轨道车辆障碍物检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种轨道车辆障碍物检测系统。

背景技术：

2.随着我国经济和科技的蓬勃发展，轨道交通得到了越来越多的应用，轨道交通的载客量越来越高。尤其是地铁，因其比较准时，且不受天气影响，被作为现在上班的首选，在人们日常生活中发挥着重要的作用。
3.在客运量大幅上升的同时，对城市轨道交通运营安全性的要求也越来越高，由于轨道车辆障碍物的危害性极大，因此障碍物检测的相关研究已经成为轨道交通领域内的热点。
4.现有技术中也公开了若干种对轨道车辆障碍物进行检测的装置或方法，其中大多数的轨道车辆障碍物检测装置采用车载雷达和车载摄像机来分别采集列车行驶路线障碍物信息和采集轨道位置信息，但是这样的方式在检测到障碍物时，列车已经临近障碍物附近，留给驾驶员反应这样突发情况的时间极短，因此亟需一种轨道车辆障碍物检测系统来解决上述技术问题。

技术实现要素：

5.本实用新型提供一种轨道车辆障碍物检测系统，用以解决现有技术中车载检测的方式造成反应时间短的问题，实现轨道各路段障碍物的实时检测。
6.本实用新型提供一种轨道车辆障碍物检测系统，包括：
7.交换机；
8.检测机构，与所述交换机信号连接，用于检测轨道长度方向的障碍物信号；
9.安全主机，与所述交换机信号连接，所述安全主机内置处理器用于处理所述障碍物信号的数据；
10.地面控制中心，与所述交换机信号连接，用于接收所述障碍物信号并向所述安全主机反馈所辖区段内线路信息和列车信息信号；以及
11.车载设备，与所述交换机信号连接，用于接收所述障碍物信号、所辖区段内线路信息和列车信息信号以及向所述安全主机发送区段请求信号；其中，
12.所述交换机、检测机构和安全主机适于安装于轨道旁。
13.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，还包括惯性测量装置，所述惯性测量装置与所述交换机信号连接，用于监测所述检测机构的位姿状态。
14.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，所述安全主机内设有第一处理器和第二处理器，所述第一处理器和第二处理器均为基于imx8的cpu。
15.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，所述安全主机设置为两个，两个所述安全主机均与交换机信号连接且两个所述安全主机互为热备。
16.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，所述检测机构包括
异构的第一激光雷达和第二激光雷达。
17.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，所述惯性测量装置与所述第一激光雷达和第二激光雷达均安装于同一高度平面。
18.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，所述惯性测量装置与所述第一激光雷达的角度偏差以及所述惯性测量装置与所述第二激光雷达的角度偏差均小于等于0.01度。
19.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，所述安全主机内设有用于过滤高频噪声的低通数字滤波器。
20.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，所述交换机通过骨干网与所述地面控制中心和轨道车辆的车载设备信号连接。
21.根据本实用新型实施例提供的一种轨道车辆障碍物检测系统，所述检测系统沿所述轨道的长度方向设置为多个，相邻两个所述检测系统之间的间距为100-200米。
22.本实用新型实施例提供的轨道车辆障碍物检测系统，通过设置于轨道旁的检测机构检测轨道一定路段区域的障碍物信号，当检测到障碍物信号时，检测机构将反馈信号至安全主机，安全主机对数据进行计算处理后将通过交换机发送信号至地面控制中心，地面控制中心接收到障碍物检测信息后，将所辖区段内线路信息和列车信息发送到安全主机，安全主机再将所辖区段内线路信息和列车信息发送至车载设备，车载设备可以发送区段请求使该安全主机将障碍物相对于检测机构的距离信息发送至车载设备，以此方式可以进行障碍物的提前预警，使驾驶员在较远的位置便可知晓障碍物信息，能使驾驶员提前做出准备，更好的保障轨道交通的安全性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本实用新型提供的轨道车辆障碍物检测系统的结构框图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
26.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；
可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
28.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
30.下面结合图1来描述本实用新型的轨道车辆障碍物检测系统，该检测系统包括交换机、安全主机、检测机构、地面控制中心和车载设备，其中，交换机、安全主机和检测机构可以安装于轨道旁，安全主机与交换机信号连接，安全主机内置处理器用于处理障碍物信号的数据，检测机构与交换机信号连接，检测机构沿轨道长度方向进行障碍物信号的检测。同时，交换机通过信号连接的方式连接位于远端的地面控制中心以及轨道车辆的车载设备，其中，地面控制中心用于接收障碍物信号并向安全主机反馈所辖区段内线路信息和列车信息信号，车载设备用于接收障碍物信号、所辖区段内线路信息和列车信息信号以及向安全主机发送区段请求信号。
31.根据本实用新型提供的轨道车辆障碍物检测系统，可以设置于轨道旁的检测机构检测轨道一定路段区域的障碍物信号，当检测到障碍物信号时，检测机构将反馈信号至安全主机，安全主机对数据进行计算处理后将通过交换机发送信号至地面控制中心，地面控制中心接收到障碍物检测信息后，将所辖区段内线路信息和列车信息发送到安全主机，安全主机再将所辖区段内线路信息和列车信息发送至车载设备，车载设备可以发送区段请求使该安全主机将障碍物相对于检测机构的距离信息发送至车载设备，以此方式可以进行障碍物的提前预警，使驾驶员在较远的位置便可知晓障碍物信息，能使驾驶员提前做出准备，更好的保障轨道交通的安全性。
32.交换机、安全主机和检测机构适于安装于轨道旁应理解为，在使用交换机、安全主机和检测机构时，将其安装于轨道边且不会影响车辆行驶的位置。
33.本实施例中的轨道车辆障碍物检查系统还包括惯性测量装置(imu，inertial measurement unit，以下的惯性测量装置用imu表述)，imu与交换机信号连接，以对检测机构的位姿信号进行实时监测，利用imu来监测检测机构的位姿状态，以确保检测机构所检测的数据无异常。
34.其中，在安全主机内设置有第一处理器和第二处理器，第一处理器和第二处理器
均采用基于imx8的cpu，检测机构包括异构的第一激光雷达和第二激光雷达，异构的第一激光雷达和第二激光雷达可以是两个不同厂家生产的激光雷达，第一激光雷达和第二激光雷达可以分别对应第一处理器和第二处理器，也就是第一激光雷达将检测到的障碍物信号发送至第一处理器，第二激光雷达将检测到的障碍物信号发送至第二处理器，安全主机内的第一处理器和第二处理器分别接收到第一激光雷达和第二激光雷达反馈来的信号信息后，该安全主机内的第一处理器和第二处理器将同步运算，运算后安全主机会将运算出的障碍物检测数据进行比较，当二者数据一致时，则通过交换机向地面控制中心发出信号。
35.其中安全主机的数量设置为两个，两个安全主机内均设置有第一处理器和第二处理器，两个安全主机通过交换机实现同时运算且互为热备。第一激光雷达会将检测到的障碍物信号发送至两个安全主机内的第一处理器，第二激光雷达会将检测到的障碍物信号发送至两个安全主机内的第二处理器，两个安全主机同时进行计算，其中一个安全主机先中的第一处理器和第二处理器所算出的数据一致时，便可发送信号至交换机，利用交换机向地面控制中心发出信号，此时另一个安全主机内的第一处理器和第二处理器可停止计算；当其中一个安全主机中的第一处理器和第二处理器先算出的数据不一致时，另一个安全主机则成为备系，此时另一个安全主机计算出的数据一致后也可向地面控制中心发出信号；而当两个安全主机内的第一处理器和第二处理器计算出来的结果都不一致时，则会向地面控制中心发出报警信号，从而通知检修人员在轨道交通停运的时间段来进行检修。
36.其中，imu也安装于轨道旁，且imu与第一激光雷达、第二激光雷达安装在同一高度平面内，imu与第一激光雷达的角度偏差以及imu与第二激光雷达的角度偏差均小于等于0.01度。从而确保imu能得到第一激光雷达和第二激光雷达准确的位姿信息。并且，在安装的过程中还需使用精密的水平仪进行辅助安装，以充分确保三者高度和安装角度的一致性。
37.由于imu本身精度并不高，噪声比较大，而且容易受到环境的影响，所以在安全主机内还设置有高速a/d(digital to analog converter，数模转换器)，该高速a/d可输入程序，从而可以使安全主机能通过过采样技术来采集imu发送过来的数据，同时在安全主机内还设置有100阶低通数字滤波器，结合前述的过采样技术，可以很好的过滤掉高频噪声，再配合imu本身的预积分算法(预积分是imu中加速度和角速度引起的下一时刻的状态量关于当前时刻的增量，在当前坐标系下，把imu的输出值先积分好，姿态解算过程中大量重复的积分运算就简化为了乘法运算)，从而大大节省了运算量，且极大的保证了数据的有效性。
38.其中，交换机通过骨干网与地面控制中心和轨道车辆的车载设备信号连接，第一处理器和第二处理器之间通过千兆以太网连接，第一处理器和第二处理器均通过千兆以太网与交换机连接，检测机构通过千兆以太网与交换机连接，惯性测量装置通过百兆以太网与交换机连接，交换机与骨干网通过千兆光纤连接。
39.沿轨道的长度方向，将本检测系统设置为多个，其中，相邻两个检测系统之间的间距为100-200米。从而在列车运行轨道上形成多个检测点，分别用于检测该段线路上是否出现障碍物。
40.根据本实用新型实施例提供的轨道车辆障碍物检测系统，该检测系统的测试原理如下：
41.利用imu实时监测第一激光雷达和第二激光雷达的位姿，若发现第一激光雷达和/
或第二激光雷达的位姿异常，便将异常信息通过交换机发送给安全主机，安全主机将不采信第一激光雷达和/或第二激光雷达所检测的数据，同时向地面控制中心报警，以使检修人员在轨道交通停运的时间段来进行检修；
42.若位姿正常，安全主机的第一处理器和第二处理器分别接收第一激光雷达和第二激光雷达的信号，并对雷达信号的原始点云数据进行解答和地面滤波，结合人工编辑进行精分类，提取有效信息以识别障碍物；
43.当其中一个安全主机的第一处理器和第二处理器的计算结果不一致时，则采用另一个安全主机作为备用；
44.当有一个安全主机的第一处理器和第二处理器的计算结果一致时，则将障碍物相对于雷达的距离信息通过骨干网发送至地面控制中心；
45.地面控制中心在接收到障碍物检测信息后，会通过骨干网将辖区段内线路信息、轨道车辆信息发送到安全主机；
46.安全主机接收到辖区段内线路信息、轨道车辆信息后会通过骨干网将辖区段内线路信息、轨道车辆信息发送至车载设备；
47.车载设备接收到信息后可以及时采取措施应对突发情况，同时，车载设备还能向发出信号的安全主机发送区段请求，当该安全主机接受到区段请求时，安全主机会立即通过交换机向该辆列车发送障碍物相对于雷达的距离信息。
48.本实用新型实施例提供的轨道车辆障碍物检测系统可以利用imu对雷达视角进行位姿监督，给出当前可视距离，若位姿异常，安全主机不采信当前雷达检测结果，同时发送异常报告以向地面控制中心进行报警。基于imx8的第一处理器和第二处理器通过雷达感知识别到所辖区段的障碍物相对雷达的距离信息，通过信息实时主动的通过骨干网向地面控制中心进行发送，并通过骨干网将所辖区段内线路信息和列车信息转发给车载设备，且车载设备向安全主机发送区段请求后还能向该辆列车发送障碍物相对于雷达的距离信息。
49.本实用新型实施例提供的轨道车辆障碍物检测系统可以基于imx8的cpu实现障碍物检测，采用过采样技术、数字滤波和预积分算法等相配合，来保证imu数据的有效性，能实时对雷达视角进行位姿监督，两个安全主机互为热备，可以最大程度的保证数据的正确性。
50.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于：包括交换机；检测机构，与所述交换机信号连接，用于检测轨道长度方向的障碍物信号；安全主机，与所述交换机信号连接，所述安全主机内置处理器用于处理所述障碍物信号的数据；地面控制中心，与所述交换机信号连接，用于接收所述障碍物信号并向所述安全主机反馈所辖区段内线路信息和列车信息信号；以及车载设备，与所述交换机信号连接，用于接收所述障碍物信号、所辖区段内线路信息和列车信息信号以及向所述安全主机发送区段请求信号；其中，所述交换机、检测机构和安全主机适于安装于轨道旁。2.根据权利要求1所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，还包括惯性测量装置，所述惯性测量装置与所述交换机信号连接，用于监测所述检测机构的位姿状态。3.根据权利要求1所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，所述安全主机内设有第一处理器和第二处理器，所述第一处理器和第二处理器均为基于imx8的cpu。4.根据权利要求1所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，所述安全主机设置为两个，两个所述安全主机均与交换机信号连接且两个所述安全主机互为热备。5.根据权利要求2所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，所述检测机构包括异构的第一激光雷达和第二激光雷达。6.根据权利要求5所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，所述惯性测量装置与所述第一激光雷达和第二激光雷达均安装于同一高度平面。7.根据权利要求5所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，所述惯性测量装置与所述第一激光雷达的角度偏差以及所述惯性测量装置与所述第二激光雷达的角度偏差均小于等于0.01度。8.根据权利要求1所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，所述安全主机内设有用于过滤高频噪声的低通数字滤波器。9.根据权利要求1所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，所述交换机通过骨干网与所述地面控制中心和轨道车辆的车载设备信号连接。10.根据权利要求1-9任一项所述的轨道车辆障碍物检测系统，其特征在于，所述检测系统沿所述轨道的长度方向设置为多个，相邻两个所述检测系统之间的间距为100-200米。

技术总结

本实用新型提供一种轨道车辆障碍物检测系统，适于安装于轨道旁进行检测，包括交换机、检测机构、安全主机、地面控制中心和车载设备，其中，检测机构与交换机信号连接，用于检测轨道长度方向的障碍物信号，安全主机与交换机信号连接，安全主机内置处理器用于处理障碍物信号的数据，地面控制中心与交换机信号连接，用于接收障碍物信号并向安全主机反馈所辖区段内线路信息和列车信息信号，车载设备与交换机信号连接，用于接收障碍物信号、所辖区段内线路信息和列车信息信号以及向安全主机发送区段请求信号。以此方式可以进行障碍物的提前预警，使驾驶员在较远的位置便可知晓障碍物信息，能使驾驶员提前做出准备，更好的保障轨道交通的安全性。交通的安全性。交通的安全性。