用激光檢查高速火車軌道上的障礙物

佟鑫 李悅 段國(guó)輝

摘? 要：鐵路專用線一般運(yùn)行線路比較長(zhǎng)，線路兩旁的地理環(huán)境復(fù)雜，有些線路段穿過(guò)樹林、有些線路段穿過(guò)城鎮(zhèn)、有線線路段穿過(guò)工業(yè)區(qū)，在這么長(zhǎng)的線路上，交叉路口非常多，每個(gè)路口都不可能有人值守或安裝閘欄，就是在田野的小路口，都有農(nóng)民趕著牲口闖過(guò)，故這些因數(shù)都給列車司機(jī)駕駛帶來(lái)安全隱患，尤其是貨運(yùn)機(jī)車，駕駛室在一端，當(dāng)非自動(dòng)駕駛室之間作為一個(gè)牽引端，司機(jī)的駕駛視野非常容易受限，能見度低或者在路口上沒(méi)有其他物體遮擋視線，路口有人或車橫穿鐵路線，非常危險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：地鐵激光;高速窄軌火車;地鐵軌道上無(wú)障礙物;檢測(cè)

引言：

鐵路專用線列車安全運(yùn)行障礙物探測(cè)系統(tǒng)就是采用探測(cè)距離500米的雷達(dá)，根據(jù)線路的到達(dá)位置，及時(shí)探測(cè)路口遮擋物背后移動(dòng)的車或人，在安全距離范圍外就能告警司機(jī)，有物體向鐵軌移動(dòng)，注意駕駛或減速慢行。

一、組成鐵路專用線列車安全運(yùn)行障礙物探測(cè)系統(tǒng)

主要有安裝在火車機(jī)車頭尾的雷達(dá)、駕駛室的處理器和圖顯聲音終端組成。終端站的界面，線路隨著旅客列車的高速運(yùn)行不斷性地向前后方延伸，當(dāng)列車前方向會(huì)出現(xiàn)交叉路口時(shí)，語(yǔ)音提示司機(jī)，一旦軌道上有危險(xiǎn)物出現(xiàn)時(shí)，反復(fù)提示司機(jī)注意"前方多少米處有障礙物。當(dāng)有物體向鐵路移動(dòng)但還沒(méi)有在鐵路限界時(shí)，提示司機(jī)有物體在什么方位以多快的速度向鐵路靠近。

二、激光檢查功能

確定列車在線路上的位置，隨著列車的運(yùn)行，線路在往前延伸，并判斷線路限界內(nèi)有無(wú)障礙物，比如開著醉酒的車撞人倒在高速鐵路上或開著闖進(jìn)了鐵路的車撞人、車。本機(jī)能準(zhǔn)確探測(cè)前方兩輛鐵路列車軌道上所有障礙物的移動(dòng)距離、在鐵路軌道上的移動(dòng)位置?；谖ｋU(xiǎn)性質(zhì)的判斷和危險(xiǎn)告警，在準(zhǔn)確的三維空間中它可以準(zhǔn)確判斷電動(dòng)車和機(jī)車前方高速運(yùn)輸線路交叉路段兩側(cè)有無(wú)可能發(fā)生交通危險(xiǎn)物。新車型還增加了四輪驅(qū)動(dòng)推車和雙驅(qū)動(dòng)駕駛模式。中國(guó)太空分部公司自主開發(fā)研制的高空宇航探測(cè)系統(tǒng)用到的一系列高空脈沖電波發(fā)射器和激光器就這樣為了能自動(dòng)而可靠快速地準(zhǔn)確進(jìn)行探測(cè)并且發(fā)射出被飛機(jī)懸掛或擱在高空飛行路面上的一個(gè)圓形直徑大約長(zhǎng)度為2.5厘米的巨大圓形高空障礙物。在線路線alao兩毫米長(zhǎng)的一段線和兩條鐵軌的一邊分別各各安置一個(gè)超長(zhǎng)大型條形向后向前激光脈沖反射器，其對(duì)面的大型條形脈沖向后激光反射掃描器和激光砷化控制稼統(tǒng)的脈沖激光束在其上的不同反射頻率信號(hào)和不同來(lái)回波的反射頻率存在偏差，可由該激光掃描器和系統(tǒng)自動(dòng)精確測(cè)得。一種非常矩形和簡(jiǎn)化的方向光學(xué)發(fā)射光束天線發(fā)射裝置通常認(rèn)為可以直接用于用來(lái)使一個(gè)矩形輸出輸入發(fā)射光束激光器和一個(gè)矩形輸出輸入發(fā)射光束天線直接組合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)大的方向矩形輸出發(fā)射光束，在另外這個(gè)一方向上的張角為2毫米的矩形弧度，而在另外外面的一方向上則為0.1-0.2毫米的矩形弧度。發(fā)射機(jī)也被完全固定安放在了一個(gè)距離國(guó)際機(jī)場(chǎng)頂部鐵軌1.05米的一個(gè)固定地方。會(huì)一面面的使用旋轉(zhuǎn)反射鏡對(duì)其進(jìn)行圓形掃描，使在整個(gè)太空發(fā)射機(jī)兩邊都看到有可能完全可以覆蓋180米長(zhǎng)的一個(gè)圓形架空路面。這種基本高速鐵路系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制方法不能容許廉價(jià)而大量模地加工生產(chǎn)這種自動(dòng)裝置系統(tǒng)，因此在我國(guó)高速鐵路的一邊每隔180到300米之間需要安置一臺(tái)這種自動(dòng)裝置控制系統(tǒng)無(wú)疑是切實(shí)可行。

三、列車鐵路交通軌道障礙物安全風(fēng)險(xiǎn)視頻識(shí)別系統(tǒng)工作流程

列車前方障礙物圖像視頻識(shí)別系統(tǒng)主要采用雙鏡頭攝像機(jī)同時(shí)自動(dòng)采集兩輛列車前方車輛圖像視頻數(shù)據(jù)。由于雙鏡頭攝像機(jī)之間的目標(biāo)距離固定，從而基于一個(gè)雙相機(jī)目標(biāo)確定之間距離的測(cè)量原理通過(guò)這種測(cè)量算法唯一可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)的就是在一個(gè)圖像中針對(duì)障礙物的固定距離進(jìn)行測(cè)量。該控制系統(tǒng)主要根據(jù)列車軌道運(yùn)行路徑和列車運(yùn)行的快速列車安全移動(dòng)限界以及設(shè)計(jì)控制參數(shù)由近由寬到遠(yuǎn)分別繪制列車運(yùn)行安全移動(dòng)障礙設(shè)計(jì)界限，在安全移動(dòng)障礙設(shè)計(jì)界限內(nèi)的異?？焖僖苿?dòng)障礙物體為安全移動(dòng)障礙物，安全障礙界限之外的移動(dòng)物體將予以忽略。系統(tǒng)主要的軟件功能模塊主要包括：清晰視頻編碼圖像二次采集編碼管理功能模塊：集成常見各種視頻編碼攝像頭和各行業(yè)品牌的二次編碼開發(fā)包，可以快速管理獲取各種視頻攝像頭的清晰視頻編碼圖像。圖像預(yù)處理采集及后處理系統(tǒng)視頻圖像模塊：對(duì)視頻圖像進(jìn)行采集后處理得到的視頻圖像進(jìn)行視頻圖片進(jìn)行初步圖像采集處理后并進(jìn)行初步化的圖像采集處理，將舊的一個(gè)vu視頻圖像圖片進(jìn)行視頻轉(zhuǎn)換后組合成為一個(gè)新的vu圖像，并對(duì)這些比如新的圖像處理是否需要如何進(jìn)行邊緣度的圖像檢測(cè)、平滑、去噪等等的圖像處理。雙目距離測(cè)距控制模塊：系統(tǒng)利用一輛車頭頂部安裝的2臺(tái)監(jiān)控?cái)z像機(jī)同時(shí)發(fā)射拍攝的左右視差圖像對(duì)車輛進(jìn)行立體匹配，根據(jù)立體匹配后的左右視差圖像計(jì)算出兩個(gè)障礙物的飛行距離。軌道曲線檢測(cè)處理模塊：對(duì)經(jīng)過(guò)曲線預(yù)處理的曲線圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行霍夫變換、雙軌與目標(biāo)的速度匹配、兩軌間熟度與路線的方向判斷、邊緣線的檢測(cè)、曲線擬合與平滑傾角曲線等預(yù)處理后的您即可直接得到以下兩條不同曲線軌道上的曲線檢測(cè)路徑。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)透鏡探測(cè)其能否沖出高速道路上的任何一個(gè)阻礙物。因?yàn)樵谌绱烁叩奈矬w移動(dòng)量和速度下，即使很小的一些破碎物或石塊也很有可能會(huì)對(duì)一個(gè)人身體引起很嚴(yán)重的一種身體心理?yè)p害。未來(lái)的這種新型有軌火車從來(lái)并沒(méi)有完全減慢火車運(yùn)行時(shí)的速度一直到現(xiàn)在火車運(yùn)行停止之前數(shù)千米就很有可能不再需要同時(shí)連接得到一個(gè)火車信號(hào)。因此必須在松山火車站出口距離道路交通通行障礙物一號(hào)出口附近還有一段相當(dāng)遠(yuǎn)的步行距離時(shí)就會(huì)對(duì)可以停車發(fā)出禁止停車位的警告。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：佟鑫，1992年1月15日，男，研究生，研究方向：車載安全監(jiān)控系統(tǒng)。