CN214240771U - 一种列车障碍物探测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种列车障碍物探测装置及系统，涉及列车障碍物检测技术领域；其中障碍物探测装置采用检测横梁和板弹簧的结合使用对于接触式碰撞或脱轨能够及时制动，降低损失；此外，检测系统包括主动检测模块、被动检测模块和控制模块，所述主动检测模块和所述被动检测模块均与所述控制模块相连；所述主动检测模块包括雷达装置和摄像装置，所述雷达装置和所述摄像装置均安装在列车端部，所述雷达装置和所述摄像装置将采集到的信号数据传输给控制模块；本实用新型中的探测系统采用主动探测方式结合被动检测结构，能够实现对线路轨道进行动态实时检测，使列车安全性得到更好的保障。

Description

一种列车障碍物探测装置及系统

技术领域

本实用新型涉及列车障碍物检测技术领域，尤其涉及一种列车障碍物探测装置及系统。

背景技术

列车运行安全关系众多，其中有一个关键内容在于在运行轨道上的障碍物检测技术。现有技术中已经有一些障碍物的检测方法，这些检测方法主要以非接触式检测技术为主，即通过对行车路线上或者特定轨道附近利用视频监测或者激光测距或者红外线探测技术进行障碍物检测。这些非接触式障碍物检测技术能区分障碍物是否存在的前提是这些障碍物是体积较大、色彩较鲜明的物体且在可视范围较大的直道位置，对于一些体积较小、色彩与周围环境接近的障碍物或者在夜晚可视范围较小、特别是容易发生脱轨事故的弯道位置是无法监测到的。可见，现有技术中的障碍物的检测方法要求较苛刻，适用范围小，从而降低了列车的行车安全。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种列车障碍物探测装置及系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种列车障碍物探测装置，所述障碍物检测装置安装在列车前端，包括检测横梁、板弹簧、行程开关模块和转向架，所述板弹簧与所述行程开关模块相连，且所述板弹簧通过安装支架设置在检测横梁上；所述行程开关模块通过转向架安装在列车前端。

优选的，所述行程开关包括障碍物检测行程开关、脱轨检测行程开关和电路传感器，所述障碍物检测行程开关和所述脱轨检测行程开关分别与所述电路传感器相连，所述障碍物检测行程开关设置在所述电路传感器下端，所述障碍物检测行程开关触头水平设置，与所述板弹簧相对而立；所述脱轨检测行程开关设置在所述电路传感器上端，且所述脱轨检测行程开关触头与所述板弹簧相接触。

本实用新型的另一个目的在于提供了一种列车障碍物探测系统，包括主动检测模块、被动检测模块和控制模块，所述主动检测模块和所述被动检测模块均与所述控制模块相连；所述主动检测模块包括雷达装置和摄像装置，所述雷达装置和所述摄像装置均安装在列车端部，所述雷达装置和所述摄像装置将采集到的信号数据传输给控制模块；所述被动检测模块包括列车障碍物探测装置，所述列车障碍物探测装置包括检测横梁、板弹簧、障碍物检测行程开关和转向架，所述板弹簧与所述障碍物检测行程开关相连，且所述板弹簧通过安装支架设置在检测横梁上；所述障碍物检测行程开关通过转向架安装在列车前端，且所述障碍物检测行程开关与所述控制模块实现数据传输。

优选的，所述控制模块包括车载主机和列车管理控制系统，所述车载主机包括车载工控机和主控板，所述车载工控机用于接收所述主动检测模块和所述被动检测模块的数据，且将数据传输给主控板；所述主控板接收到数据后进行数据处理，同时与所述列车管理控制系统实现数据交换。

优选的，所述雷达装置采用激光雷达设备，所述激光雷达设备安装在列车底部位置；所述摄像装置包括工业摄像机或照相机中的一种，所述工业摄像机或所述照相机安装在列车内的端部。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供了一种列车障碍物探测装置及系统，其中障碍物探测装置采用检测横梁和板弹簧的结合使用对于接触式碰撞或脱轨能够及时制动，降低损失；此外，检测系统包括主动检测和被动检测，由雷达装置和摄像装置组成的主动探测方式结合被动检测结构，能够实现对线路轨道进行动态实时检测，使列车安全性得到更好的保障。

附图说明

图1是实施例1中提供的一种列车障碍物探测装置结构图；

1是板弹簧，2是转向架，3是障碍物检测行程开关，4是安装支架，5是检测横梁，6是障碍物，7是轨道，8是脱轨检测行程开关；

图2是实施例1中提高的列车障碍物探测装置安装结构示意图；

图3是实施例2中提供的一种列车障碍物检测系统结构图；

图4是实施例2中提供的列车障碍物检测系统工作原理图；

图5是实施例2中采用激光雷达检测的原理图；

图6是实施例2中采用摄像装置实现进行检测的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供了一种列车障碍物检测装置，如图1所示，包括检测横梁、板弹簧、行程开关模块和转向架，所述板弹簧与行程开关模块相连，且所述板弹簧通过安装支架设置在检测横梁上；所述行程开关模块通过转向架安装在列车前端。

本实施例中的行程开关模块包括障碍物检测行程开关、脱轨检测行程开关和电路传感器，所述障碍物检测行程开关和所述脱轨检测行程开关分别与所述电路传感器相连，所述障碍物检测行程开关设置在所述电路传感器下端，所述障碍物检测行程开关触头水平设置，与所述板弹簧相对而立；所述脱轨检测行程开关设置在所述电路传感器上端，且所述脱轨检测行程开关触头与所述板弹簧相接触。

采用本实施例中的检测装置能够对主动碰撞或脱轨现象进行快速制动，其安装结构如图2所述，工作原理具体为：

当装置与轨道附近障碍物发生碰撞时，检测横梁与障碍物接触碰撞，碰撞能量大部分转化为板弹黃的弹性势能并伴随能量损失。板弹簧有效动作为沿列车运行相反方向产生形变，同时拨动障碍物检测行程开关触头，障碍物检测行程开关可根据不同检测需求设置不同的触发值，设计中初始设定值为板弹簧检测位置形变量超过10mm。

在列车脱轨瞬间，轮对可能内陷或从侧面偏离轨道一侧。横跨于轨道上方的检测横梁与轨道接触碰撞，由于脱轨时间短、列车行进速度快、车体质量大等因素使检测横梁与轨道接触产生巨大的脱轨载荷，垂向有效载荷使检测横梁带动板弹簧向上抬起，板弹簧检测位置形变量超过3mm时，产生脱轨信号并传递给电气系统，电气系统断开列车制动安全回路，使列车紧急制动。

实施例2

本实施例提供了一种列车障碍物检测系统，包括主动检测模块、被动检测模块和控制模块，所述主动检测模块和所述被动检测模块均与所述控制模块相连；所述主动检测模块包括雷达装置和摄像装置，所述雷达装置和所述摄像装置均安装在列车端部，所述雷达装置和所述摄像装置将采集到的信号数据传输给控制模块；所述被动检测模块采用实施例1中记载的列车障碍物检测包括检测横梁、板弹簧、障碍物检测行程开关和转向架，所述板弹簧与所述障碍物检测行程开关相连，且所述板弹簧通过安装支架设置在检测横梁上；所述障碍物检测行程开关通过转向架安装在列车前端，且所述障碍物检测行程开关与所述控制模块实现数据传输。

本实施例中的所述控制模块包括车载主机和列车管理控制系统，所述车载主机包括车载工控机和主控板，所述车载工控机用于接收所述主动检测模块和所述被动检测模块的数据，且将数据传输给主控板；所述主控板接收到数据后进行数据处理，同时与所述列车管理控制系统实现数据交换。

该系统的安装示意图如图3所示，在列车前后端分别安装有障碍物探测装置，包括主动检测模块的雷达装置和摄像装置，以及用于被动检测的障碍检测装置。其中雷达装置采用激光雷达，安装在列车底部；摄像装置采用工业摄像机或照相机，安装在列车内部。探测装置通过信号连接车载系统中的车载主机，同时车载系统又通过wifi或4G/5G与地面系统中的列车管理控制系统进行数据通信。

在列车行驶过程中进行障碍物检测过程时，包括主动检测过程和被动检测过程，其具体检测原理如图4所示。主动障碍物检测模块主要是通过激光雷达和工业摄像机实时采集轨道上的数据，然后进行综合数据处理和运算，从而得到轨道和障碍物的检测参数，再将得到的障碍物检测参数传控制模块中进行障碍物判断分析，即可实现障碍物检测预警功能。被动检测模块则由专用机械结构障碍物检测装置完成，当该装置触碰到障碍物或列车发生脱轨时，能对接触信号进行实时反馈，从而对障碍物或脱轨状态进行判定。

其中，主动检测过程中，需要用到的检测方法可以采用以下几种：

1.基于雷达装置的监测方法

激光雷达通过发射和接收激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出到目标对象的相对距离，原理如图5所示，并利用此过程中收集到的目标对象表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速得到出被测目标的三维模型以及线、面、体等各种相关数据，建立三维点云图。在此基础上，还可以分别实现直道监测和弯道监测。

(1)直道上的障碍监测

雷达对前方物体进行扫描，接收装置收集到的雷达点云数据即为前方物体的位置信息。以车辆限界为评判参考。

直道行驶时，激光雷达安装位置固定，所以与两轨道边界的空间相对位置固定不变，因此雷达扫描得到的轨道位置信息不变，在收集到的雷达点云数据中，以轨道位置信息为参考信息，若物体信息显示在轨道内侧，则此物体即可判断为障碍物，其具体采用的计算过程能够通过现有技术中的计算方法获得。

(2)弯道上的障碍监测

弯道行驶时，激光雷达与两轨道边界的空间相对位置不断变化，此时单靠激光雷达无法识别障碍物，还需摄像机拍摄照片提取弯道轮廓信息，然后统一激光雷达和拍摄照片的坐标系，使雷达信息和图像信息在同一个坐标系中表示。

在这个统一的坐标系中，以弯道信息为参考信息，对比弯道信息与物体信息，若物体信息显示在轨道内侧，则此物体即可判断为障碍物。

基于摄像装置所采用的图像识别方法

图像识别方法其根本是基于双目视觉三维重建技术。其原理如图6所示，Z为空间点P到两个相机中心连线的距离，f是相机的焦距，b是左右两个相机的基距，左右图像宽度均为L，XR和XL分别是P1和P2点在左右两个像面上距离图像左边的距离，d代表视差值，可以根据三角形形似原理得到p点的位置信息。

在图像处理基础上，完成图像信息的识别和分类，重点完成对轨道和异物的识别。从轨道定位提取出限界信息，同时比对异物信息，从而分析判断其是否为侵限障碍物，以及其对应的安全风险。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型提供了一种列车障碍物探测装置及系统，其中障碍物探测装置采用检测横梁和板弹簧的结合使用对于接触式碰撞或脱轨能够及时制动，降低损失；此外，检测系统包括主动检测和被动检测，由雷达装置和摄像装置组成的主动探测方式结合被动检测结构，能够实现对线路轨道进行动态实时检测，使列车安全性得到更好的保障。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种列车障碍物探测装置，其特征在于，所述障碍物检测装置安装在列车前端，包括检测横梁、板弹簧、行程开关模块和转向架，所述板弹簧与所述行程开关模块相连，且所述板弹簧通过安装支架设置在检测横梁上；所述行程开关模块通过转向架安装在列车前端。

2.根据权利要求1所述的列车障碍物探测装置，其特征在于，所述行程开关包括障碍物检测行程开关、脱轨检测行程开关和电路传感器，所述障碍物检测行程开关和所述脱轨检测行程开关分别与所述电路传感器相连，所述障碍物检测行程开关设置在所述电路传感器下端，所述障碍物检测行程开关触头水平设置，与所述板弹簧相对而立；所述脱轨检测行程开关设置在所述电路传感器上端，且所述脱轨检测行程开关触头与所述板弹簧相接触。

3.一种列车障碍物探测系统，其特征在于，包括主动检测模块、被动检测模块和控制模块，所述主动检测模块和所述被动检测模块均与所述控制模块相连；所述主动检测模块包括雷达装置和摄像装置，所述雷达装置和所述摄像装置均安装在列车端部，所述雷达装置和所述摄像装置将采集到的信号数据传输给控制模块；所述被动检测模块包括权利要求1-2任一所述的列车障碍物探测装置，所述列车障碍物探测装置包括检测横梁、板弹簧、障碍物检测行程开关和转向架，所述板弹簧与所述障碍物检测行程开关相连，且所述板弹簧通过安装支架设置在检测横梁上；所述障碍物检测行程开关通过转向架安装在列车前端，且所述障碍物检测行程开关与所述控制模块实现数据传输。

4.根据权利要求3所述的列车障碍物探测系统，其特征在于，所述控制模块包括车载主机和列车管理控制系统，所述车载主机包括车载工控机和主控板，所述车载工控机用于接收所述主动检测模块和所述被动检测模块的数据，且将数据传输给主控板；所述主控板接收到数据后进行数据处理，同时与所述列车管理控制系统实现数据交换。

5.根据权利要求3所述的列车障碍物探测系统，其特征在于，所述雷达装置采用激光雷达设备，所述激光雷达设备安装在列车底部位置；所述摄像装置包括工业摄像机或照相机中的一种，所述工业摄像机或所述照相机安装在列车内的端部。

Images