理方法可以通过将由数字处理单元102接收的视频序列作为输入来独立地或协同地执行。应用于高风险区域204的由监测单元传送的视频序列的视频处理方法可以包括用于传送对应的高风险区域204的状态的步骤。应用于监管区域2051、2052的由监测单元1011、1012、1013传送的视频序列的视频处理方法还可以或附加地包括用于传送对应监管区域的状态的步骤。

警告单元103可以被配置为接收由数字处理单元102确定的高风险区域204状态。警告单元可以被配置为：如果检测到可能发生碰撞，则向准备通过受监测高风险区域204的轨道车辆触发警告。由警告单元103发送的警告消息可以包括识别存在于高风险区域204中的对象的特性的信息。警告单元103还可以被配置为接收监管区域2051、2052的状态，如由数字处理单元102传送的。警告单元可以被配置为向对应的高风险区域204附近的用户(例如，道路车辆和/或行人)触发警报。在该实施例中，发送的警告消息可以包括识别正在接近高风险区域204的轨道车辆的特性的信息。

警告单元103可以连接到一个或多个数据网络，从而允许将警告消息路由到它们的所识别的接收者。可替代地，可以建立直接链路以便将部分或全部警告消息路由到其接收者。用于建立诸如此类的直接链路的方法可以利用将监测设备100与一些识别的接收者(例如，其可以是轨道车辆、道路车辆、行人等)分开的短距离。

图3示出了本发明的另一个实施例，其中监测设备100还包括自动存档单元104和供电单元105。自动存档单元104可以被配置为使用非易失性存储器来备份由视频记录单元101传送的视频序列。每当数字处理单元102检测到准备通过高风险区域204的轨道车辆时，可以触发视频序列的记录。这样的记录可以由视频记录单元101中采用的所有的主动监测相机进行。每个视频记录的持续时间可以对应于以下时间间隔：在其期间，轨道车辆通过视频记录单元101中采用的监测相机之一是可见的。此外，自动存档单元104还可以被配置为记录与用户(例如，道路车辆或行人)在高风险区域204中的存在或通过相对应的视频序列。

自动存档单元104还可以通过有线或无线方式连接到数据网络，以便使备份的视频序列可供外部用户访问。

供电单元105可以被配置为向形成监测设备100的各个单元传送它们操作所需的电流。供电单元105还可以被配置为通过利用诸如太阳、风或其他之类的外部能源来独立地产生电流。

根据本发明的实施例，警告单元103还被配置为监测形成监测设备100的一个或多个单元的操作。警告单元103还可以被配置为生成警告通知并且当故障影响到组成监测设备100的一个或多个单元时，将其发送到远程维护中心。在这种情况下，由警告单元103发送的警告消息可以指定由故障的单元和故障类型。

根据本发明的其他实施例，警告单元103还可以被配置为仅发送警告消息的子集，该警告消息与高风险区域204中未系统性地发送的固定或移动对象的存在有关。在这样的实施例中，与移动对象(例如，道路车辆或行人)的存在相关的警告消息仅在轨道车辆即将通过的情况下才被发送。轨道车辆的即将通过可以对应于检测到轨道车辆的接近。在一个实施例中，仅在这种固定对象的尺寸高于预定阈值的情况下，警告单元103才发送与高风险区域204中存在固定对象有关的警告消息。这样的实施例具有减少由监测设备100生成的数据量的优点。

图4示出了配备有根据本发明实施例的监测设备100的平交道口200。平交道口对应于包括铁路线202的铁路201和道路203的交叉点。在该示例中，平交道口没有被防护，也就是说，没有实施屏障防护装置。可以优化形成视频记录单元101的三个监测单元1011、1012、1013相对于平交道口的位置，以便完全覆盖高风险区域204和两个监管区域2051、2052。

在图4的示例中，监测单元1011、1012、1013均包括两个相机，即可见光相机101a和红外相机101b。监测单元1011、1012、1013中的每一个的两个相机可以放置在相同的地点并且被配置为具有允许覆盖相同的感兴趣地理区域的视角。用于高风险区域204的监测单元可以被定位以便覆盖包括高风险区域204的地理区域。通过将监测单元1011放置在高风险区域204之外来根据图4中的实施例获得这样的配置，放置监测单元1011的高度在1.5米到2.5米之间，分开监测单元到地面的投影与铁路线202或道路中心线的最短距离小于10米左右。

与监管区域2051、2052相关联的每个监测单元1012、1013可以被配置为覆盖一个地理区域，该地理区域足够宽以从自高风险区域204测量的至少300米的距离检测轨道车辆的到达。可以通过具有窄孔径角(也称为“视角”)的相机，为没有任何弯道的铁路线获得这种覆盖，如图4所示。

图5示出了本发明的另一个实施例，其中与平交道口200相关联的铁路线202在高风险区域204的任一侧具有弯道。在本发明的这样一个实施例中，监管区域2051之一与以下铁路线202相关联：其在距高风险区域204小于300米的距离处具有大于10度的弯道。另一个监管区域2052与两条铁路线202相关联，轨道车辆可能跟随两条铁路线202以便穿过与平交道口相关联的高风险区域204。监管区域2051、2052的监测单元1012、1013中采用的可见光相机和红外相机可以被配置为具有足够宽的孔径角，以便在距高风险区域204至少300米处检测到轨道车辆。

根据本发明实施例的监测设备100具有不需要对所使用的铁路系统或道路系统进行任何修改的实施简单性。通过调整所实施的各种相机的孔径角，这样的监测系统可以被调整为适应各种配置的平交道口。由紧靠各个监测单元1011、1012、1013的数字处理单元102对来自各个监测单元1011、1012、1013的视频内容的处理允许由这种监测系统生成的数据流的量减少为警告消息。此外，在监测设备100配备有基于可再生能源的供电单元的实施例中，系统可以自主操作并且是能量高效的。

图6示出了根据本发明实施例的用于监测平交道口的方法300。

在步骤301中，随着时间的推移连续摄录与平交道口相关联的高风险区域204和监管区域2051、2052。

在步骤302中，将拍摄的视频序列分为两类，这取决于它们是与高风险区域204(第一类)还是与监管区域2051、2052(第二类)相关联。视频序列以数据帧的形式接收，一个数据帧对应一整幅图像。就每秒帧数而言，可以以足够高以对应于预定义响应时间的速率来接收这样的视频序列。

在步骤303中，分析与高风险区域204相关联的视频序列，以便检测可能导致与轨道车辆发生碰撞的对象和/或行人。

在步骤304中，分析与两个监管区域2051、2052相关联的视频序列，以便检测轨道车辆的接近。

在步骤305中，接收指示在高风险区域204中是否检测到对象和/或行人的通知。然后针对接收到的每个通知触发警告消息。这样的警告消息可以包括识别在高风险区域204中检测到的对象或行人的性质和特性的信息。

在步骤306，接收指示是否检测到准备通过平交道口的轨道车辆的通知，并触发对应的警告消息。这样的警告消息可以指定轨道车辆来自的方向。

在步骤307，向接收者发送警告消息。

图7图示了根据本发明的实施例用于分析与两个监管区域2051、2052相关联的视频序列的子步骤。在本发明的这样的实施例中，接收到的每个视频序列包括通过可见光相机101a获得的视频记录和通过红外相机101b获得的针对一个相同地理区域和一个相同记录时间的视频记录。

在步骤401，测量通过可见光相机101a获得的视频记录的亮度水平。

在步骤402中，将如在步骤401中测量到的亮度水平与给定的亮度阈值进行比较。如果测量到的亮度水平高于或等于亮度阈值，则使用称为“白天模式”的模式处理视频序列，其中仅处理通过可见光相机101a摄录的视频记录。如果测量到的亮度水平低于亮度阈值，则使用称为“夜间模式”的模式处理视频序列，其中仅处理通过红外相机101b摄录的视频记录。

在步骤403中，处理通过可见光相机101a获得的视频记录，以便检测轨道车辆的接近。这种视频记录的处理包括识别轨道车辆在其上移动的铁路线202。该处理包括比较形成视频记录的连续图像。这样的处理使用可能在铁路线202上移动的轨道车辆的移动速度的维度和范围。可以优化在这样的子步骤中实施的处理方法，以便检测距离大于300米(从高风险区域204测量的)的轨道车辆。

在步骤404中，处理通过红外相机101b获得的视频记录以便检测轨道车辆的接近。在该步骤中，使用如由步骤403识别的铁路线202的坐标。此外，可以使用可能在铁路线202上移动的轨道车辆的热特性。

本发明的实施例允许有效监测由屏障防护装置防护或未由其防护的平交道口。它们允许为轨道车辆提供它准备通过的平交道口的状态，与已经使用的设备的独立实施兼容并且与使用低传输速率兼容。此外，它们还允许检测轨道车辆的接近并警告靠近平交道口的道路车辆和/或行人。

本领域技术人员将理解，根据本发明实施例的系统或子系统可以使用各种形式的硬件、软件或硬件和软件的组合以各种方式采用，特别是以程序代码的形式，其可以以程序产品的形式分发。特别地，可以使用计算机可读介质来分发程序代码，该计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质和通信介质。本说明书中描述的方法尤其可以以计算机程序指令的形式实现，该计算机程序指令可以由计算机计算设备中的一个或多个处理器执行。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质上。

此外，本发明不限于以上通过非限制性示例描述的实施例。它涵盖了本领域技术人员可能想到的所有变体实施例。

Claims (10)

1.一种用于平交道口(200)的自主监测设备(100)，所述平交道口形成第一铁路线(202)和第二路(203)之间的交叉口，并且包括高风险区域(204)和两个监管区域(2051、2052)，其特征在于，所述自主监测设备包括：

-视频记录单元(101)，其包括至少三个监测单元(1011、1012、1013)，所述监测单元(1011、1012、1013)中的每一个配备具有可见光相机(101a)和红外相机(101b)，至少一个监测单元(1011)能够摄录所述平交道口(200)，并且至少一个监测单元能够摄录所述监管区域(2051、2052)之一，

-数字处理单元(102)，其被配置为实时地接收和处理由所述视频记录单元(101)传送的视频记录序列，以及

-警告单元(103)，其被配置为触发涉及在所述铁路线(202)上移动的轨道车辆的碰撞风险的警告。

2.根据权利要求1所述的自主监测设备(100)，其中，所述警告单元(103)被配置为：响应于检测到在所述平交道口中存在可能导致涉及轨道车辆的碰撞的对象，而向所述轨道车辆触发警告。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的自主监测设备(100)，其中，所述警告单元(103)还被配置为向所述第二路(203)的用户触发警告，所述警告提供对所述轨道车辆的通过的通知。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的自主监测设备(100)，其中，所述监测单元(1011、1012、1013)包括：

-具有宽视角的至少一个监测单元(1011)，其能够覆盖与所述平交道口相对应的所述高风险区域(204)，以及

-具有窄视角的至少两个监测单元(1012、1013)，其能够检测所述轨道车辆向所述高风险区域(204)的接近。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的自主监测设备(100)，其中，所述警告单元(103)连接到有线或无线通信网络，所述有线或无线通信网络能够将警告消息路由到所述轨道车辆，并且路由到所述第二路(203)的用户。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的自主监测设备(100)，还包括供电单元，所述供电单元能够随时间连续地传送电流，所述电流适合于形成所述监测设备(100)的单元的操作。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的自主监测设备(100)，还包括自动存档单元(104)，其被配置为：使用非易失性存储器来备份由所述视频记录单元(101)传送的视频记录序列，所述序列的备份参数和触发由所述数字处理单元(102)控制。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的自主监测设备(100)，其中，所述数字处理单元(102)包括适合于执行用于处理视频序列的一种或多种算法的资源。

9.一种用于自主监测平交道口的方法(300)，所述平交道口形成第一铁路线(202)和第二路(203)之间的交叉口，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-通过使用包括至少三个监测单元(1011、1012、1013)的视频记录单元(101)来制作平交道口的视频记录，所述监测单元(1011、1012、1013)中的每一个配备有可见光相机(101a)和红外相机(101b)，作为其结果视频记录序列被传送，

-实时处理所述视频记录序列，以及

-触发涉及在所述铁路线(202)上移动的轨道车辆的碰撞风险的警告。

10.根据权利要求9所述的用于监测平交道口的方法(300)，其中，实时处理所述视频记录序列的步骤包括以下子步骤：

-接收视频序列，所述视频序列包括由可见光相机(101a)拍摄的视频记录和由红外相机(101b)拍摄的另一个视频记录，

-测量由所述可见光相机(101a)拍摄的所述视频记录中的亮度水平，

-将测量到的亮度水平与亮度阈值进行比较，

-如果所述测量到的亮度水平高于或等于所述亮度阈值，则处理由所述可见光相机(101a)拍摄的记录，

-如果所述亮度水平低于所述亮度阈值，则处理由所述红外相机(101b)拍摄的记录。

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