[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

说明书

本发明公开了一种适用于接触网运行环境安全状态检测的装置及方法，采用激光雷达矩阵设计，激光雷达矩阵发出脉冲激光，能够将接触网范围全覆盖，通过回波信号能够精确测算出接触网扫描截面距激光雷达矩阵距离。然后将大量测距数据生成3D点云，在计算机中重现接触网三维信息，其后根据接触网结构特性进行信息对比，及时发现接触网运行环境中的侵限物体，如危树、鸟窝等情况。本发明可以永久固定在火车上，不需要临时安装及拆卸，且避免使用视觉采集设备，以排除天气变化的影响。

技术领域

本发明涉及接触网技术领域，具体涉及一种适用于接触网运行环境安全状态检测的装置及方法。

背景技术

目前，电气化铁路火车运行依旧采用受电弓以滑动摩擦方式从接触网上获取持续电能。接触网运行环境安全状态直接影响着火车运行安全。

现有接触网运行环境检测主要基于图像视觉技术，如铁路总公司颁布的《高铁供电安全检测监测系统(6C系统)总体技术规范》。其中2C部分是采用视觉技术完成接触网检测，2C系统主要是将视觉采集设备架设在火车驾驶室内，传感器通过火车车窗接收到外界图像信号，随着火车的运行，图像采集装置能够将沿线接触网情况摄录下来，并保存于本地硬盘。由于火车驾驶室狭小，采集装置拆卸及安装都不够便捷。同时也干扰驾驶员行车安全，当遇到逆光、雨雪等环境影响图像采集质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种适用于接触网运行环境安全状态检测的装置及方法，可以永久固定在火车上，不需要临时安装及拆卸，且避免使用视觉采集设备，以排除天气变化的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于接触网运行环境安全状态检测的装置，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。

进一步地，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。

进一步地，所述激光雷达矩阵为5×5激光雷达矩阵。

更进一步地，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°。

进一步地，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。

利用上述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，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；