異物侵入檢測(cè)裝置和異物侵入檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵路運(yùn)營(yíng)安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是異物侵入檢測(cè)裝置和異物侵入檢 測(cè)方法，具體地涉及一種基于單目相機(jī)組與單點(diǎn)激光測(cè)距的鐵路異物侵入檢測(cè)裝置和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)力度的日益加大，在新建鐵路跨越或鄰近既有線施工過(guò)程 中，經(jīng)常發(fā)生機(jī)械、機(jī)具、人員及施工材料侵入既有線限界的情況，對(duì)既有線的安全運(yùn)行造 成極大的安全隱患。同時(shí)，在山區(qū)和隧道出入口，經(jīng)常存在落石等突發(fā)危害，嚴(yán)重危及鐵路 運(yùn)輸安全。因此，準(zhǔn)確及時(shí)地檢測(cè)侵入軌道限界的異物是保證軌道交通安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵，按 檢測(cè)原理可以分為接觸式和非接觸式兩種。
[0003] 應(yīng)用較成熟的是接觸式的防護(hù)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)檢測(cè)防護(hù)網(wǎng)類型可分為電網(wǎng)檢測(cè)（如 申請(qǐng)?zhí)?201210172059. X，200910242554. 1，201210282394. 5)和光纖檢測(cè)（如【申請(qǐng)?zhí)枴?201110406903. 6, 200910272765. X)等方式。接觸式的防護(hù)網(wǎng)在鐵路建設(shè)期大范圍安裝較 為困難，同時(shí)由于建設(shè)期施工情況較為復(fù)雜，例如在工作天窗可能存在侵限作業(yè)，防護(hù)網(wǎng)使 用不便，而且一旦破損及時(shí)修復(fù)較為困難。該技術(shù)只能檢測(cè)掉落在防護(hù)網(wǎng)上的較大物體，對(duì) 于纖細(xì)的鋼筋和越過(guò)防護(hù)網(wǎng)掉落到軌道平面的物體無(wú)法檢測(cè)，也無(wú)法判斷物體的大小與位 置。
[0004] 非接觸式檢測(cè)方法包括基于紅外、激光、微波和視頻的方法，紅外和激光多采用幕 墻方案。例如，西班牙的高速鐵路在隧道口等容易發(fā)生異物侵限（如落石）的路段，安裝了 基于紅外線光幕的落物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，專利號(hào)為201010230606.6的發(fā)明專利公開(kāi)了利用二維 激光傳感器構(gòu)建激光幕墻的非接觸式鐵路異物侵入檢測(cè)系統(tǒng)，這兩種方法可以準(zhǔn)確檢測(cè)穿 過(guò)檢測(cè)幕墻的物體，但對(duì)空間物體無(wú)能為力。專利號(hào)為201010504665. 8的發(fā)明專利公開(kāi)了 一種利用雷達(dá)進(jìn)行鐵路異物侵限檢測(cè)的裝置。上述這些專利公開(kāi)的異物檢測(cè)方法檢測(cè)范圍 都比較小，多用于重點(diǎn)地段的檢測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)全線覆蓋的異物侵入檢測(cè)。
[0005] 基于視頻的入侵檢測(cè)廣泛應(yīng)用于安防領(lǐng)域，這些設(shè)備大多采用單一攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，事先劃定區(qū)域并利用圖像處理方法區(qū)分物體處于區(qū)域內(nèi)還是區(qū)域外，還可實(shí)現(xiàn)侵入物 體的跟蹤。在軌道交通領(lǐng)域，基于視頻圖像的應(yīng)用與研究主要集中在道口、站臺(tái)等軌道交 通線路關(guān)鍵地段的障礙物檢測(cè)，各國(guó)都針對(duì)這些關(guān)鍵地段的線路狀態(tài)監(jiān)控開(kāi)展了廣泛的研 究，并提出了一些方案和應(yīng)用。西南交通大學(xué)的蘭培強(qiáng)等人提出通過(guò)架設(shè)在鐵路道口的攝 像機(jī)與DSP處理系統(tǒng)，運(yùn)用現(xiàn)代智能監(jiān)控的方法，對(duì)穿越鐵路道口的行人進(jìn)行檢測(cè)，向遠(yuǎn)方 一定距離內(nèi)的機(jī)車發(fā)出無(wú)線報(bào)警信號(hào)，使機(jī)車可以提前獲得道口情況而及時(shí)采取動(dòng)作。系 統(tǒng)主要的功能包括：運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)判定，若目標(biāo)走向鐵軌，則報(bào)警； 若目標(biāo)離開(kāi)鐵軌，則不報(bào)警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在準(zhǔn)確檢測(cè)出鐵軌中心線的前提下，該系統(tǒng)軟 件能很好地檢測(cè)有無(wú)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)，并且能夠智能地判定其是走向鐵軌還是離開(kāi)鐵軌，進(jìn) 而綜合這些情況，有效地進(jìn)行報(bào)警。但是該系統(tǒng)對(duì)于道口鐵軌區(qū)域靜止障礙物、彎道區(qū)域動(dòng) 目標(biāo)和靜目標(biāo)，還無(wú)法有效的檢測(cè)。東日本鐵路公司還為道口和車站開(kāi)發(fā)測(cè)試了一套障礙 物監(jiān)控設(shè)備。這套設(shè)備可以最大限度的減小陰影和列車燈光對(duì)系統(tǒng)工作的影響。
[0006] 在上述國(guó)內(nèi)外的研究和應(yīng)用中，均采用單目相機(jī)實(shí)現(xiàn)圖像獲取，為了達(dá)到一定的 位置及大小分辨率，單個(gè)相機(jī)監(jiān)測(cè)范圍非常有限，采用多個(gè)相機(jī)進(jìn)行鐵路監(jiān)測(cè)存在布線復(fù) 雜的問(wèn)題，同時(shí)，應(yīng)用單個(gè)相機(jī)進(jìn)行物體位置判斷時(shí)無(wú)法確定物體的三維位置及大小，容易 產(chǎn)生誤報(bào)警。
[0007] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在著對(duì)于線限界內(nèi)可能出現(xiàn)的異物無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)且精確監(jiān)測(cè) 的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題中的至少部分或全部，實(shí)現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的有益 技術(shù)效果，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種異物侵入檢測(cè)裝置，包括至少一個(gè)單目相機(jī)、單點(diǎn)激 光測(cè)距儀、激光追蹤控制系統(tǒng)、圖像采集處理系統(tǒng)，其中：所述至少一個(gè)單目相機(jī)配置成，將 各自監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的圖像傳輸至所述圖像采集處理系統(tǒng)；所述激光追蹤控制系統(tǒng)配置成，控 制所述單點(diǎn)激光測(cè)距儀按照一旋轉(zhuǎn)角度和一俯仰角度進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)和俯仰動(dòng)作，以使得 所述單點(diǎn)激光測(cè)距儀測(cè)量異物到達(dá)所述單點(diǎn)激光測(cè)距儀的直線距離，并且將測(cè)得的所述直 線距離傳輸至所述圖像采集處理系統(tǒng)；所述圖像采集處理系統(tǒng)配置成，根據(jù)從所述至少一 個(gè)單目相機(jī)接收的圖像判斷各個(gè)單目相機(jī)的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)是否出現(xiàn)疑似異物并且在出現(xiàn)疑 似異物的情況下進(jìn)行如下操作：a)獲取疑似異物圖像和疑似異物像點(diǎn)；b)計(jì)算所述疑似異 物在相應(yīng)單目相機(jī)的相機(jī)坐標(biāo)中的位置及方位角；c)利用計(jì)算出的所述位置和方位角，計(jì) 算用于所述單點(diǎn)激光測(cè)距儀的所述旋轉(zhuǎn)角度和所述俯仰角度；d)所述圖像采集處理系統(tǒng) 從所述激光追蹤控制系統(tǒng)接收所述疑似異物像點(diǎn)到達(dá)所述單點(diǎn)激光測(cè)距儀的所述直線距 離，并且利用其所接收的所述直線距離和所述疑似異物圖像，復(fù)原所述疑似異物的實(shí)際位 置和實(shí)際尺寸，從而判斷所述疑似異物是否為侵入異物。
[0010] 進(jìn)一步地，所述至少一個(gè)單目相機(jī)是多個(gè)單目相機(jī)并構(gòu)成單目相機(jī)組，所述單目 相機(jī)組中的各個(gè)單目相機(jī)設(shè)置成使相鄰單目相機(jī)的圖像覆蓋范圍部分地重合，從而相比于 單一單目相機(jī)，所述單目相機(jī)組無(wú)縫地覆蓋更大的圖像范圍。
[0011] 進(jìn)一步地，所述多個(gè)單目相機(jī)安裝在同一機(jī)箱內(nèi)且它們之間的位置關(guān)系是固定 的，各個(gè)單目相機(jī)的俯仰角度和焦距能夠各不相同。
[0012] 進(jìn)一步地，所述至少一個(gè)單目相機(jī)容納在機(jī)箱內(nèi)，所述激光測(cè)距儀安裝在所述機(jī) 箱的頂部或側(cè)面，通過(guò)標(biāo)定獲取所述激光測(cè)距儀相對(duì)于所述機(jī)箱的初始位置。
[0013] 進(jìn)一步地，所述激光追蹤控制系統(tǒng)包括具有俯仰機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和致動(dòng)機(jī)構(gòu)的云 臺(tái)，所述云臺(tái)載有所述單點(diǎn)激光測(cè)距儀并且配置成根據(jù)所接收的旋轉(zhuǎn)角度和俯仰角度使所 述單點(diǎn)激光測(cè)距儀進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和俯仰動(dòng)作。
[0014] 進(jìn)一步地，判斷各個(gè)單目相機(jī)的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)是否出現(xiàn)疑似異物的操作包括：基于 各相機(jī)圖像序列的背景更新和基于背景差分的異物檢測(cè)，如果兩幀圖像之差大于預(yù)定閾 值，則確定所述監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)疑似異物。
[0015] 進(jìn)一步地，所述疑似異物像點(diǎn)為所述疑似異物圖像的質(zhì)心。
[0016] 進(jìn)一步地，所述圖像采集處理系統(tǒng)在計(jì)算所述疑似異物在相應(yīng)單目相機(jī)的相機(jī)坐 標(biāo)中的位置及方位角時(shí)，假設(shè)所述疑似異物位于地面上而計(jì)算所述位置及所述方位角。
[0017] 進(jìn)一步地，所述激光測(cè)距儀的測(cè)距范圍能夠覆蓋位于所述至少一個(gè)單目相機(jī)所覆 蓋的圖像監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的任何位置。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種異物侵入檢測(cè)方法，包括如下步驟：設(shè)置至少