本發(fā)明涉及一種高鐵防撞設(shè)備及方法，特別是一種計算機視覺和毫米波技術(shù)結(jié)合的高鐵防撞設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

計算機視覺和毫米波技術(shù)相結(jié)合的高鐵防撞設(shè)備是在高鐵動車列車在調(diào)車過程中的專用防撞設(shè)備，用以在高鐵動車組調(diào)車模式下，對前方路線狀態(tài)進行全程自動預警。高鐵動車組在調(diào)車模式下，現(xiàn)有監(jiān)控記錄裝置無法有效監(jiān)控，容易出現(xiàn)人工瞭望失誤或未及時進行降速、制動，導致線路異常時出現(xiàn)車輛撞擊異物或追尾等事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種計算機視覺和毫米波技術(shù)結(jié)合的高鐵防撞設(shè)備及方法，解決高鐵動車組在調(diào)車模式下，現(xiàn)有監(jiān)控記錄裝置無法有效監(jiān)控，容易出現(xiàn)人工瞭望失誤或未及時進行降速、制動，導致線路異常時出現(xiàn)車輛撞擊異物或追尾等事故的問題。

一種計算機視覺和毫米波技術(shù)結(jié)合的高鐵防撞設(shè)備，包括：可見光相機、雷達探測器、處理器和語音報警器；還包括：分類器加載模塊、圖像預處理模塊、雷達目標檢測模塊、計算機視覺模塊。其中，可見光相機、雷達探測器和語音報警器均通過線纜分別與處理器進行物理連接，分類器加載模塊、圖像預處理模塊、雷達目標檢測模塊和計算機視覺模塊運行于處理器中。所述：

可見光相機的功能為：采集圖像視頻數(shù)據(jù)；

雷達探測器的功能為：通過毫米波技術(shù)探測前方目標；

處理器的功能為：實現(xiàn)高鐵防撞設(shè)備各硬件模塊的控制和協(xié)調(diào)各軟件模塊工作；

語音報警器的功能為：通過語音播報報警信息；

分類器加載模塊的功能為：加載機器學習方法訓練得到的分類器；

圖像預處理模塊的功能為：對可見光采集的視頻圖像進行邊緣檢測和提取圖像特征；

雷達目標檢測算法模塊的功能為：通過計算目標距離雷達視軸的距離和角度，判斷目標是否在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，實現(xiàn)目標檢測的功能；

計算機視覺模塊的功能為：通過加載的分類器，根據(jù)圖像預處理模塊提取的圖像特征，結(jié)合模式識別的策略實現(xiàn)目標檢測。

高鐵防撞設(shè)備的工作過程為：高鐵防撞設(shè)備通過分類器加載模塊導入機器學習方法訓練好的分類器，然后啟動雷達探測器工作，同時可見光相機模塊采集視頻數(shù)據(jù)，圖像預處理模塊對采集的視頻數(shù)據(jù)做圖像預處理，然后啟動目標檢測，雷達目標檢測算法模塊和計算機視覺模塊開始目標檢測。當雷達探測器探測到目標時，雷達目標檢測算法模塊計算目標距離高雷達視軸的距離和角度，通過距離和角度測算目標是否在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，當目標在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)時，則通過語音播報：“注意，前方xx米有障礙物！”，其中xx表示目標距離雷達視軸的距離，同時流程回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標。當目標不在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，但計算機視覺模塊通過加載的分類器結(jié)合模式識別策略檢測到目標時，則通過語音播報：“注意，前方有障礙物！”；當目標不在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，且計算機視覺模塊通過加載的分類器結(jié)合模式識別策略檢測沒有檢測到目標時，流程回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標。當雷達探測器沒有探測到目標時，流程回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標。

一種計算機視覺和毫米波技術(shù)相結(jié)合的高鐵防撞方法的具體步驟為：

第一步搭建高鐵防撞系統(tǒng)，包括：可見光相機、雷達探測器、處理器和語音報警器；還包括：分類器加載模塊、圖像預處理模塊、雷達目標檢測模塊、計算機視覺模塊；其中，可見光相機、雷達探測器和語音報警器均通過線纜分別與處理器進行物理連接；

第二步高鐵防撞系統(tǒng)通過分類器加載模塊導入機器學習方法訓練好的分類器，然后啟動雷達探測器工作；

第三步可見光相機模塊采集視頻圖像數(shù)據(jù)；

第四步圖像預處理模塊對采集的視頻數(shù)據(jù)做圖像預處理；

第五步啟動目標檢測，雷達目標檢測算法模塊和計算機視覺模塊開始目標檢測；

當雷達探測器探測到目標時，雷達目標檢測算法模塊計算目標距離高雷達視軸的距離和角度，通過距離和角度測算目標是否在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)：

當目標在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)時，則通過語音播報：“注意，前方xx米有障礙物！”，其中xx表示目標距離雷達視軸的距離，同時回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標；

當目標不在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，但計算機視覺模塊通過加載的分類器結(jié)合模式識別策略檢測到目標時，則通過語音播報：“注意，前方有障礙物！”；當目標不在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，且計算機視覺模塊通過加載的分類器結(jié)合模式識別策略檢測沒有檢測到目標時，回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標；

當雷達探測器沒有探測到目標時，回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標；至此，完成了基于計算機視覺和毫米波技術(shù)相結(jié)合的高鐵防撞檢測。

本發(fā)明能夠全程自動預警提示，輔助人工判斷并確認線路狀態(tài)，以“故障導向安全”為設(shè)計原則，是高鐵動車組調(diào)車作業(yè)的又一道安全屏障和防護網(wǎng)。

附圖說明

圖1一種計算機視覺和毫米波技術(shù)結(jié)合的高鐵防撞設(shè)備的工作流程圖；

圖2一種計算機視覺和毫米波技術(shù)結(jié)合的高鐵防撞設(shè)備的組成示意圖。

具體實施方式

一種計算機視覺和毫米波技術(shù)結(jié)合的高鐵防撞設(shè)備，包括：可見光相機、雷達探測器、處理器和語音報警器；還包括：分類器加載模塊、圖像預處理模塊、雷達目標檢測模塊、計算機視覺模塊。其中，可見光相機、雷達探測器和語音報警器均通過線纜分別與處理器進行物理連接，所述：

可見光相機的功能為：采集圖像視頻數(shù)據(jù)；

雷達探測器的功能為：通過毫米波技術(shù)探測前方目標；

處理器的功能為：實現(xiàn)高鐵防撞設(shè)備各硬件模塊的控制和協(xié)調(diào)各軟件模塊工作；

語音報警器的功能為：通過語音播報報警信息；

分類器加載模塊的功能為：加載機器學習方法訓練得到的分類器；

圖像預處理模塊的功能為：對可見光采集的視頻圖像進行邊緣檢測和提取圖像特征；

雷達目標檢測算法模塊的功能為：通過計算目標距離雷達視軸的距離和角度，判斷目標是否在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，實現(xiàn)目標檢測的功能；

計算機視覺模塊的功能為：通過加載的分類器，根據(jù)圖像預處理模塊提取的圖像特征，結(jié)合模式識別的策略實現(xiàn)目標檢測。

高鐵防撞設(shè)備的工作過程為：高鐵防撞設(shè)備通過分類器加載模塊導入機器學習方法訓練好的分類器，然后啟動雷達探測器工作，同時可見光相機模塊采集視頻數(shù)據(jù)，圖像預處理模塊對采集的視頻數(shù)據(jù)做圖像預處理，然后啟動目標檢測，雷達目標檢測算法模塊和計算機視覺模塊開始目標檢測。當雷達探測器探測到目標時，雷達目標檢測算法模塊計算目標距離高雷達視軸的距離和角度，通過距離和角度測算目標是否在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，當目標在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)時，則通過語音播報：“注意，前方xx米有障礙物！”，其中xx表示目標距離雷達視軸的距離，同時流程回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標。當目標不在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，但計算機視覺模塊通過加載的分類器結(jié)合模式識別策略檢測到目標時，則通過語音播報：“注意，前方有障礙物！”；當目標不在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，且計算機視覺模塊通過加載的分類器結(jié)合模式識別策略檢測沒有檢測到目標時，流程回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標。當雷達探測器沒有探測到目標時，流程回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標。

一種計算機視覺和毫米波技術(shù)相結(jié)合的高鐵防撞方法的具體步驟為：

第一步搭建高鐵防撞系統(tǒng)，包括：可見光相機、雷達探測器、處理器和語音報警器；還包括：分類器加載模塊、圖像預處理模塊、雷達目標檢測模塊、計算機視覺模塊；其中，可見光相機、雷達探測器和語音報警器均通過線纜分別與處理器進行物理連接；

第二步高鐵防撞系統(tǒng)通過分類器加載模塊導入機器學習方法訓練好的分類器，然后啟動雷達探測器工作；

第三步可見光相機模塊采集視頻圖像數(shù)據(jù)；

第四步圖像預處理模塊對采集的視頻數(shù)據(jù)做圖像預處理；

第五步啟動目標檢測，雷達目標檢測算法模塊和計算機視覺模塊開始目標檢測；

當雷達探測器探測到目標時，雷達目標檢測算法模塊計算目標距離高雷達視軸的距離和角度，通過距離和角度測算目標是否在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)：

當目標在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)時，則通過語音播報：“注意，前方xx米有障礙物！”，其中xx表示目標距離雷達視軸的距離，同時回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標；

當目標不在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，但計算機視覺模塊通過加載的分類器結(jié)合模式識別策略檢測到目標時，則通過語音播報：“注意，前方有障礙物！”；當目標不在列車行駛的鐵軌范圍內(nèi)，且計算機視覺模塊通過加載的分類器結(jié)合模式識別策略檢測沒有檢測到目標時，回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標；

當雷達探測器沒有探測到目標時，回到可見光相機模塊，采集下一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測目標；至此，完成了基于計算機視覺和毫米波技術(shù)相結(jié)合的高鐵防撞檢測。