CN211718518U - 前视障碍物检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种前视障碍物检测系统，包括数据采集装置和控制处理装置。数据采集装置包括红外光源模块、红外图像采集模块、可见光图像采集模块和雷达；红外图像采集模块用于采集列车前进方向上位于检测窗内的红外图像，可见光图像采集模块用于采集列车前进方向上位于检测窗内的可见光图像，雷达用于测量以列车为起点、沿列车前进方向上预设制动距离范围内的障碍物与列车之间的距离信息，预设制动距离范围由列车行驶速度和制动减速度确定。控制处理装置用于接收数据采集装置发送的数据信息，并输出列车前进方向上的障碍物检测结果。本系统有效提高了列车前进方向上障碍物的识别准确度。

Description

前视障碍物检测系统

技术领域

本申请涉及目标检测技术领域，特别是涉及一种前视障碍物检测系统。

背景技术

随着城市人口的快速增加，城市轨道交通车辆具有载客量大、运行时速快、到站时间准、绿色节能等优势，有效地改善了城市交通拥堵现象，已成为城市出行的主要公共交通工具之一。

可以理解的是，轨道交通车辆如地铁行驶速度快、制动距离长，在驾车行驶过程中，高效准确地识别出现在行驶方向前方的障碍物以辅助驾驶员的行车可有效降低交通事故发生概率。相关技术中多以可见光相机为基础进行行驶路径上的障碍物识别。但是，以可见光相机为基础的前视障碍物检测系统在恶劣环境下成像模糊，如黑暗环境、大雾大雨大雪等恶劣天气，无法成为驾驶员判断行驶路段前方障碍物提供有力的依据。

实用新型内容

本申请提供了一种前视障碍物检测系统，提高列车前进方向上障碍物的识别准确度。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例一方面提供了一种前视障碍物检测系统，包括数据采集装置和控制处理装置；

所述数据采集装置包括红外光源模块、红外图像采集模块、可见光图像采集模块和雷达；

所述控制处理装置用于接收所述数据采集装置发送的数据信息，并输出障碍物检测结果；

其中，所述红外图像采集模块用于采集列车前进方向上位于检测窗内的红外图像，所述可见光图像采集模块用于采集列车前进方向上位于检测窗内的可见光图像，所述雷达用于测量以列车为起点、沿列车前进方向上预设制动距离内的障碍物与列车之间的距离信息；所述预设制动距离范围由列车行驶速度和制动减速度确定。

可选的，还包括报警器；

所述报警器包括多个报警单元，各报警单元用于根据接收所述控制处理装置发送的相应级别的报警指令进行报警提示。

可选的，所述红外图像采集模块包括第一红外相机和第二红外相机；

其中，所述第一红外相机和所述第二红外相机均采用CMOS成像传感器。

可选的，所述光源为近红外激光光源。

可选的，所述雷达为毫米波雷达。

可选的，所述障碍物的轮廓尺寸不小于50cm*50cm。

可选的，还包括全自动强制制动装置；

所述全自动强制制动装置用于在列车与障碍物间的距离小于预设距离阈值时被自动触发，以使列车以强制制动模式向前行进。

可选的，还包括用于存储障碍物图像数据和事件日志记录的存储设备。

可选的，还包括用于将检测到的障碍物和所述障碍物距列车车头间距离实时展示给用户的显示器。

本申请提供的技术方案的优点在于，采用多种传感器采集的数据共同实现对列车前方障碍物探测。基于红外图像采集模块的主动红外成像技术可以在多种光照条件下清晰成像，不受暗光/弱光/无光/强光的干扰，具备全天候工作能力，不受雨、雪、雾等恶劣天气环境影响，保障各种工况下的成像质量；可见光图像采集模块可提供分辨率更高的图像和更丰富的细节，可以支撑站台名、公里标、信号灯等标志物的识别，可以用于定位和辅助驾驶；将机器视觉和雷达相结合，可提高列车前进方向上障碍物与列车前端之间的距离测量准确度，从而有效提高列车前进方向上障碍物的识别准确度，降低了列车交通事故发生的概率，保障列车安全稳定运行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的前视障碍物检测系统的一种具体实施方式结构图；

图2为本实用新型实施例提供的前视障碍物检测系统的另一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

首先参见图1，图1为本实用新型实施例提供的前视障碍物检测系统在一种具体实施方式中的示意图，本实用新型实施例可包括以下内容：

前视障碍物检测系统可包括数据采集装置1和控制处理装置2，数据采集装置1和控制处理装置2可通过交换机0进行数据传输和数据通信。其中数据采集装置1可包括红外光源模块11、红外图像采集模块12、可见光图像采集模块13和雷达14。数据采集装置1利用各传感器采集列车前进方向上的前视数据，前视数据包括图像数据和距离数据，并将采集的数据发送给控制处理装置2。其中，红外图像采集模块12、可见光图像采集模块13例如可安装在司机室内部，位于天花板上方，透明挡风玻璃后面，以便于正前方成像；控制处理装置2例如可安装于车辆电器柜中。

其中，红外光源模块11作为红外图像采集模块12的补光光源，红外光源模块11中包含的光源个数可为1个，也可与红外图像采集模块12中的红外相机个数相同，本申请对此不做任何限定。光源可为近红外激光光源，也可为其他类型光源，这均不影响本申请的实现。红外光源模块11可有由近红外(NIR)激光光源和激光驱动器组成，照射距离可达到250米以上，增加光源功率后，可进一步提升照射距离，从而提升红外图像采集模块12采集图像的图像质量。

本申请的数据采集装置1的成像单元由红外图像采集模块12、可见光图像采集模块13集成，红外图像采集模块12用于采集列车前进方向上位于检测窗内的红外图像，可见光图像采集模块13用于采集列车前进方向上位于检测窗内的可见光图像。红外图像采集模块12例如可包括一个或多个红外相机，各红外相机例如可采用CMOS成像传感器，且集成有高速摄像机和处理板卡，采用激光光源进行补光，可在各种恶劣工况下清晰成像，保障全天候工作。可见光图像采集模块13例如可包括1个或多个可见光摄像机，可对可见光波段进行成像，提供更高分辨率的图像以及更丰富的细节，对线路上的标志物进行识别，例如信号灯、站台名、公里标等。

在本实用新型实施例中，雷达13用于测量以列车为起点、沿列车前进方向上预设制动距离范围内的障碍物与列车之间的距离信息。为了提高雷达测距距离和测距精度，雷达13可为毫米波雷达，毫米波雷达的工作频段为30～300GHz，通常其波长范围为1～10mm，毫米波雷达具有穿透雨、雪、雾、烟、灰能力强的优点，可全天候全天时工作，抗干扰能力强，获取数据的可信度很高。通过毫米波雷达，可实现长达250米直线距离的障碍物探测。其中，预设制动距离范围由列车行驶速度和制动减速度来确定，举例来说，当制动减速度为1m/s²，列车行驶速度为80km/h，则预设制动距离为246.9m；当制动减速度为1m/s²，列车行驶速度为100km/h，则预设制动距离为385.8m；当制动减速度为1m/s²，列车行驶速度为60km/h，则预设制动距离为138.9m。

在本申请中，控制处理装置2用于接收数据采集装置发送的数据信息，并输出列车前进方向上的障碍物检测结果。控制处理装置2负责采集红外相机图像、可见光相机图像以及雷达数据。基于获取的这些传感器数据可完成障碍物探测与识别、障碍物定位等功能。控制处理装置2例如可采用19英寸标准3U机箱设计，运用高度集成化、模块化进行设计，任何模块可单独插拔。红外图像采集模块12、可见光图像采集模块13和雷达14采集的数据可通过无线如wifi传输给控制处理装置2，也可通过通信线缆、传输总线等有线方式传输给控制处理装置2，本申请对此不作任何限定。

还需要说明的是，控制处理装置2可预先存储任何一种相关技术中可实现目标检测跟踪的图像处理算法，利用预先植入的图像处理算法识别出可见光图像或红外图像中的目标，然后利用雷达测距得到该目标距离列车车头的距离信息，从而可准确探测列车前进方向上存在的障碍物。此外，也可将红外图像和可见光图像进行融合，利用融合后的图像进行目标检测和跟踪，可采用相关技术中任何一种红外图像和可见光图像融合的技术，本申请对此不做任何限定。

在本实用新型实施例提供的技术方案中，采用多种传感器采集的数据共同实现对列车前方障碍物探测。基于红外图像采集模块的主动红外成像技术可以在多种光照条件下清晰成像，不受暗光/弱光/无光/强光的干扰，具备全天候工作能力，不受雨、雪、雾等恶劣天气环境影响，保障各种工况下的成像质量；可见光图像采集模块可提供分辨率更高的图像和更丰富的细节，可以支撑站台名、公里标、信号灯等标志物的识别，可以用于定位和辅助驾驶；将机器视觉和雷达相结合，可提高列车前进方向上障碍物与列车前端之间的距离测量准确度，从而有效提高列车前进方向上障碍物的识别准确度，降低了列车交通事故发生的概率，保障列车安全稳定运行。

作为一种可选的实施方式，本申请还可基于障碍物和列车之间的距离的不同进行分级别预警，可包括下述内容：

控制处理装置2用于调用存储器中存储的预警程序指令执行如下操作：

预先设置多个不同预警级别的距离阈值范围，每个距离阈值范围对应唯一级别的报警信息，报警信息在车辆上以声音形式表现，包括不同声音分贝和声音类型，同时报警信息传输到地面控制中心。

实时比较障碍物检测结果中障碍物与列车之间的当前距离与各距离阈值范围间的关系，并根据相应报警信息生成报警指令。

为了进一步提升列车的安全性，本申请还可预先设置两个制动减速度，一个为常规制动减速度，一个为紧急制动减速度，紧急制动减速度大于常规制动减速度，相应的，紧急制动距离小于常规自动距离。举例来说，当常规制动减速度为1m/s²，列车行驶速度为80km/h，则常规制动距离为246.9m；当紧急制动减速度为1.2m/s²，列车行驶速度为80km/h，则紧急制动距离为205.8m。进一步的，系统可根据列车的制动距离，在给司机或其他工作人员显示的图像中可将安全距离标识出来，根据障碍物和列车之间的距离进行分级预警，必要时触发制动，全方位保障行车安全。

此外，在另外一种实施方式中，控制处理装置2还用于调用存储器中存储的入侵预警程序指令执行如下操作：

当检测到雷达发送的障碍物距离信息在障碍物识别结果中无法成功匹配相应的障碍物，则实时比较障碍物距离信息中障碍物与列车之间的当前距离与各入侵距离阈值范围间的关系，并根据相应报警信息生成报警指令。还可利用高分辨率可见光相机，针对近距离线路上的异常情况进行持续性监控，例如对近距离的细小异物、轨旁设备状态、站台区域站台门异常/广告牌异常/胶条脱落等；当发现异常时，产生日志记录，并定位异常点发生位置，将异常信息导入运营维护部门，用于线路管理和维护。

相应的，请参阅图2，前视障碍物检测系统还可包括报警器3。报警器3可包括多个报警单元，各报警单元用于根据接收控制处理装置发送的相应级别的报警指令进行报警提示。其中，报警器3可安装于司机室主控台左侧或右侧。

作为另外一种可选的实施方式，为了进一步提高列车运行的安全性，降低事故发生概率，前视障碍物检测系统还可进一步包括全自动强制制动装置4。全自动强制制动装置4用于在列车与障碍物间的距离小于预设安全距离时被自动触发，让列车以强制制动模式向前行进，例如在小于50m是强制制动列车，预设安全距离可基于列车运行参数确定，安全距离的最小值为可使列车在走完安全距离时停止滑动，在确定安全距离时可按照列车运行最高速度为标准。

作为另外一种可选的实施方式，前视障碍物检测系统还可包括存储设备5，存储设备5例如可为固态硬盘。存储设备5可用于存储障碍物图像数据和事件日志记录。也就是说，在控制处理装置2输出的障碍物检测结果为存在障碍物，则将采集的图像数据或视频数据自动存储在存储设备5中。事件日志记录用于记录预先设置的事件的日志信息，事件例如可为停车事件、故障事件等，可根据轨旁标志物为列车事件定位提供准确的依据，轨旁标志物例如可为百米标、到站距离提示和车站名等利用数字、汉字或字符等记载的标示牌，可利用任何一种字符识别技术通过识别标示牌中的信息实现列车事件定位功能。

此外，前视障碍物检测系统还可包括用于将检测到的障碍物和障碍物距列车车头间距离实时展示给用户的显示器6，通过显示器可将信息以可视化形式展示给驾驶员，为驾驶员的安全驾驶提供丰富信息，保障驾驶员的安全驾驶。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

以上对本申请所提供的一种前视障碍物检测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种前视障碍物检测系统，其特征在于，包括数据采集装置和控制处理装置；

所述数据采集装置包括红外光源模块、红外图像采集模块、可见光图像采集模块和雷达；

所述控制处理装置用于接收所述数据采集装置发送的数据信息，并输出障碍物检测结果；

其中，所述红外图像采集模块用于采集列车前进方向上位于检测窗内的红外图像，所述可见光图像采集模块用于采集列车前进方向上位于检测窗内的可见光图像，所述雷达用于测量以列车为起点、沿列车前进方向上预设制动距离范围内的障碍物与列车之间的距离信息；所述预设制动距离范围由列车行驶速度和制动减速度确定。

2.根据权利要求1所述的前视障碍物检测系统，其特征在于，还包括报警器；

所述报警器包括多个报警单元，各报警单元用于根据接收所述控制处理装置发送的相应级别的报警指令进行报警提示。

3.根据权利要求2所述的前视障碍物检测系统，其特征在于，所述红外图像采集模块包括第一红外相机和第二红外相机；

其中，所述第一红外相机和所述第二红外相机均采用CMOS成像传感器。

4.根据权利要求3所述的前视障碍物检测系统，其特征在于，所述光源为近红外激光光源。

5.根据权利要求4所述的前视障碍物检测系统，其特征在于，所述雷达为毫米波雷达。

6.根据权利要求1所述的前视障碍物检测系统，其特征在于，所述障碍物的轮廓尺寸不小于50cm*50cm。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的前视障碍物检测系统，其特征在于，还包括全自动强制制动装置；

所述全自动强制制动装置用于在列车与障碍物间的距离小于预设距离阈值时被自动触发，以使列车以强制制动模式向前行进。

8.根据权利要求7所述的前视障碍物检测系统，其特征在于，还包括用于存储障碍物图像数据和事件日志记录的存储设备。

9.根据权利要求8所述的前视障碍物检测系统，其特征在于，还包括用于将检测到的障碍物和所述障碍物距列车车头间距离实时展示给用户的显示器。

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