[发明专利]一种铁路异物侵限检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路线路安全维护领域。更具体地，涉及一种铁路异物侵限检测系统及检测方法。

背景技术

异物侵限是指铁路设施以外的达到一定质量和体积的固体物体因为外力作用，闯入了铁路线路，对铁路线路和列车行车安全造成威胁的行为。其多发于公路跨铁路地段、公路与铁路并行紧邻地段、施工路段附近、铁路正线以及山区中可能发生坍塌落石地段，因此具有突发性、无规律性和不可预测性的特点。

铁路异物侵限的检测主要分为接触式和非接触式检测两类。接触式检测系统主要包括单电网检测系统、双电网检测系统以及光纤光栅检测系统。他们都具备较高的灵敏度，对于接触性质的异物能够较为快速准确的判断做出反应，同时外界的干扰对其影响也较小。但是他们的前期安装成本较高，工作量大。同时，对于落入轨道中间的异物无法做出判断，对于未接触轨道的异物以及体积和重量较小的异物也无法做出相应的警报。非接触式检测系统主要包括微波、雷达、红外线、激光以及图像检测。他们共同的特点是安装相对简单，实现异物检测功能也相较容易，同时，不会受到异物是否落入地面的限制，对于悬在线路上方的异物有很好的检测作用。但是，他们容易受到外界干扰以致降低精准性，从而引起误报，这是限制这类检测系统的最主要原因。

通过综合比较几类检测系统，可以发现图像检测因其安装简单、维护工作量小、检测功能较为完善的特点逐渐使用在很多特殊的检测地段。对于因天气或者光照等外界因素的干扰使得灵敏度降低的问题，不像其他非接触式检测系统无能为力，图像检测系统可以通过改进算法的方式加以完善，提高检测精度，降低误报率。但目前国内外大多数系统采用嵌入式采集结合PC图像处理的方式，这种方式异物检测实时性较差，针对较长线路的检测时，也无法实现沿线密集式的布置。

因此，需要提供一种判别准确率高、实时性强并且能够沿线密集式布置的铁路异物侵限检测系统及检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种判别准确率高、实时性强并且能够沿线密集式布置的铁路异物侵限检测系统及检测方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种铁路异物侵限检测系统，该系统包括：

至少一个监控单元和与监控单元连接的嵌入式异物侵限检测单元，远程监控服务器；

嵌入式异物侵限检测单元包括：

图像采集芯片，用于实时采集监控单元拍摄的待检测铁路区域的图像数据；

现场可编程门阵列FPGA，用于通过背景差分逐帧判别图像数据中是否存在目标，若是则提取目标的特性组成目标的特征向量；

微处理器，用于根据目标的特征向量对图像数据进行异物侵限判别，包括：根据目标的特征向量对目标进行基于支持向量机SVM的目标分类，若目标为异物，则对目标进行基于Kalman滤波的跟踪并预测目标的运动趋势，若目标有侵限趋势则发出报警信息；若目标为列车或目标无侵限趋势则对下一帧图像数据进行异物侵限判别；

远程监控服务器，用于对各嵌入式异物侵限检测平台发送的报警信息进行确认并通知相关区域的列车。

优选地，嵌入式异物侵限检测单元还包括分别与FPGA和微处理器连接的存储器，分别用于存储目标的特征向量和报警信息。

优选地，FPGA和微处理器采用由微处理器至FPGA传输的单向GPIO模拟地址总线、双向数据总线和双向控制总线连接。

优选地，特征向量包括：高宽比、占空比、面积及灰度均值。

一种如前文所述系统的铁路异物侵限检测方法，该方法包括如下步骤：

S1、实时拍摄待检测铁路区域的图像并采集图像数据；

S2、通过背景差分逐帧判别图像数据中是否存在目标，若存在则提取目标的特征组成目标的特征向量，若不存在则继续判别下一帧图像数据；

S4、分类判别目标的特征向量，若目标为列车则转入步骤S2，若目标为异物则转入步骤S5；

S5、根据监测区域的区域划分规则判别目标所处的区域，对目标进行基于Kalman滤波的跟踪并预测目标的运动趋势，若目标有侵限趋势则发出预警信息，流程结束；若目标无侵限趋势则转入步骤S2。

优选地，在步骤S2之后且在步骤S4之前还包括如下步骤：

S3、判断该图像数据是否存在光照失真，若是则提高背景更新率并转入步骤S2，若否则转入步骤S4。

优选地，步骤S5进一步包括如下子步骤：

若目标处于安全区域则转入步骤S2，