[发明专利]一种适用于接触网运行环境安全状态检测的装置及方法

权利要求书

1.一种适用于接触网运行环境安全状态检测的装置，其特征在于，主要由激光雷达矩阵、数据采集及处理模块、接触网距离数据输出模块、点云生成模块、侵限物体识别模块和GPS定位模块组成；所述激光雷达矩阵的所有激光雷达均通讯连接于所述数据采集及处理模块，所述接触网距离数据输出模块分别通讯连接于所述数据采集及处理模块和点云生成模块，所述侵限物体识别模块通讯连接于所述点云生成模块；

所述激光雷达矩阵中，每行横向排列的激光雷达与水平面分别呈设定的夹角，使得每行横向排列的所有激光雷达的扫描范围加起来能够覆盖接触网扫描截面；每列纵向排列的所有激光雷达与水平面的夹角相同；

所述数据采集及处理模块用于采集激光雷达矩阵中每个激光雷达的发射信号和回波信号，并据此计算出接触网扫描截面与激光雷达矩阵的距离；

所述接触网距离数据输出模块用于将数据采集及处理模块计算得到的距离数据传输至点云生成模块；

所述点云生成模块用于根据接触网距离数据输出模块传输的距离数据进行点云生成，得到重建的接触网三维效果；

侵限物体识别模块用于存储包括常见的侵限物体特征在内的大数据，并根据重建的接触网三维效果和大数据的对比进行侵限物体的种类的识别。

2.根据权利要求1所述的适用于接触网运行环境安全状态检测的装置，其特征在于，还包括有GPS定位模块，GPS定位模块通讯连接于所述侵限物体识别模块，用于定位当前的地理位置信息，并与侵限物体识别的结果一并输出。

3.根据权利要求1所述的适用于接触网运行环境安全状态检测的装置，其特征在于，所述激光雷达矩阵为5×5激光雷达矩阵。

4.根据权利要求3所述的适用于接触网运行环境安全状态检测的装置，其特征在于，每行横向排列的五个激光雷达与水平面的夹角依次为30°、60°、90°、120°、150°。

5.根据权利要求1所述的适用于接触网运行环境安全状态检测的装置，其特征在于，数据采集及处理模块采用FPGA+DSP双处理结构，其中，FPGA用于时序信号的产生、信号采集芯片的驱动、控制命令的收发；而DSP则主要是用于高速信号的提取和处理。

6.利用上述任一权利要求所述的适用于接触网运行环境安全状态检测的装置进行接触网运行环境安全状态检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1激光雷达矩阵上的雷达对火车上方接触网可能存在的位置进行快速扫描；

S2所述数据采集及处理模块接收激光雷达矩阵上每个激光雷达的发射信号和回波信号，计算出接触网扫描截面与激光雷达矩阵的距离，并判断该接触网扫描截面与激光雷达矩阵的距离是否处于正常的范围之内，如果不是，则说明该接触网运行环境异常现象有概率发生；

S3数据采集及处理模块计算得出的接触网扫描截面与激光雷达矩阵的距离由接触网距离数据输出模块传输至点云生成模块；

S4所述点云生成模块根据接触网距离数据输出模块传输的当前接触网扫描截面与激光雷达矩阵的距离进行点云生成，得到重建的接触网三维效果；

S5侵限物体识别模块将重建的接触网三维效果与所存储的大数据进行对比，识别出侵限物体的种类并输出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S5中，还通过GPS定位模块定位当前地理位置信息发送至侵限物体识别模块，与识别得到的侵限物体种类一并输出。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤如下：

2.1)假设f为调制频率，N为光波往返过程的整数周期，为总的相位差，则间隔时间t还可以表示为：

则接触网扫描截面与激光雷达矩阵的距离D为：

2.2)定义为测尺或刻度，为余尺；

则：

D＝L(N+ΔN)

因为L是已知的，所以只需要求出N和ΔN，就可得知目标距离D；ΔN可以通过测量得到，N＝O，此时测距结果是唯一的：

2.3)经过以上测算，距离D具有唯一性，因为铁路接触运行环境相对固定，接触网与列车的距离即与激光雷达矩阵的距离在正常情况下应当在固定的位置区间内，当所测得D值出现明显异常，即可判断接触网运行环境异常现象有概率发生。