一种铁路调车用动态测距系统的制作方法

1.本发明涉及调车作业技术领域，具体是一种铁路调车用动态测距系统。


背景技术：

2.站段专用线调车作业中，机车司机因调车任务繁重、工作环境艰苦、作息时间不规律等原因，常年处于高负荷和紧张的工作状态，身体极易疲劳；站段专用线中线路信号不比正线行车信号，缺乏主动识别与自动控制设施；这极大增加了调车作业的安全风险；基于机器视觉的相关技术发展与激光测距仪技术的普及，将其应用到站段专用线调车作业中，能够帮助司机监测调车线路上的潜在危险，减小事故的发生率。
3.但目前激光测距仪进行测量时，经常会受到外界环境的影响，导致测量结果不准确，可能会产生较大的安全隐患和经济损失；同时激光测距仪由于缺少有效及时的安全监测手段，无法根据载噪比来判断激光测距仪与处理器之间的通信状态，从而及时提醒用户进行处理，提高调车作业安全；基于以上不足，本发明提出一种铁路调车用动态测距系统。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出一种铁路调车用动态测距系统，由手持终端、吸附端、地面基站三部分组成，相互间通过无线进行信号传输；系统通过视觉+测距传感器检测行进方向200米内的连挂车距离，报告连挂车10车、5车、3车、1车距离，并提示相应距离的速度控制要求，保障调车过程安全；领车员通过手持终端监视车辆运行。
5.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种铁路调车用动态测距系统，包括手持终端、吸附端以及地面基站；所述吸附端通过磁吸或安装附件安装于车尾车箱，包括摄像头、激光测距雷达、无线wifi模块、gps定位模块、数传电台、主板、语音播报模块以及锂电池模块；所述摄像头用于采集车尾后方的实时视频数据，经主板处理后通过无线wifi模块发送至手持终端显示；在头车进入直道后，领车员通过手持终端的模式选择单元选择对应的测距场景；当进入有车线场景，则自动启用吸附端的激光测距雷达，所述吸附端用于将实时测距数据通过无线方式实时发送至手持终端显示；当进入无车线场景，则自动启用吸附端的gps定位模块和数传电台，将使用rtk差分技术运算之后的定位数据经主板处理后发送至手持终端显示；其中，所述激光测距雷达与数据采集模块相连接，在激光测距雷达启动监测后，所述数据采集模块用于按照预设间隔周期读入激光测距雷达的功率谱数据，并将读入的功率谱数据传输至数据分析模块进行有效性分析，根据激光测距雷达的载噪比zp的时空变化趋势，计算得到通信偏值tp；若tp大于偏值阈值，则表明此时激光测距雷达通信状态不佳，此时激光测距雷达
采集的测距数据无效，重新发布采集指令至激光测距雷达；进一步地，其中，数据分析模块的具体分析步骤为：根据读入的功率谱数据，按照预设核心算法计算得到距离门内窄带区域载噪比，即窄带载噪比；将反推得到的宽带载噪比与计算得到的窄带区域内载噪比进行比较，得到宽窄带载噪比差值；根据宽窄带载噪比差值最终计算获得激光测距雷达的载噪比zp；将载噪比zp与设定阈值相比较，当zp小于设定阈值，则生成偏离信号；当监测到偏离信号时，自动倒计时，倒计时时长为td时间，td为预设值；在倒计时阶段继续对偏离信号进行监测，若再次监测到偏离信号，则倒计时自动归为原值，重新按照td进行倒计时；否则倒计时归零，停止计时；统计倒计时阶段偏离信号的出现次数为c1；当监测到偏离信号时，将对应的载噪比zp与设定阈值进行差值计算，并将所有的差值进行求和得偏离总值ct，统计倒计时阶段的持续时长为tc；利用公式tp=(c1
×
b1+ct
×
b2)/(tc
×
b3)计算得到通信偏值tp，其中b1、b2、b3为系数因子。
6.进一步地，其中，在激光测距雷达启动监测之前，所述数据采集模块用于读入搜索带宽以及宽带总点数，计算出搜索带宽与宽带总点数的差值，用于反推宽带载噪比并将反推得到的宽带载噪比存储至主板。
7.进一步地，所述激光测距雷达用于采集实时测距数据，经主板处理后通过无线wifi模块发送至手持终端显示。
8.进一步地，所述手持终端为手环或6寸显示屏，通过无线信号接收吸附端打包数据并对数据进行解析显示，供领车员查看。
9.进一步地，所述手持终端用于根据接收到的实时测距数据自动判断，并在距离为由远及近到110米、55米、33米、11米时，通过手持终端或吸附端的语音播报模块进行语音报警提示；其中，提示内容包括相应距离的速度控制要求。
10.进一步地，当进入无车线场景，领车员通过手持终端的股道选择单元选择车辆股道；其中，不同股道对应不同的坐标，此坐标可通过设置界面进行手动设置。
11.进一步地，所述gps定位模块通过数传电台与基站通讯，在获取基站定位数据之后，再与自身定位数据进行rtk差分运算，通过卫星、基站和吸附端三者之间的相对位置计算出吸附端所在的位置，将运算之后的定位数据经主板处理后通过无线wifi模块发送至手持终端显示，并在目标距离由远及近到110米、55米、33米、11米时，进行语音报警提示；其中，目标距离表示为吸附端当前传输过来的位置坐标到股道内置坐标的距离。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明中吸附端通过磁吸或安装附件安装于车尾车箱，利用视觉+激光+gps定位等多传感器组合的模式，探测车尾停放车辆距离；当进入有车线场景，则自动启用吸附端的激光测距雷达，所述吸附端用于将实时测距数据通过无线方式实时发送至手持终端显示；当进入无车线场景，则自动启用吸附端的gps定位模块和数传电台，将使用rtk差分技术运算之后的定位数据经主板处理后发送至手持终端显示，提高测距精度；并在距离为由远及近到110米、55米、33米、11米时，通过手持终端或吸附端的语音播报模块进行语音报警提示，保障调车过程安全；
2、本发明中在激光测距雷达启动监测后，数据采集模块用于按照预设间隔读入激光测距雷达的功率谱数据，并将读入的功率谱数据传输至数据分析模块进行有效性分析；根据读入的功率谱数据，按照预设核心算法计算得到激光测距雷达的载噪比zp；当zp小于设定阈值，则生成偏离信号；根据偏离信号的时空变化趋势，计算得到通信偏值tp；若tp大于偏值阈值，则判定此时激光测距雷达采集的测距数据无效，重新发布采集指令至激光测距雷达；本发明能够有效地剔除信号质量较差条件下的突变异常结果值，提高激光测距雷达的测量精度，从而保障调车过程安全。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明一种铁路调车用动态测距系统的系统框图。
具体实施方式
15.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
16.如图1所示，一种铁路调车用动态测距系统，包括手持终端、吸附端以及地面基站，相互间通过无线进行信号传输；吸附端通过磁吸或安装附件安装于车尾车箱，利用视觉+激光测距雷达+gps定位等多传感器组合的模式，探测车尾停放车辆距离；吸附端包括摄像头、激光测距雷达、无线wifi模块、gps定位模块、数传电台、主板、语音播报模块以及锂电池模块；其中，摄像头用于采集车尾后方的实时视频数据，经主板处理后通过无线wifi模块发送至手持终端显示；激光测距雷达用于采集实时测距数据，经主板处理后通过无线wifi模块发送至手持终端显示；gps定位模块与主板通过串口连接，gps定位模块通过数传电台与基站通讯，gps定位模块获取基站定位数据之后，再与自身定位数据进行rtk差分运算，将运算之后的定位数据发送给主板，主板对数据进行解算之后将数据打包，通过无线wifi模块发送至手持终端显示；其中，gps定位模块采用单独供电方式，提高gps定位启动速度；语音播报模块用于通过主板控制语言播报发出提示声音，提醒人员注意；手持终端可选手环或6寸显示屏，通过无线信号接收吸附端打包数据并对数据进行解析显示，供领车员查看；在头车进入直道后，领车员通过手持终端的模式选择单元选择对应的测距场景，测距场景包括有车线场景、无车线场景；其中有车线场景为目标轨道上有停放车辆，即运行
前方存在反射物；无车线场景为目标轨道上没有停放车辆，无反射物；当进入有车线场景，则自动启用吸附端的激光测距雷达，并将激光测距雷达采集的实时测距数据通过无线方式实时发送至手持终端显示；手持终端用于根据接收到的实时测距数据自动判断，并在距离为由远及近到110米、55米、33米、11米时，通过手持终端或吸附端的语音播报模块进行语音报警提示，保障调车过程安全；其中提示内容包括相应距离的速度控制要求；当进入无车线场景，则自动启用吸附端的gps定位模块和数传电台，同时领车员通过手持终端的股道选择单元选择车辆股道；不同股道对应不同的坐标，此坐标可通过设置界面进行手动设置；gps定位模块通过数传电台与基站通讯，在获取基站定位数据之后，再与自身定位数据进行rtk差分运算，通过卫星、基站和吸附端三者之间的相对位置计算出吸附端所在的位置，将运算之后的定位数据经主板处理后通过无线wifi模块发送至手持终端显示；并在目标距离由远及近到110米、55米、33米、11米时，进行语音报警提示；其中，目标距离表示为吸附端当前传输过来的位置坐标到股道内置坐标的距离；rtk即real
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time kinematic，是指实时动态载波相位差分技术；其中，在激光测距雷达启动监测之前，数据采集模块用于读入搜索带宽以及宽带总点数，计算出搜索带宽与宽带总点数的差值，用于反推宽带载噪比并将反推得到的宽带载噪比存储至主板；在激光测距雷达启动监测后，数据采集模块用于按照预设间隔周期读入激光测距雷达的功率谱数据，并将读入的功率谱数据传输至数据分析模块进行有效性分析，判断此时激光测距雷达采集的测距数据是否有效；其中数据分析模块的具体分析步骤为：根据读入的功率谱数据，按照预设核心算法计算得到距离门内窄带区域载噪比，即窄带载噪比；所述预设核心算法具体为：根据功率谱数据拷贝基底噪声数组并计算噪声均值，其中基底噪声数组一般在整个功率谱的前几个距离门中选取；对功率谱数据进行对位滤除噪声，得到新的功率谱数据；根据新的功率谱数据计算距离门起始位置；其中每一个距离门的信号滤除噪声基底后，均得到一个基底平坦的谱；根据距离门起始位置分别计算得到门内噪声数据及门内波峰位置；在确认门内波峰位置后，向两边依次找到第一个趋势不同的点，获取驼峰数据区间；对门内噪声数据进行平滑及剔除处理后进而计算得到噪声功率值pn；其中噪声和信号的功率值是计算信号曲线面积；通过门内波峰位置计算驼峰数据区间得到驼峰信号数据，在对驼峰信号数据平滑处理之后进而求和计算得到信号功率值pc；计算窄带区域内载噪比c/n=10lg(pc/pn)；将反推得到的宽带载噪比与计算得到的窄带区域内载噪比进行比较，得到宽窄带载噪比差值；其中，宽带信噪比和窄带信噪比之间对于同一个搜索带宽有固定的差值；根据宽窄带载噪比差值最终计算获得激光测距雷达的载噪比zp；将载噪比zp与设定阈值相比较，当zp小于设定阈值，则生成偏离信号；根据偏离信号的时空变化趋势，判断激光测距雷达的通信状态是否异常；具体为：
当监测到偏离信号时，自动倒计时，倒计时时长为td时间，td为预设值；在倒计时阶段继续对偏离信号进行监测，若再次监测到偏离信号，则倒计时自动归为原值，重新按照td进行倒计时；否则倒计时归零，停止计时；统计倒计时阶段偏离信号的出现次数为c1；当监测到偏离信号时，将对应的载噪比zp与设定阈值进行差值计算，并将所有的差值进行求和得偏离总值ct，统计倒计时阶段的持续时长为tc；利用公式tp=(c1
×
b1+ct
×
b2)/(tc
×
b3)计算得到通信偏值tp，其中b1、b2、b3为系数因子；将通信偏值tp与偏值阈值相比较；若tp大于偏值阈值，则判定此时激光测距雷达采集的测距数据无效，重新发布采集指令至激光测距雷达；在本实施例中，本发明能够直观地查看激光测距雷达的载噪比时空变化趋势，通过观察和分析回波信号载噪比来判断激光测距雷达的通信状态，能够有效地剔除信号质量较差条件下的突变异常结果值，提高激光测距雷达的测量精度，从而保障调车过程安全。
17.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
18.本发明的工作原理：一种铁路调车用动态测距系统，在工作时，吸附端通过磁吸或安装附件安装于车尾车箱，利用视觉+激光+gps定位等多传感器组合的模式，探测车尾停放车辆距离；当进入有车线场景，则自动启用吸附端的激光测距雷达，手持终端用于根据接收到的实时测距数据自动判断，并在距离为由远及近到110米、55米、33米、11米时，通过手持终端或吸附端的语音播报模块进行语音报警提示，保障调车过程安全；当进入无车线场景，则自动启用吸附端的gps定位模块和数传电台，gps定位模块在获取基站定位数据之后，再与自身定位数据进行rtk差分运算，通过卫星、基站和吸附端三者之间的相对位置计算出吸附端所在的位置，提高测距精度；在激光测距雷达启动监测后，数据采集模块用于按照预设间隔读入激光测距雷达的功率谱数据，并将读入的功率谱数据传输至数据分析模块进行有效性分析；根据读入的功率谱数据，按照预设核心算法计算得到激光测距雷达的载噪比zp；当zp小于设定阈值，则生成偏离信号；根据偏离信号的时空变化趋势，计算得到通信偏值tp；若tp大于偏值阈值，则判定此时激光测距雷达采集的测距数据无效，重新发布采集指令至激光测距雷达；本发明能够有效地剔除信号质量较差条件下的突变异常结果值，提高激光测距雷达的测量精度，从而保障调车过程安全。
19.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中；在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
20.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明；优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作
很多的修改和变化；说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明；本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。