本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，特別涉及一種軌道交通障礙物檢測預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、軌道交通車輛(諸如地鐵列車、城際鐵路列車、全國路網(wǎng)鐵路列車等)在行駛過程中，其前方行駛軌道區(qū)域或軌道兩側(cè)近端區(qū)域若出現(xiàn)障礙物(諸如人、動物、車輛等)是很容易造成重大交通事故的。要降低這類事故的發(fā)生幾率就需要為軌道交通車輛提供一種能夠主動進行障礙物檢測的技術(shù)手段，而這也是本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種軌道交通障礙物檢測預(yù)警系統(tǒng)，包括：激光雷達、攝像機、慣性導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、主控模塊、聲光報警模塊、存儲模塊和啟停按鈕模塊；其中，數(shù)據(jù)交換模塊為全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換設(shè)備(類似交換機)，激光雷達、攝像機和慣性導(dǎo)航模塊為系統(tǒng)的三類感知組件，聲光報警模塊為系統(tǒng)的主動預(yù)警組件，存儲模塊為系統(tǒng)的預(yù)警日志存儲組件，主控模塊為系統(tǒng)的核心組件，啟停按鈕模塊為控制主控模塊啟動/停止的一鍵啟停組件；主控模塊用于根據(jù)三類感知組件提供的實時感知數(shù)據(jù)(場景點云、場景視頻、自車運算參數(shù))對前方行駛軌道區(qū)域+軌道兩側(cè)近端區(qū)域內(nèi)是否出現(xiàn)障礙物進行主動識別，并在確認出現(xiàn)障礙物時及時通過聲光報警模塊進行預(yù)警并通過存儲模塊進行預(yù)警日志存儲。通過本發(fā)明一方面可為軌道交通車輛提供一種能夠主動進行障礙物檢測的技術(shù)手段，達到提高行車安全、降低碰撞事故發(fā)生幾率的目的；另一方面基于一鍵啟停功能，可降低司乘人員/系統(tǒng)使用人員的操作復(fù)雜度。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了一種軌道交通障礙物檢測預(yù)警系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：激光雷達、攝像機、慣性導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、主控模塊、聲光報警模塊、存儲模塊和啟停按鈕模塊；

3、所述數(shù)據(jù)交換模塊至少包括六個以太網(wǎng)交換端口，分別通過rj45接口網(wǎng)線與所述激光雷達、所述攝像機、所述慣性導(dǎo)航模塊、所述主控模塊、所述聲光報警模塊和所述存儲模塊連接；所述主控模塊與所述啟停按鈕模塊直連；

4、所述激光雷達安裝在軌道交通車輛的車頭；所述激光雷達用于對所述軌道交通車輛的前方場景進行雷達掃描得到對應(yīng)的第一場景點云；并按預(yù)設(shè)的第一上傳頻率定期將最新的所述第一場景點云向所述主控模塊發(fā)送；

5、所述攝像機安裝在所述軌道交通車輛的車頭；所述攝像機用于對所述軌道交通車輛的前方場景進行視頻拍攝得到對應(yīng)的第一場景視頻；并按預(yù)設(shè)的第二上傳頻率定期將最新拍攝的所述第一場景視頻向所述主控模塊發(fā)送；每個所述第一場景視頻的視頻長度都為預(yù)設(shè)的第一視頻長度；所述第二上傳頻率小于所述第一上傳頻率；所述第一視頻長度大于所述第一上傳頻率對應(yīng)的時間周期；

6、所述慣性導(dǎo)航模塊用于對所述軌道交通車輛的加速度、速度、位置和位姿進行實時測量計算得到對應(yīng)的第一加速度、第一速度、第一位置和第一位姿組成對應(yīng)的第一運動參數(shù)組；并按預(yù)設(shè)的第三上傳頻率定期將最新得到的所述第一運動參數(shù)組向所述主控模塊發(fā)送；所述第一位置為所述軌道交通車輛從始發(fā)站發(fā)車后的軌道行駛距離；所述第一位姿包括俯仰角、偏航角和滾轉(zhuǎn)角；所述第三上傳頻率大于所述第一、二上傳頻率；

7、所述數(shù)據(jù)交換模塊用于按以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換協(xié)議對所述六個以太網(wǎng)交換端口進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；

8、所述主控模塊用于在收到所述啟停按鈕模塊發(fā)送的啟動信號時對內(nèi)置的檢測預(yù)警軟件進行加載運行處理；并在加載運行成功時將預(yù)設(shè)的系統(tǒng)已啟動提示音頻作為對應(yīng)的第一音頻；并設(shè)置對應(yīng)的第一模式為非預(yù)警模式；并由所述第一音頻和所述第一模式組成對應(yīng)的第一預(yù)警數(shù)據(jù)；并通過所述數(shù)據(jù)交換模塊將所述第一預(yù)警數(shù)據(jù)向所述聲光報警模塊發(fā)送；所述第一模式包括非預(yù)警模式和預(yù)警模式；

9、所述主控模塊還用于在收到所述啟停按鈕模塊發(fā)送的停止信號時對正在運行的所述檢測預(yù)警軟件進行停止運行處理；并在停止運行成功時將預(yù)設(shè)的系統(tǒng)已停止提示音頻作為對應(yīng)的所述第一音頻；并設(shè)置對應(yīng)的所述第一模式為非預(yù)警模式；并由所述第一音頻和所述第一模式組成對應(yīng)的所述第一預(yù)警數(shù)據(jù)；并通過所述數(shù)據(jù)交換模塊將所述第一預(yù)警數(shù)據(jù)向所述聲光報警模塊發(fā)送；

10、所述主控模塊還用于在所述檢測預(yù)警軟件正常運行時，創(chuàng)建三個緩存隊列記為對應(yīng)的第一、第二和第三緩存隊列；并在每收到一個所述第一場景點云時就將當次接收的所述第一場景點云存入對應(yīng)的所述第一緩存隊列；并在每收到一個所述第一場景視頻時就將當次接收的所述第一場景視頻存入對應(yīng)的所述第二緩存隊列；并在每收到一個所述第一運動參數(shù)組時就將當次接收的所述第一運動參數(shù)組存入對應(yīng)的所述第三緩存隊列；

11、所述主控模塊還用于在所述檢測預(yù)警軟件正常運行時，從所述第一緩存隊列中提取出最新的所述第一場景點云記為對應(yīng)的當前場景點云；并將所述第二緩存隊列中存儲時間與所述當前場景點云的存儲時間最近的所述第一場景視頻提取出來作為對應(yīng)的當前場景視頻；并將所述第三緩存隊列中存儲時間與所述當前場景點云的存儲時間最近的所述第一運動參數(shù)組提取出來作為對應(yīng)的當前運動參數(shù)組；并將所述當前場景視頻的視頻時段記為對應(yīng)的當前視頻時段；并將所述第三緩存隊列中存儲時間滿足所述當前視頻時段的所述第一運動參數(shù)組提取出來按時間先后順序排序作為對應(yīng)的當前時段參數(shù)組序列；并基于所述當前場景點云、所述當前場景視頻、所述當前運動參數(shù)組和所述當前時段參數(shù)組序列進行障礙物檢測得到對應(yīng)的第一檢測結(jié)果；并在所述第一檢測結(jié)果為有障礙物時，調(diào)用所述聲光報警模塊和所述存儲模塊進行聲光預(yù)警和預(yù)警日志存儲處理；所述第一檢測結(jié)果包括無障礙物和有障礙物；

12、所述聲光報警模塊包括語音播放組件和報警燈組件；所述聲光報警模塊用于在收到所述主控模塊發(fā)送的所述第一預(yù)警數(shù)據(jù)時，從當次收到的所述第一預(yù)警數(shù)據(jù)中提取出對應(yīng)的所述第一音頻和所述第一模式；并對所述第一模式進行識別；若所述第一模式為非預(yù)警模式，則通過所述語音播放組件對所述第一音頻進行語音播放、并使所述報警燈組件處于關(guān)閉狀態(tài)；若所述第一模式為預(yù)警模式，則通過所述語音播放組件對所述第一音頻進行語音播放、并開啟所述報警燈組件進行燈光預(yù)警；

13、所述存儲模塊用于存儲多個第一預(yù)警日志；

14、所述啟停按鈕模塊包括啟動按鈕和停止按鈕；所述啟停按鈕模塊用于在所述啟動按鈕被按下時向所述主控模塊發(fā)送所述啟動信號；并在所述停止按鈕被按下時向所述主控模塊發(fā)送所述停止信號。

15、優(yōu)選的，所述主控模塊具體用于在所述基于所述當前場景點云、所述當前場景視頻、所述當前運動參數(shù)組和所述當前時段參數(shù)組序列進行障礙物檢測得到對應(yīng)的第一檢測結(jié)果時，

16、根據(jù)所述當前運動參數(shù)組的所述第一加速度、所述第一速度和所述第一位姿，對所述軌道交通車輛的緊急制動距離進行估算得到對應(yīng)的第一距離l；并根據(jù)所述當前運動參數(shù)組的所述第一位置、所述軌道交通車輛的車輛高度h和車輛寬度w以及預(yù)設(shè)的所述軌道交通車輛的車輛路線高精地圖，對所述軌道交通車輛在未來行駛所述第一距離l的時段內(nèi)會通過的三維空間r進行確認；并根據(jù)預(yù)設(shè)的車輛單側(cè)橫向安全區(qū)域?qū)挾取鱳對所述三維空間r的左右寬度進行橫向拓展；完成橫向拓展的所述三維空間r的橫截面面積為(w+2△w)×h、長度為l；

17、并根據(jù)所述三維空間r和所述當前場景點云進行目標檢測得到對應(yīng)的第一檢測目標序列；所述第一檢測目標序列不為空時由一個或多個第一檢測目標組成；所述第一檢測目標包括第一目標尺寸和第一目標自車坐標；

18、并根據(jù)所述三維空間r、所述當前場景視頻、所述當前運動參數(shù)組和所述當前時段參數(shù)組序列進行目標檢測得到對應(yīng)的第二檢測目標序列；所述第二檢測目標序列不為空時由一個或多個第二檢測目標組成；所述第二檢測目標包括第二目標尺寸、第二目標自車坐標和第二目標預(yù)測軌跡；

19、并對所述第一、第二檢測目標序列進行識別；若所述第一、第二檢測目標序列都為空，則設(shè)置對應(yīng)的所述第一檢測結(jié)果為無障礙物；若所述第一、第二檢測目標序列不全為空，則設(shè)置對應(yīng)的所述第一檢測結(jié)果為有障礙物。

20、進一步的，所述主控模塊具體用于在所述根據(jù)所述三維空間r和所述當前場景點云進行目標檢測得到對應(yīng)的第一檢測目標序列時，

21、將所述當前場景點云中處于所述三維空間r內(nèi)的點云提取出來作為對應(yīng)的第一空間點云；

22、并對所述第一空間點云進行地面點過濾得到對應(yīng)的第二空間點云；

23、并對所述第二空間點云進行目標檢測得到對應(yīng)的第一目標檢測框集合；所述第一目標檢測框集合不為空時由一個或多個第一目標檢測框組成；所述第一目標檢測框包括第一檢測框尺寸和第一檢測框中心點坐標；

24、并對所述第一目標檢測框集合是否為空進行識別；

25、若所述第一目標檢測框集合為空，則設(shè)置對應(yīng)的所述第一檢測目標序列為空；

26、若所述第一目標檢測框集合不為空，則基于預(yù)設(shè)的雷達內(nèi)外參對各個所述第一檢測框中心點坐標進行從雷達坐標系到所述軌道交通車輛的自車坐標系的坐標轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的第一檢測框自車坐標；并將各個所述第一目標檢測框?qū)?yīng)的所述第一檢測框尺寸和所述第一檢測框自車坐標作為對應(yīng)的所述第一目標尺寸和所述第一目標自車坐標組成一個對應(yīng)的所述第一檢測目標；并由得到的所有所述第一檢測目標順序排序組成對應(yīng)的所述第一檢測目標序列。

27、進一步的，所述主控模塊具體用于在所述根據(jù)所述三維空間r、所述當前場景視頻、所述當前運動參數(shù)組和所述當前時段參數(shù)組序列進行目標檢測得到對應(yīng)的第二檢測目標序列時，

28、對所述當前場景視頻進行分幀圖像提取處理得到對應(yīng)的第一圖像序列；所述第一圖像序列由多個第一圖像pi按時間先后順序排序而成，索引i為一個大于1的整數(shù)；每個所述第一圖像pi對應(yīng)一個視頻時間點；

29、并將所述當前時段參數(shù)組序列中參數(shù)組存儲時間與各個所述第一圖像pi的視頻時間點最接近的所述第一運動參數(shù)組的所述第一位置和所述第一位姿提取出來組成一個對應(yīng)的第一參數(shù)組ci；并將所述當前運動參數(shù)組的所述第一位置和所述第一位姿提取出來組成一個對應(yīng)的當前參數(shù)組c0；并對各個所述第一參數(shù)組ci與所述當前參數(shù)組c0進行位置和位姿差分計算得到對應(yīng)的差分參數(shù)組△ci；

30、并對各個所述第一圖像pi進行目標檢測處理得到對應(yīng)的第二目標檢測框集合；所述第二目標檢測框集合包括多個第二目標檢測框；所述第二目標檢測框包括第二檢測框尺寸和第二檢測框中心點坐標；

31、并基于預(yù)設(shè)的攝像頭內(nèi)外參對各個所述第二檢測框中心點坐標進行從圖像坐標系到所述軌道交通車輛的自車坐標系的坐標轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的第一轉(zhuǎn)換坐標；再對所有所述差分參數(shù)組△ci進行遍歷；并在遍歷時將當前遍歷的所述差分參數(shù)組△ci作為對應(yīng)的當前差分參數(shù)組，并將所述當前差分參數(shù)組對應(yīng)的所述第一圖像pi作為對應(yīng)的當前圖像，并基于所述當前差分參數(shù)組對所述當前圖像對應(yīng)的各個所述第一轉(zhuǎn)換坐標進行位移旋轉(zhuǎn)處理得到對應(yīng)的第二轉(zhuǎn)換坐標；并將所述當前圖像對應(yīng)的各個所述第二檢測框中心點坐標重置為對應(yīng)的所述第二轉(zhuǎn)換坐標；各個所述第一轉(zhuǎn)換坐標為與對應(yīng)的所述第一參數(shù)組ci對應(yīng)的時刻點上的自車坐標系坐標；各個所述第二轉(zhuǎn)換坐標與所述當前參數(shù)組c0對應(yīng)的時刻點上的自車坐標系坐標；

32、并將得到的所有所述第二目標檢測框集合按時間先后排序組成對應(yīng)的第二目標檢測框集合序列；并根據(jù)所述第二目標檢測框集合序列進行目標關(guān)聯(lián)處理得到對應(yīng)的多個第一目標關(guān)聯(lián)序列；并基于各個所述第一目標關(guān)聯(lián)序列進行目標運動軌跡預(yù)測處理得到對應(yīng)得到第一預(yù)測軌跡；每個所述第一目標關(guān)聯(lián)序列由一個或多個對應(yīng)同一個檢測目標的所述第二目標檢測框按時間先后順序排序而成；所述第一預(yù)測軌跡包括多個第一軌跡點；每個所述第一軌跡點對應(yīng)一個第一點坐標；所述第一點坐標為與所述當前參數(shù)組c0對應(yīng)的時刻點上的自車坐標系坐標；

33、并將各個所述第一目標關(guān)聯(lián)序列中最后一個所述第二目標檢測框的所述第二檢測框尺寸和所述第二檢測框中心點坐標作為對應(yīng)的所述第二目標尺寸和所述第二目標自車坐標，并將各個所述第一目標關(guān)聯(lián)序列對應(yīng)的所述第一預(yù)測軌跡作為對應(yīng)的所述第二目標預(yù)測軌跡；并由各個所述第一目標關(guān)聯(lián)序列對應(yīng)的所述第二目標尺寸、所述第二目標自車坐標和所述第二目標預(yù)測軌跡組成一個對應(yīng)的所述第二檢測目標；

34、并將所述第二目標自車坐標或所述第二目標預(yù)測軌跡與所述三維空間r沒有交集的所述第二檢測目標刪除；并對剩余的所述第二檢測目標的總數(shù)是否為零進行識別，若是則設(shè)置對應(yīng)的所述第二檢測目標序列為空，若否則由剩余的所有所述第二檢測目標組成對應(yīng)的所述第二檢測目標序列。

35、優(yōu)選的，所述主控模塊具體用于在所述調(diào)用所述聲光報警模塊和所述存儲模塊進行聲光預(yù)警和預(yù)警日志存儲處理時，

36、將預(yù)設(shè)的前方出現(xiàn)障礙物提示音頻作為對應(yīng)的所述第一音頻；并設(shè)置對應(yīng)的所述第一模式為預(yù)警模式；并由所述第一音頻和所述第一模式組成對應(yīng)的所述第一預(yù)警數(shù)據(jù)；并通過所述數(shù)據(jù)交換模塊將所述第一預(yù)警數(shù)據(jù)向所述聲光報警模塊發(fā)送；

37、并將當前時間作為對應(yīng)的第一結(jié)束時間；并將所述第一結(jié)束時間減去預(yù)設(shè)的第一時長的時間作為對應(yīng)的第一起始時間；并由所述第一起始時間和所述第一結(jié)束時間組成對應(yīng)的第一時段；并將所述第一緩存隊列中存儲時間滿足所述第一時段的所述第一場景點云提取出來組成對應(yīng)的第一備份點云集合；并將所述第二緩存隊列中存儲時間滿足所述第一時段的所述第一場景視頻提取出來組成對應(yīng)的第一備份視頻集合；并將所述第三緩存隊列中存儲時間滿足所述第一時段的所述第一運動參數(shù)組提取出來組成對應(yīng)的第一備份參數(shù)集合；并由所述第一起始時間、所述第一結(jié)束時間、所述第一備份點云集合、所述第一備份視頻集合和所述第一備份參數(shù)集合組成一個對應(yīng)的所述第一預(yù)警日志；并通過所述數(shù)據(jù)交換模塊將所述第一預(yù)警日志存入所述存儲模塊。

38、本發(fā)明實施例提供了一種軌道交通障礙物檢測預(yù)警系統(tǒng)。由上述內(nèi)容可知，該系統(tǒng)包括：激光雷達、攝像機、慣性導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、主控模塊、聲光報警模塊、存儲模塊和啟停按鈕模塊；其中，數(shù)據(jù)交換模塊為全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換設(shè)備(類似交換機)，激光雷達、攝像機和慣性導(dǎo)航模塊為系統(tǒng)的三類感知組件，聲光報警模塊為系統(tǒng)的主動預(yù)警組件，存儲模塊為系統(tǒng)的預(yù)警日志存儲組件，主控模塊為系統(tǒng)的核心組件，啟停按鈕模塊為控制主控模塊啟動/停止的一鍵啟停組件；主控模塊用于根據(jù)三類感知組件提供的實時感知數(shù)據(jù)(場景點云、場景視頻、自車運算參數(shù))對前方行駛軌道區(qū)域+軌道兩側(cè)近端區(qū)域內(nèi)是否出現(xiàn)障礙物進行主動識別，并在確認出現(xiàn)障礙物時及時通過聲光報警模塊進行預(yù)警并通過存儲模塊進行預(yù)警日志存儲。通過本發(fā)明實施例系統(tǒng)一方面能為軌道交通車輛提供一種能夠主動進行障礙物檢測的技術(shù)手段，提高了行車安全保障、降低了重大碰撞事故的發(fā)生幾率；另一方面基于一鍵啟停功能，還降低可司乘人員/系統(tǒng)使用人員的操作復(fù)雜度、提高了系統(tǒng)的使用便捷性。