[发明专利]一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及气象观测技术领域，特别是一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置及方法。

背景技术

下小雪对铁路运输并无大碍，但大雪或飞雪会严重影响运输安全和运输效率，雪崩则可能造成铁路安全事故。通过对铁路沿线雪情的实时监测，可以有效的避免雪灾引起铁路安全事故，提高运输安全和运输效率，为铁路安全运营提供量化参考。

雪深是从积雪表面到地面的垂直深度。传统的雪深测量方法是人工观测法，将雪尺或有同样刻度的测杆插入雪中至地表面来进行地面积雪深度的测量。人工观测费时、费力，随机误差较大，且天气变化对测量精度及实施难度均有较大影响，难以实现高精度、实时雪深监测。

目前的雪深自动化观测方法，包括图像识别法、超声波测量法和激光传感器测距法。图像识别法是先将量雪尺立在雪地，用摄像机采集量雪尺图像，然后通过图像识别软件识别量雪尺当前刻度，得出雪的深度。这种方法虽能够实时测得雪深数据，但在大雪或者能见度较低的情况下，识别精度低，测量误差大。超声波雪深传感器是应用超声波在声阻抗不同的两种物质界面上产生反射的性质测量界面距离的原理来测量雪的深度。风速、不平整的雪面、低吹雪、较低的温度等因素却会影响超声波传感器的测量结果，使得其测量距离比较短，测量精度较低。激光传感器测量雪深精度高，实时性好，但传统的单一激光传感器进行雪深测量，可能因为激光检测点的位置不同，得出不同的测量结果，造成列车的错误调度或者是误报警的情况。除此之外，通过超声波传感器和激光传感器测量雪深，只对同一位置点进行连续测量，当这一观测点受到人为破坏等因素影响，装置会误报数据或者观测点废掉等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量精度高、稳定性好、实时性强、结构简单、使用方便的激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量装置，包括激光雪深传感器、云台、支架、第一固定架、第二固定架、数据处理平台、终端计算机、量雪尺、地面参考板、倾角传感器、网络摄像机；所述激光雪深传感器固定在云台上，激光雪深传感器随云台的俯仰转动而转动；所述倾角传感器固定设置于激光雪深传感器侧壁，实现转动角度的测量；所述支架与地面垂直固定，沿着支架从下到上依次设置有第一固定架、第二固定架、云台，其中云台安装在支架顶端，并通过第一螺栓固定；所述数据处理平台通过第一螺钉设置在第二固定架上，所述网络摄像机通过第二螺钉设置在第一固定架上，第一固定架、第二固定架分别通过第二螺栓水平安装在支架上；所述地面参考板水平安装且与地面平齐，量雪尺设置在地面参考板中心，并与地面垂直；

所述数据处理平台包括数据处理单元、3G路由器，其中3G路由器采用3G移动数据通信平台，通过3G路由器无线传输视频图像及积雪深度信息；所述激光雪深传感器、倾角传感器与网络摄像机的数据线均接入数据处理平台，数据处理平台采集激光雪深传感器的输出信号和网络摄像机采集的视频信号，经数据处理单元处理后得到视频图像及积雪深度信息并由3G路由器发送到3G无线网络，终端计算机通过配套的路由器对处理结果进行接收。

一种激光和视频融合的铁路雪深多点自动测量方法，包括以下步骤：

第1步，在直条状量雪尺的纵向中心设置1条竖直线，刻度线垂直于该竖直线形成十字线交叉点，设定交叉点个数为n，分度值用m表示，量雪尺总长为L；

第2步，获取积雪前网络摄像机采集的量雪尺图像，确定量雪尺的图像与实际量雪尺的比例关系，记为1:λ；

第3步，调整云台的转动角度，使得激光雪深传感器和量雪尺测量同一点雪深值，数据处理平台的数据处理单元分别获得积雪后激光雪深传感器采集的数值、网络摄像机采集的图像；

第4步，数据处理单元根据激光雪深传感器采集的数值得到当前第一积雪深度值h₁；

第5步，数据处理单元根据网络摄像机采集的图像进行图像识别得到量雪尺十字线交叉点的个数，从而确定刻度线条数，则第二积雪深度值h₂＝L-m·(n-1)；

第6步，比较第一积雪深度值h₁和第二积雪深度值h₂：如果误差超过5mm，则返回第3步进行装置校正；如果两者误差不超过5mm，则采用加权平均法将两者数据进行融合，得到最终雪深数据并通过3G无线通信发送给终端计算机，然后进入下一步估算周围地面积雪分布；