一種鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路線路安全維護(hù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]異物侵限是指鐵路設(shè)施以外的達(dá)到一定質(zhì)量和體積的固體物體因為外力作用，闖入了鐵路線路，對鐵路線路和列車行車安全造成威脅的行為。其多發(fā)于公路跨鐵路地段、公路與鐵路并行緊鄰地段、施工路段附近、鐵路正線以及山區(qū)中可能發(fā)生坍塌落石地段，因此具有突發(fā)性、無規(guī)律性和不可預(yù)測性的特點。
[0003]鐵路異物侵限的檢測主要分為接觸式和非接觸式檢測兩類。接觸式檢測系統(tǒng)主要包括單電網(wǎng)檢測系統(tǒng)、雙電網(wǎng)檢測系統(tǒng)以及光纖光柵檢測系統(tǒng)。他們都具備較高的靈敏度，對于接觸性質(zhì)的異物能夠較為快速準(zhǔn)確的判斷做出反應(yīng)，同時外界的干擾對其影響也較小。但是他們的前期安裝成本較高，工作量大。同時，對于落入軌道中間的異物無法做出判斷，對于未接觸軌道的異物以及體積和重量較小的異物也無法做出相應(yīng)的警報。非接觸式檢測系統(tǒng)主要包括微波、雷達(dá)、紅外線、激光以及圖像檢測。他們共同的特點是安裝相對簡單，實現(xiàn)異物檢測功能也相較容易，同時，不會受到異物是否落入地面的限制，對于懸在線路上方的異物有很好的檢測作用。但是，他們?nèi)菀资艿酵饨绺蓴_以致降低精準(zhǔn)性，從而引起誤報，這是限制這類檢測系統(tǒng)的最主要原因。
[0004]通過綜合比較幾類檢測系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)圖像檢測因其安裝簡單、維護(hù)工作量小、檢測功能較為完善的特點逐漸使用在很多特殊的檢測地段。對于因天氣或者光照等外界因素的干擾使得靈敏度降低的問題，不像其他非接觸式檢測系統(tǒng)無能為力，圖像檢測系統(tǒng)可以通過改進(jìn)算法的方式加以完善，提高檢測精度，降低誤報率。但目前國內(nèi)外大多數(shù)系統(tǒng)采用嵌入式采集結(jié)合PC圖像處理的方式，這種方式異物檢測實時性較差，針對較長線路的檢測時，也無法實現(xiàn)沿線密集式的布置。
[0005]因此，需要提供一種判別準(zhǔn)確率高、實時性強并且能夠沿線密集式布置的鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)及檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種判別準(zhǔn)確率高、實時性強并且能夠沿線密集式布置的鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)及檢測方法。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0008]一種鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0009]至少一個監(jiān)控單元和與監(jiān)控單元連接的嵌入式異物侵限檢測單元，遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器；
[0010]嵌入式異物侵限檢測單元包括:
[0011]圖像采集芯片，用于實時采集監(jiān)控單元拍攝的待檢測鐵路區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)；
[0012]現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，用于通過背景差分逐幀判別圖像數(shù)據(jù)中是否存在目標(biāo)，若是則提取目標(biāo)的特性組成目標(biāo)的特征向量；
[0013]微處理器，用于根據(jù)目標(biāo)的特征向量對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行異物侵限判別，包括:根據(jù)目標(biāo)的特征向量對目標(biāo)進(jìn)行基于支持向量機SVM的目標(biāo)分類，若目標(biāo)為異物，則對目標(biāo)進(jìn)行基于Kalman濾波的跟蹤并預(yù)測目標(biāo)的運動趨勢，若目標(biāo)有侵限趨勢則發(fā)出報警信息；若目標(biāo)為列車或目標(biāo)無侵限趨勢則對下一幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行異物侵限判別；
[0014]遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器，用于對各嵌入式異物侵限檢測平臺發(fā)送的報警信息進(jìn)行確認(rèn)并通知相關(guān)區(qū)域的列車。
[0015]優(yōu)選地，嵌入式異物侵限檢測單元還包括分別與FPGA和微處理器連接的存儲器，分別用于存儲目標(biāo)的特征向量和報警信息。
[0016]優(yōu)選地，F(xiàn)PGA和微處理器采用由微處理器至FPGA傳輸?shù)膯蜗騁P1模擬地址總線、雙向數(shù)據(jù)總線和雙向控制總線連接。
[0017]優(yōu)選地，特征向量包括:高寬比、占空比、面積及灰度均值。
[0018]一種如前文所述系統(tǒng)的鐵路異物侵限檢測方法，該方法包括如下步驟:
[0019]S1、實時拍攝待檢測鐵路區(qū)域的圖像并采集圖像數(shù)據(jù)；
[0020]S2、通過背景差分逐幀判別圖像數(shù)據(jù)中是否存在目標(biāo)，若存在則提取目標(biāo)的特征組成目標(biāo)的特征向量，若不存在則繼續(xù)判別下一幀圖像數(shù)據(jù)；
[0021]S4、分類判別目標(biāo)的特征向量，若目標(biāo)為列車則轉(zhuǎn)入步驟S2，若目標(biāo)為異物則轉(zhuǎn)入步驟S5 ；
[0022]S5、根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的區(qū)域劃分規(guī)則判別目標(biāo)所處的區(qū)域，對目標(biāo)進(jìn)行基于Kalman濾波的跟蹤并預(yù)測目標(biāo)的運動趨勢，若目標(biāo)有侵限趨勢則發(fā)出預(yù)警信息，流程結(jié)束；若目標(biāo)無侵限趨勢則轉(zhuǎn)入步驟S2。
[0023]優(yōu)選地，在步驟S2之后且在步驟S4之前還包括如下步驟:
[0024]S3、判斷該圖像數(shù)據(jù)是否存在光照失真，若是則提高背景更新率并轉(zhuǎn)入步驟S2，若否則轉(zhuǎn)入步驟S4。
[0025]優(yōu)選地，步驟S5進(jìn)一步包括如下子步驟:
[0026]若目標(biāo)處于安全區(qū)域則轉(zhuǎn)入步驟S2，
[0027]若目標(biāo)處于預(yù)警區(qū)域，則將該目標(biāo)與上一幀圖像數(shù)據(jù)內(nèi)各目標(biāo)進(jìn)行匹配，如果有配對目標(biāo)，則判別該目標(biāo)已被跟蹤的幀數(shù)是否達(dá)到預(yù)警區(qū)域值，若達(dá)到則對目標(biāo)進(jìn)行趨勢預(yù)測，若有侵限趨勢則對該目標(biāo)進(jìn)行報警，若沒有侵限趨勢則轉(zhuǎn)入步驟S2 ;如果該目標(biāo)沒有配對目標(biāo)或已被跟蹤的幀數(shù)未達(dá)到預(yù)警區(qū)域值，則采用Kalman濾波對該目標(biāo)下一幀可能所處的位置進(jìn)行預(yù)測，
[0028]若目標(biāo)處于警戒區(qū)域，則將該目標(biāo)與上一幀圖像數(shù)據(jù)內(nèi)各目標(biāo)進(jìn)行匹配，如果有配對目標(biāo)，則判別該目標(biāo)已被跟蹤的幀數(shù)是否達(dá)到警戒區(qū)域值，若達(dá)到且該目標(biāo)均處于警戒區(qū)域則發(fā)起報警，若未達(dá)到或該目標(biāo)非均處于警戒區(qū)域則采用Kalman濾波對該目標(biāo)下一幀可能所處的位置進(jìn)行預(yù)測。
[0029]優(yōu)選地，特征向量包括:高寬比、占空比、面積及灰度均值。
[0030]優(yōu)選地，預(yù)警區(qū)域值為10幀，警戒區(qū)域值為3幀。
[0031]優(yōu)選地，監(jiān)測區(qū)域的區(qū)域劃分規(guī)則為:軌道的5倍軌距以外的區(qū)域為安全區(qū)域；軌道的3.4倍軌距至5倍軌距之間且包含5倍軌距的區(qū)域為預(yù)警區(qū)域；軌道的3.4倍軌距以內(nèi)且包含3.4倍軌距的區(qū)域為警戒區(qū)域。
[0032]本發(fā)明的有益效果如下:
[0033]本發(fā)明所述技術(shù)方案，將算法與采集部分相結(jié)合統(tǒng)一置于系統(tǒng)前端，使得每個獨立的檢測節(jié)點都具備分析報警能力，這樣極大的緩解了遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器端的運算壓力，提高了系統(tǒng)的實時檢測能力，同時由于成本低廉，檢測節(jié)點可以密集式的布置在線路沿線，實現(xiàn)長距離不間斷的異物侵限檢測能力。相比人工檢測和其他檢測方式，本發(fā)明所述技術(shù)方案識別速度快，檢測效率高，報警準(zhǔn)確，適合用于需要長距離鐵路沿線異物侵限檢測的場入口 ο
【附圖說明】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0035]圖1示出鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖2示出鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)中一個檢測節(jié)點的結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖3示出鐵路異物侵限檢測方法的基本流程圖。
[0038]圖4示出鐵路異物侵限檢測方法的流程圖。
[0039]圖5-a至5-g示出鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)報警結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0040]為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0041]如圖1所示，本實施例提供的鐵路異物侵限檢測系統(tǒng)分為兩個部分，線路沿線部分和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器部