專利名稱：列車超限的檢測方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及監測技術領域，尤其是涉及一種列車超限的檢測方法及系統。
背景技術：
在鐵路運輸生產中，貨物超限及裝載加固是鐵路貨運工作的重點，也是 保證行車安全的一項主要內容。隨著列車運行速度的提高，由貨物裝載加固 不良引發的行車事故呈現出增多的趨勢。為確保行車安全，防止類似事故發 生，尤其是防止運輸途中因貨物竄動侵入限界而導致的重大事故發生，迫切 需要研制一種能動態檢測貨物裝載狀態的自動化檢測系統，對運行中的貨物 列車進行安全檢測，并要求該系統能夠全天候不間斷地進行超限狀態檢測， 實時將列車的超限狀況報知有關貨檢人員，提供存儲實時的圖像、數據等資
料，以便有效地發現裝載超限狀況，保證列車在4失路上安全運行。
目前，鐵路部門大多采用二維激光檢測系統對列車是否超限進行檢測。 該系統主要由激光傳感器組成，激光傳感器安裝在貨車經過的軌道上的門型 架上。采用二維激光掃描測量新技術，通過接收激光掃描儀的反射信號，自
動得到貨車裝載的實際斷面尺寸，并給出超限部位的X、 Y、 Z三維坐標及超 限車輛的其他信息。
但是，鑒于該系統基于3維重建技術對列車超限進行檢測，在列車高速運 行時，采用激光特征點實施3維重建時，由于列車表面的快速移動，從而會造 成激光特征點的能量發射，特征點光斑擴大，而3維重建的精度是與特征點的 尺寸成平方反比的，這就導致了重建的列車表面3維數據不精確，進而導致誤 報或漏報的產生。
另外，采用3維重建技術時，需要對攝像機、激光器的安裝位置進行精確 測量，在這種基于3維重建實現列車超限檢測的系統中，如果要達到必須的厘 米級重建精度，攝像機、激光器的安裝數據需要達到毫米級，甚至更低，對于現有的中國鐵路系統而言，這是無法滿足的。此外，列車速度略快時造成 的安裝門晃動會導致原來測量的安裝數據不正確，例如安裝門頂部毫米級的 晃動就會直接導致列車表面的3維重建數據誤差過大，從而導致誤報或漏報的
梁、隧道等)使用。
此外，鑒于激光傳感器需要安裝在貨車經過的軌道上的門型架上，該跨 越鐵路的門型架造價高昂、維護困難，并且在對二維激光檢測系統進行施工、 檢修時由于該門型架跨越鐵路，因而很可能會影響鐵路上列車的正常行車。
發明內容
本發明的目的在于提供一種列車超限的檢測方法及系統，可以準確地對 鐵路線路上行駛的列車是否裝載影響列車安全通行的超限物體進行;險測，提 高了鐵路運輸的安全性。
為此，本發明提供了一種列車超限的檢測方法，包括以下步驟 檢測預定路段的列車通行情況；
當檢測出有列車通過所述預定路段時，采集所述預定路段的圖像，并執 行預定激光照射操作；
當確定當前通行的列車滿足超限條件時，判斷得出當前通行的列車超P艮。 優選地，所述預定激光照射^喿作具體為
對預定路段列車的基本安全高度進行水平激光照射，同時對鐵路的路基 安全界限進行垂直激光照射。 優選地，所述激光為面激光。 優選地，按照以下步驟確定當前列車滿足超限條件 判斷所采集的圖像中是否存在激光反射特征；
如果所釆集的圖像中存在激光反射特征，確定當前列車滿足超限條件。 優選地，按照以下步驟確定當前列車滿足超限條件 連續采集預定數目的圖像；
判斷所述連續采集的預定數目的圖像上是否都包含激光反射特征時；如果所述連續采集的預定數目的圖像上都包含激光反射特征，確定當前 列車滿足超限條件。
優選地，所述預定路段為根據用戶的需要預先設定的路段。 優選地，所述預定數目的值根據用戶的需要進行預設。
此外，本發明還提供了一種列車超限的檢測系統，包括 列車通行檢測單元，用于4企測預定路段的列車通行情況； 圖像采集單元，用于當檢測出有列車通過所述預定路段時，采集所述預 定路段的圖像；
激光照射單元，用于當檢測出有列車通過該預定路段時，執行預定激光 照射操作；
超限確定單元，用于確定當前列車是否滿足超限條件；
檢測結果獲取單元，用于當確定當前列車滿足超限條件時，判斷得出當 前通行的列車超限。
優選地，所述激光照射單元用于當^r測出有列車通過該預定^各l殳時，對 預定路段列車的基本安全高度進行水平激光照射，同時對鐵路的路基安全界 限進行垂直激光照射。
優選地，所述激光照射單元為面激光器。
優選地，所述超限條件為采集的預定路段的圖像上包含激光反射特征。 優選地，所述超限條件為連續采集的預定數目的圖像上都包含激光反 射特征。
優選地，所述預定數目的值根據用戶的需要進行預設。 優選地，所述預定路段為根據用戶的需要預先設定的路段。 優選地，所述圖像采集單元為安裝有帶通濾光片的廣角攝像機。 跟現有技術相比，本發明具有以下優點
本發明通過檢測預定路段的列車通行情況，當檢測出有列車通過所述預 定路段時，采集所述預定路段的圖像，并執行預定激光照射操作，并在當前 通行的列車滿足超限條件時，判斷得出當前通行的列車超限。相對于現有技 術，由于本發明對列車是否超限的判定僅依賴于激光圖像的區域特征，不需要激光點特征，所以在高速列車通過時不存在特征點發散問題。通過本發明， 全通行的超限物體進行檢測，提高了鐵路運輸的安全性。
圖1為本發明提供的一種列車超限的檢測方法的流程圖； 圖2為本發明提供的一種列車超限的檢測系統的結構圖。
具體實施例方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和實施 方式對本發明作進一步的詳細說明。
況(包括高度超限及寬度超限)。在具體實現上，它可以通過在編組站咽喉區 或橋梁、隧道前方安裝一套列車通行檢測設備，即分別在檢測路段的兩側各 架設一套檢測列車超限系統，基于紅外激光圖像識別技術，實時檢測本檢測 路段通行列車的超限情況，以確保編組完成的列車和將要通行的列車不會超 限。
當列車通行檢測設備判斷有火車通過時，列車超限檢測系統立即打開激 光器對當前即將通過的列車進行超限判斷。如有超限情況發生時，立即將信 號送往就近的檢測站，或者直接用行車信號燈對列車告警，從而避免事故的 發生。
參見圖1,本發明提供的一種列車超限的檢測方法，包括以下步驟 步驟S101: 一全測預定路段的列車通行情況。
所述預定路段根據用戶的需要進行設定，通常為編組站咽喉區、橋梁或 隧道前方區域。
在該步驟中，可以采用現有的列車通行檢測設備來檢測預定路段的列車 通行情況。
步驟S102:當檢測出有列車通過該預定路段時，采集預定路段的圖像。
7該步驟運用圖像采集設備對預定路段的圖像進行采集。
在該步驟中，采用的圖像采集設備為一般的工業模擬攝像機，優選為安 裝有帶通濾光片的廣角攝像機。
步驟S103:當檢測出有列車通過時，用激光器對預定路段列車的基本安 全高度進行水平激光照射，同時對鐵路的路基安全界限進行垂直激光照射。
具體實現上，本發明采用紅外面激光器對預定J各段列車的基本安全高度 進行水平激光照射和對鐵路的路基安全界限進行垂直激光照射。需要說明的 是，當采用安裝有帶通濾光片的廣角攝像機采集預定路段的圖像時，由于只 允許特定波段范圍的光通過，因此可見光中的絕大部分能量都被過濾掉，那 么在激光器的能量適當時，超限目標的反射光線與圖像背景之間會形成較大 的對比度。例如采用安裝了 808nm (納米)帶通濾光片的廣角攝像機，該攝 i象才幾只允許808nm土10nm波,殳的光通過。
上述步驟S102與S103的運行順序可以根據用戶的需要進行調整，可以 同時進行。
所述列車的基本安全高度和路基基本安全界限已由鐵路部頒發的《中華 人民共和國鐵路技術管理章程》規定，具體列車界限為列車車體(包括貨 物)的高度應限制在4.8米以內，路基安全界限(即車體寬度)應限制在3.6 米以內。
需要說明的是，我國鐵道部《鐵路技術管理規程》中詳細規定了機車車 輛的限界標準(以鐵軌平面為基準)，其規定機車車輛上部限界為4.8米，寬 度的限界為3.6米，即在鐵軌上通行的列車安全高度不得超過4.8米，安全寬 度不得超過3.6米。因此從理論上說在進行超限判斷的時候只需將路基安全界 限定為機車寬度的限界，將高度安全界限定為機車高度的限界就能很好的判 斷出超限列車。
在實際應用中，我們的安全界限還要進行調整，都必須進行適度的放寬。 由于在電力機車中配有機車供電使用的受電弓，它在底部所占的橫截面積比 較大，所以路基安全界限調整到4米。而高度的調整是受到了中國鐵路貨運 的實際裝車情況的制約，可以將其調整為5米。對于該步驟，在具體實現上，可以使用紅外面激光器對列車的基本安全 高度進行水平激光照射，同時對鐵路的路基安全界限進行垂直激光照射。
優選地，本發明采用的紅外面激光器以扇面方式發射一個很薄的激光束 面。當列車上的物體進入這個很薄的激光束平面時，激光會在檢測區內構成 反射，反射的激光可以被圖像采集設備所采集，在這里，進入激光束平面的 物體即為超限物體，超限物體的存在，使得列車的高度和寬度超出了國家規 定的列車安全高度和列車安全寬度。
步驟S104:判斷釆集的圖像中是否存在明顯的激光反射特征，如果存在， 執行步驟S105，否則，執行步驟S107。
在預定路段檢測時，如果存在高于基本安全高度或超過路基安全界限的 可疑目標時，圖像采集設備采集到的圖像中將會出現明顯的激光反射特征。
這種激光反射特征與預定路段周圍的環境干擾光線存在明顯的差異。
當出現明顯的激光反射特征時，說明存在高于基本安全高度或超過路基 安全界限的可疑目標。
在這里需要說明的是，本發明所要安裝的圖像采集設備的成像范圍(即 視野)應該能夠覆蓋正在通行的列車被水平和垂直激光照射所掃描到的區域， 包括高度以及寬度的要求，也就是說，圖像采集設備既能夠檢測(拍攝)到 水平激光器的水平激光的檢測平面，又能夠檢測到垂直激光器的垂直激光才企 測平面。
在該步驟中，基于自適應闊值的單幅圖像分割算法可以將可疑目標在圖 像采集設備采集的圖像中呈現的明顯激光反射特征圖像(以下簡稱為激光反 射圖像)進行圖像分割。自適應閥值的單幅圖像分割算法主要運用了統計學 的原理，根據圖像的直方圖特性對圖像進行了自適應閥值分割。
為了去除激光反射圖像中的噪聲影響以及使該圖像中激光反射特征更加 明顯，本發明還對激光反射圖像做形態學處理。
形態學處理就是將數學形態學作為工具從圖像中提取對于表達和描述區 域特性有用的圖像分量。通過對圖像分割后的激光反射圖像進行開、閉及腐 蝕、膨脹等一系列形態學處理，得到可以進行特性分析的激光反射圖像。此外，本發明還可以對圖像分割所提取出的激光反射圖像基于不變距理 論的形狀分析，以及基于模式分段理論的灰度分析及紋理分析，獲得激光照 射所產生的穩定高亮區域， 一般為條狀穩定高亮區域。
步驟S105:判斷激光反射特征是否在連續采集的預定數目圖像上出現， 如果是，進入步驟S106，否則，進行步驟S107。
所述連續采集的圖像數目可以根據用戶的需要進行調整，例如可以為4 幅以上，對應的列車最高通行速度約為110km/h。
步驟S106:判斷得出當前通行的列車超限。
當高于基本安全高度或超過路基安全界限的可疑目標的激光反射特征在 多幅圖像上出現時，認為此時通行的列車為 一輛超限列車。
在實際使用中，可疑目標的激光反射特征在4幅以上的圖像中出現，即 可以判斷該趟列車上為超限列車，在該列車上存在超限物體。
在判斷得出目前通行的列車超限后，可以立即將告警信號發送給用戶， 也可以直接對列車進行告警。具體實現上，可以直接用行車信號燈對列車進 行告警。
步驟S107:判斷得出當前通行的列車未超限。
備連續采集到的多幅圖像上連續出現，則可以認為此時通行的列車為一輛標 準裝載的列車。
本發明也可以不包括步驟S105,即在采集的圖像中包含明顯的激光反射 特征時，即判斷得出當前的列車超限。本發明通過運行步驟S105對可疑目標 的激光反射特征進行連續判斷，這樣可以提高本發明提供的列車超限檢測方 法的準確率，降低誤l艮率。
參見圖2，本發明基于上述列車超限的檢測方法，還提供了一種列車超限 的檢測系統，包括
列車通行檢測單元201 ，用于檢測預定路段的列車通行情況；
激光照射單元202,用于當檢測出有列車通行該預定路段時，執行預定激 光照射操作；圖像采集單元203，用于當檢測出有列車通行所述預定路段時，釆集所述
預定路段的圖像；
超限確定單元204,用于確定當前列車是否滿足超限條件；
檢測結果獲取單元205,用于當確定當前列車滿足超限條件時，判斷得出 當前通行的列車超限。
需要說明的是，上述列車通行檢測單元201、激光照射單元202、圖像采 集單元203、超限確定單元204、檢測結果獲取單元205是分立的器件；或者 至少兩個單元集成在一起。
其中，所述激光照射單元202用于當檢測出有列車通行該預定路段時， 對預定路段列車的基本安全高度進行水平激光照射，同時對鐵路的路基安全 界限進行垂直激光照射。
在本發明提供的列車超限的檢測系統中，所述激光照射單元202為面激 光器，優選為紅外面激光器。
在本發明提供的列車超限的檢測系統中，所述超限條件為釆集的預定 路段的圖像上包含激光反射特征或連續釆集的預定數目的圖像上都包含激光 反射特征。其中，預定數目的值根據用戶的需要進行預設。
在本發明提供的列車超限的檢測系統中，所述預定路段為根據用戶的需 要預先設定的路段。
在本發明提供的列車超限的檢測系統中，所述圖像采集單元203為攝像 機，優選為安裝有帶通濾光片的廣角攝像機，例如可以為安裝了 808nm(納 米)帶通濾光片的廣角攝像機，該攝像機只允許808nm土10nm波段的光通過。
需要說明的是，在具體采用的裝置運用上，本發明使用面激光器對列車 的基本安全高度以及路基安全界限分別進行水平和垂直照射，并使用安裝了 帶通濾光片的廣角攝像機等圖像采集設備對預定路段經激光照射后的圖像進 行采集，在此基礎上對采集到的激光圖像進行分析處理，從而來辨別列車是 否裝載可能影響列車安全通行的超限物體，因此，本發明具有識別率高、系 統復雜程度低、造價低廉的特點，能夠適應各種天氣條件和列車行車速度， 并且由于本發明所釆用的系統可以進行遠程檢測判斷，因而可以和行車區域完全無接觸，從而具有在具體設備安裝維護上具有不影響行車、施工簡易、 便于維護、使用壽命較長的特點。同時，本發明所采用的激光器的波長、功 率和各種施工工程參數都經過嚴格計算，在確保檢測準確率的同時也保證了 使用的安全性。
雖然通過實施例描繪了本發明，本領域技術人員知道，本發明有許多變 形和變化而不脫離本發明的精神，希望所附的權利要求包括這些變形和變化 而不脫離本發明的精神，任何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本 發明的保護范圍內。
權利要求
1、一種列車超限的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟檢測預定路段的列車通行情況；當檢測出有列車通過所述預定路段時，采集所述預定路段的圖像，并執行預定激光照射操作；當確定當前通行的列車滿足超限條件時，判斷得出當前通行的列車超限。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述預定激光照射揭:作具體為對預定路段列車的基本安全高度進行水平激光照射，同時對鐵路的路基 安全界限進行垂直激光照射。
3、 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光為面激光。
4、 如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，按照以下步驟 確定當前列車滿足超限條件判斷所釆集的圖像中是否存在激光反射特征；如果所采集的圖像中存在激光反射特征，確定當前列車滿足超限條件。
5、 如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，按照以下步驟 確定當前列車滿足超限條件連續采集預定數目的圖像；判斷所述連續采集的預定數目的圖像上是否都包含激光反射特征時； 如果所述連續采集的預定數目的圖像上都包含激光反射特征，確定當前 列車滿足超限條件。
6、 如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述預定路^爻 為根據用戶的需要預先設定的路段。
7、 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述預定數目的值才艮據用戶 的需要進行預設。
8、 一種列車超限的檢測系統，其特征在于，包括 列車通行檢測單元，用于檢測預定路段的列車通行情況； 激光照射單元，用于當檢測出有列車通過該預定路段時，執行預定激光照射操作；圖像采集單元，用于當檢測出有列車通過所述預定路段時，采集所述預定路段的圖像；超限確定單元，用于確定當前列車是否滿足超限條件； 檢測結果獲取單元，用于當確定當前列車滿足超限條件時，判斷得出當前通行的列車超限。
9、 如權利要求8所述的系統，其特征在于，所述激光照射單元用于當檢 測出有列車通過該預定路段時，對預定路段列車的基本安全高度進行水平激 光照射，同時對鐵路的路基安全界限進行垂直激光照射。
10、 如權利要求9所述的系統，其特征在于，所述激光照射單元為面激 光器。
11、 如權利要求8至10中任一項所述的系統，其特征在于，所述超限條 件為采集的預定路段的圖像上包含激光反射特征。
12、 如權利要求11所述的系統，其特征在于，所述超限條件為連續采 集的預定數目的圖像上都包含激光反射特征。
13、 如權利要求12所述的系統，其特征在于，所述預定數目的值根據用 戶的需要進行預設。
14、 如權利要求8所述的系統，其特征在于，所述預定路段為根據用戶 的需要預先設定的路段。
15、 權利要求8所述的系統，其特征在于，所述圖像采集單元為安裝有 帶通濾光片的廣角攝像機。
全文摘要
本發明公開了一種列車超限的檢測方法，包括步驟檢測預定路段的列車通行情況；當檢測出有列車通過所述預定路段時，采集所述預定路段的圖像，并執行預定激光照射操作；當確定當前列車滿足超限條件時，判斷得出當前通行的列車超限。此外，本發明還公開了一種列車超限的檢測系統。通過本發明，可以準確地對鐵路線路上行駛的列車是否裝載影響列車安全通行的超限物體進行檢測，提高了鐵路運輸的安全性。
文檔編號G01B11/24GK101424510SQ20071016642
公開日2009年5月6日 申請日期2007年10月31日 優先權日2007年10月31日
發明者巖 張, 毅 李, 佳 王, 金美玉 申請人:保定市天河電子技術有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
