CN108919705A - 一种轨道机车智能行驶辅助*** - Google Patents

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郭峰
侯娜
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    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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Abstract

本发明公开了一种轨道机车智能行驶辅助***，利用车行驶智能控制***、振动传感器、图像采集单元、电流传感器、电压传感器、报警单元以及远程监控中心，对机车前方的环境信息、机车行驶过程中轨道的振动信号以及对机车内车载设备LKJ、TAX和LAIS的电压信号和电流信号进行检查，机车行驶智能控制***包括中央处理单元、图像处理单元、第一信号处理器、机车动力控制单元、机车制动控制单元、存储单元以及第二信号处理器，第一信号处理器的输出端、图像处理单元的输出端以及第二信号处理器的输出端与中央处理器的输入端连接；机车制动控制单元的输入端、机车动力控制单元的输入端以及存储单元的输入端分别与中央处理单元的输出端连接。

Description

一种轨道机车智能行驶辅助***
技术领域
本发明涉及一种机车行驶辅助***，具体为一种轨道机车智能行驶辅助***，属于交通测试技术领域。
背景技术
随着社会与经济的快速发展，轨道交通安全问题也日益严重，机车在预定轨道行驶，而经常会有落石、人员、动物等出现在机车行驶轨道内，上述情况会造成机车行驶安全隐患，而机车的行驶速度较快，单靠人眼睛识别机车行驶前方轨道是否存在安全隐患，则机车难以及时制动，容易造成机车出现事故，因此对机车在行驶中的过程检测成为解决机车行驶安全迫切需要解决的问题。
目前对机车在行驶过程中的速度检测主要是根据速度传感器进行，其一，将速度传感器安装于机车上，以此测试机车的速度，但是，这仅仅是对机车的速度进行检测，其二，机车出现安全隐患往往不是因为速度问题，而是因为机车行驶的轨道出现质量问题，也就是说，在某段铁路轨道上运行的机车并不是以某一恒定的速度行驶就可以避免安全事故。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种轨道机车智能行驶辅助***，利用车行驶智能控制***、振动传感器、图像采集单元、电流传感器、电压传感器、报警单元以及远程监控中心，对机车前方的环境信息、机车行驶过程中轨道的振动信号以及对机车内车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号进行检查，以保障机车行驶安全。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种轨道机车智能行驶辅助***，包括机车行驶智能控制***、振动传感器、图像采集单元、电流传感器、电压传感器、报警单元以及远程监控中心；
其中，振动传感器的输出端、图像采集单元的输出端、电流传感器的输出端以及电压传感器的输出端分别与机车行驶智能控制***的输入端连接；报警单元的输入端和远程监控中心的输入端分别与中央处理单元的输出端连接；
振动传感器安装在铁路轨道的两侧，图像采集单元安装在机车前端，图像采集单元用于采集机车前端的图像信息，电流传感器和电压传感器用于采集车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号。
优选的，机车行驶智能控制***包括中央处理单元、图像处理单元、第一信号处理器、机车动力控制单元、机车制动控制单元、存储单元以及第二信号处理器；
其中，第一信号处理器的输出端、图像处理单元的输出端以及第二信号处理器的输出端与中央处理器的输入端连接；机车制动控制单元的输入端、机车动力控制单元的输入端以及存储单元的输入端分别与中央处理单元的输出端连接；
振动传感器的输出端与第一信号处理器的输入端连接，图像采集单元的输出端与图像处理单元的输入端连接，电流传感器的输出端和电压传感器的输出端分别与第二信号处理器的输入端连接。
优选的，第一信号处理器包括滤波器、信号放大器以及A/D转换器；
其中，振动传感器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与信号放大器的输入端连接，信号放大器的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与中央处理器的输入端连接；
振动传感器安装在铁路轨道的两侧，振动传感器用于感测铁路轨道的振动信号；振动传感器与滤波器通过无线通讯网络连接。
优选的，图像处理单元包括图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块；
其中，图像采集单元的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与图像去噪模块的输入端连接，图像去噪模块的输出端与中央处理单元的输入端连接。
优选的，振动传感器将采集到的铁路轨道的振动信号传输至第一信号处理器，第一信号处理器将处理后的振动信号传输至中央处理单元，中央处理单元将接收到的经过第一信号处理器处理后的振动信号与预设振动阈值进行比较，若大于或等于预设振动阈值，则中央处理单元控制机车动力控制单元调整机车速度，直至上述处理后的振动信号小于预设振动阈值，同时，中央处理单元控制报警单元发出报警信息；若小于预设振动阈值，则中央处理单元控制机车动力控制单元保持机车当前速度。
优选的，图像采集单元用于采集机车前端的图像信息，并将图像信息传输至图像处理单元，图像处理单元对上述图像信息进行图像处理，并将处理后的图像信息传输至中央处理器，中央处理单元将接收的上述处理后的图像信息与标准图像信息进行比对，若不一致，则中央处理单元控制机车制动控制单元对机车进行制动，同时，中央处理单元控制报警单元发出报警信息，中央处理单元将接收的上述处理后的图像信息保存至存储单元；若一致，则中央处理单元控制机车动力控制单元保持机车当前速度，同时中央处理单元将接收的上述处理后的图像信息保存至存储单元。
优选的，标准图像信息为铁路轨道上无异常物体时的铁路轨道的图像信息。
优选的，电流传感器和电压传感器用于采集车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号，并将上述车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号传输至第二信号处理器，第二信号处理器对上述车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号依次进行滤波和A/D转换，并将处理后的电压信号和电流信号传输至中央处理单元，中央处理单元将上述处理后的电压信号和电流信号传输至远程监控中心，远程监控中心通过对上述处理后的电压信号和电流信号进行功率分析，以判断车载设备LKJ、TAX以及LAIS运行是否正常。
优选的，将图像采集单元采集的图像定义为二维函数f(x，y)，其中x、y是空间坐标，图像增强模块对图像f(x，y)进行图像增强处理，经过图像增强处理后的图像为g(x，y)，其中，
其中，k、q为自定义参数，k的取值范围为(0，1)，q的取值范围为[ln2k，lnk]；
图像平滑模块对图像增强模块处理后的图像g(x，y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像为p(x，y)，其中，
图像去噪模块对图像平滑模块处理后的图像p(x，y)进行图像去噪处理，经过图像去噪处理后的图像为s(x，y)，其中，对图像s(x，y)进行预处理后的图像为q(x，y)，
s(x，y)＝q(x，y)+q(x-1，y)+q(x，y-1)+q(x+1，y)+q(x，y+1)；
图像去噪模块将经过图像去噪处理后的图像s(x，y)传输至中央处理单元。
优选的，中央处理单元将经过第一信号处理器处理后的振动信号、经过图像处理单元处理后的图像信息、经过第二信号处理器处理后的车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号均传输至远程监控中心，远程监控中心对所接收的信号进行分析，以对机车行驶状态进行故障诊断。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明提供的轨道机车智能行驶辅助***，图像处理单元对图像采集单元采集的图像依次进行图像增强、图像平滑和图像去噪处理，可高效、快速的提取图像采集单元的图像信息，可提高对机车前方轨道的图像信息的辨识精度，有效地减少误判情况发生；
(2)本发明提供的轨道机车智能行驶辅助***，其通过安装在轨道上的振动传感器采集机车在行驶过程中轨道的振动信号，并将采集到的振动信号与预设振动阈值进行比较以判断机车当前速度是否存在安全隐患，可更加全面、可靠的获知机车当前运行状态的安全性是否存在隐患。
附图说明
图1为本发明的机车行驶状态的示意图；
图2为本发明的轨道机车智能行驶辅助***的示意图；
图3为本发明的第一信号处理器的示意图；
图4为本发明的图像处理单元的示意图。
附图标记：
1-中央处理单元；2-图像采集单元；3-电流传感器；4-图像处理单元；5-电压传感器，6-振动传感器，7-第一信号处理器，8-报警单元，9-机车动力控制单元，10-机车制动控制单元，11-存储单元，12-远程监控中心，13-滤波器，14-信号放大器，15-A/D转换器，16-铁路轨道，17-第二信号处理器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明提供的轨道机车智能行驶辅助***包括机车行驶智能控制***、振动传感器6、图像采集单元2、电流传感器3、电压传感器5、报警单元8以及远程监控中心12；
其中，振动传感器6的输出端、图像采集单元2的输出端、电流传感器3的输出端以及电压传感器5的输出端分别与机车行驶智能控制***的输入端连接；报警单元8的输入端和远程监控中心12的输入端分别与中央处理单元1的输出端连接；
其中，振动传感器6安装在铁路轨道16的两侧，图像采集单元2安装在机车前端，图像采集单元2用于采集机车前端的图像信息，电流传感器3和电压传感器5用于采集车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号。
如图2所示，机车行驶智能控制***包括中央处理单元1、图像处理单元4、第一信号处理器7、机车动力控制单元9、机车制动控制单元10、存储单元11以及第二信号处理器17；
其中，第一信号处理器7的输出端、图像处理单元4的输出端以及第二信号处理器17的输出端与中央处理器1的输入端连接；机车制动控制单元10的输入端、机车动力控制单元9的输入端以及存储单元11的输入端分别与中央处理单元1的输出端连接；
振动传感器6的输出端与第一信号处理器7的输入端连接，图像采集单元2的输出端与图像处理单元4的输入端连接，电流传感器3的输出端和电压传感器5的输出端分别与第二信号处理器17的输入端连接。
如图3所示，第一信号处理器7包括滤波器13、信号放大器14以及A/D转换器15；
其中，振动传感器6的输出端与滤波器13的输入端连接，滤波器13的输出端与信号放大器14的输入端连接，信号放大器14的输出端与A/D转换器15的输入端连接，A/D转换器15的输出端与中央处理器1的输入端连接；
振动传感器6安装在铁路轨道16的两侧，振动传感器6用于感测铁路轨道16的振动信号；振动传感器6与滤波器13通过无线通讯网络连接。
如图4所示，图像处理单元4包括图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块；
其中，图像采集单元2的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与图像去噪模块的输入端连接，图像去噪模块的输出端与中央处理单元1的输入端连接。
具体地，振动传感器6将采集到的铁路轨道16的振动信号传输至第一信号处理器7，第一信号处理器7将处理后的振动信号传输至中央处理单元1，中央处理单元1将接收到的经过第一信号处理器7处理后的振动信号与预设振动阈值进行比较，若大于或等于预设振动阈值，则中央处理单元1控制机车动力控制单元9调整机车速度，直至上述处理后的振动信号小于预设振动阈值，同时，中央处理单元1控制报警单元8发出报警信息；若小于预设振动阈值，则中央处理单元1控制机车动力控制单元9保持机车当前速度。
具体地，图像采集单元2用于采集机车前端的图像信息，并将图像信息传输至图像处理单元4，图像处理单元4对上述图像信息进行图像处理，并将处理后的图像信息传输至中央处理器1，中央处理单元1将接收的上述处理后的图像信息与标准图像信息进行比对，若不一致，则中央处理单元1控制机车制动控制单元10对机车进行制动，同时，中央处理单元1控制报警单元8发出报警信息，中央处理单元1将接收的上述处理后的图像信息保存至存储单元11；若一致，则中央处理单元1控制机车动力控制单元9保持机车当前速度，同时中央处理单元1将接收的上述处理后的图像信息保存至存储单元11。
具体地，标准图像信息为铁路轨道16上无异常物体时的铁路轨道16的图像信息。
具体地，电流传感器3和电压传感器5用于采集车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号，并将上述车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号传输至第二信号处理器17，第二信号处理器17对上述车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号依次进行滤波和A/D转换，并将处理后的电压信号和电流信号传输至中央处理单元1，中央处理单元1将上述处理后的电压信号和电流信号传输至远程监控中心12，远程监控中心12通过对上述处理后的电压信号和电流信号进行功率分析，以判断车载设备LKJ、TAX以及LAIS运行是否正常。
具体地，将图像采集单元2采集的图像定义为二维函数f(x，y)，其中x、y是空间坐标，图像增强模块对图像f(x，y)进行图像增强处理，经过图像增强处理后的图像为g(x，y)，其中，
其中，k、q为自定义参数，k的取值范围为(0，1)，q的取值范围为[ln2k，lnk]；
图像平滑模块对图像增强模块处理后的图像g(x，y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像为p(x，y)，其中，
图像去噪模块对图像平滑模块处理后的图像p(x，y)进行图像去噪处理，经过图像去噪处理后的图像为s(x，y)，其中，对图像s(x，y)进行预处理后的图像为q(x，y)，
s(x，y)＝q(x，y)+q(x-1，y)+q(x，y-1)+q(x+1，y)+q(x，y+1)；
图像去噪模块将经过图像去噪处理后的图像s(x，y)传输至中央处理单元1。
具体地，中央处理单元1将经过第一信号处理器7处理后的振动信号、经过图像处理单元4处理后的图像信息、经过第二信号处理器17处理后的车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号均传输至远程监控中心12，远程监控中心12对所接收的信号进行分析，以对机车行驶状态进行故障诊断。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述轨道机车智能行驶辅助***包括机车行驶智能控制***、振动传感器(6)、图像采集单元(2)、电流传感器(3)、电压传感器(5)、报警单元(8)以及远程监控中心(12)；
其中，所述振动传感器(6)的输出端、所述图像采集单元(2)的输出端、所述电流传感器(3)的输出端以及所述电压传感器(5)的输出端分别与所述机车行驶智能控制***的输入端连接；所述报警单元(8)的输入端和所述远程监控中心(12)的输入端分别与所述中央处理单元(1)的输出端连接；
所述振动传感器(6)安装在铁路轨道(16)的两侧，所述图像采集单元(2)安装在机车前端，所述图像采集单元(2)用于采集机车前端的图像信息，所述电流传感器(3)和所述电压传感器(5)用于采集车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号。
2.根据权利要求1所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述机车行驶智能控制***包括中央处理单元(1)、图像处理单元(4)、第一信号处理器(7)、机车动力控制单元(9)、机车制动控制单元(10)、存储单元(11)以及第二信号处理器(17)；
其中，所述第一信号处理器(7)的输出端、所述图像处理单元(4)的输出端以及所述第二信号处理器(17)的输出端与所述中央处理器(1)的输入端连接；所述机车制动控制单元(10)的输入端、所述机车动力控制单元(9)的输入端以及所述存储单元(11)的输入端分别与所述中央处理单元(1)的输出端连接；
所述振动传感器(6)的输出端与所述第一信号处理器(7)的输入端连接，所述图像采集单元(2)的输出端与所述图像处理单元(4)的输入端连接，所述电流传感器(3)的输出端和所述电压传感器(5)的输出端分别与所述第二信号处理器(17)的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述第一信号处理器(7)包括滤波器(13)、信号放大器(14)以及A/D转换器(15)；
其中，所述振动传感器(6)的输出端与所述滤波器(13)的输入端连接，所述滤波器(13)的输出端与所述信号放大器(14)的输入端连接，所述信号放大器(14)的输出端与所述A/D转换器(15)的输入端连接，所述A/D转换器(15)的输出端与所述中央处理器(1)的输入端连接；
所述振动传感器(6)安装在铁路轨道(16)的两侧，所述振动传感器(6)用于感测铁路轨道(16)的振动信号；所述振动传感器(6)与所述滤波器(13)通过无线通讯网络连接。
4.根据权利要求1所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述图像处理单元(4)包括图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块；
其中，所述图像采集单元(2)的输出端与所述图像增强模块的输入端连接，所述图像增强模块的输出端与所述图像平滑模块的输入端连接，所述图像平滑模块的输出端与所述图像去噪模块的输入端连接，所述图像去噪模块的输出端与所述中央处理单元(1)的输入端连接。
5.根据权利要求3所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述振动传感器(6)将采集到的铁路轨道(16)的振动信号传输至所述第一信号处理器(7)，所述第一信号处理器(7)将处理后的振动信号传输至所述中央处理单元(1)，所述中央处理单元(1)将接收到的经过所述第一信号处理器(7)处理后的振动信号与预设振动阈值进行比较，若大于或等于预设振动阈值，则所述中央处理单元(1)控制所述机车动力控制单元(9)调整机车速度，直至上述处理后的振动信号小于预设振动阈值，同时，所述中央处理单元(1)控制所述报警单元(8)发出报警信息；若小于预设振动阈值，则所述中央处理单元(1)控制所述机车动力控制单元(9)保持机车当前速度。
6.根据权利要求1所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述图像采集单元(2)用于采集机车前端的图像信息，并将图像信息传输至所述图像处理单元(4)，所述图像处理单元(4)对上述图像信息进行图像处理，并将处理后的图像信息传输至所述中央处理器(1)，所述中央处理单元(1)将接收的上述处理后的图像信息与标准图像信息进行比对，若不一致，则所述中央处理单元(1)控制所述机车制动控制单元(10)对机车进行制动，同时，所述中央处理单元(1)控制所述报警单元(8)发出报警信息，所述中央处理单元(1)将接收的上述处理后的图像信息保存至所述存储单元(11)；若一致，则所述中央处理单元(1)控制所述机车动力控制单元(9)保持机车当前速度，同时所述中央处理单元(1)将接收的上述处理后的图像信息保存至所述存储单元(11)。
7.根据权利要求6所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述标准图像信息为所述铁路轨道(16)上无异常物体时的所述铁路轨道(16)的图像信息。
8.根据权利要求1所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述电流传感器(3)和所述电压传感器(5)用于采集车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号，并将上述车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号传输至所述第二信号处理器(17)，所述第二信号处理器(17)对上述车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号依次进行滤波和A/D转换，并将处理后的电压信号和电流信号传输至所述中央处理单元(1)，所述中央处理单元(1)将上述处理后的电压信号和电流信号传输至所述远程监控中心(12)，所述远程监控中心(12)通过对上述处理后的电压信号和电流信号进行功率分析，以判断所述车载设备LKJ、TAX以及LAIS运行是否正常。
9.根据权利要求4所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，将所述图像采集单元(2)采集的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，所述图像增强模块对图像f(x,y)进行图像增强处理，经过图像增强处理后的图像为g(x,y)，其中，
其中，k、q为自定义参数，k的取值范围为(0,1)，q的取值范围为；
所述图像平滑模块对所述图像增强模块处理后的图像g(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像为p(x,y)，其中，
所述图像去噪模块对所述图像平滑模块处理后的图像p(x,y)进行图像去噪处理，经过图像去噪处理后的图像为s(x,y)，其中，对图像s(x,y)进行预处理后的图像为q(x,y)，
s(x，y)＝q(x，y)+q(x-1，y)+q(x，y-1)+q(x+1，y)+q(x，y+1)
所述图像去噪模块将经过图像去噪处理后的图像s(x,y)传输至所述中央处理单元(1)。
10.根据权利要求1所述的一种轨道机车智能行驶辅助***，其特征在于，所述中央处理单元(1)将经过所述第一信号处理器(7)处理后的振动信号、经过所述图像处理单元(4)处理后的图像信息、经过所述第二信号处理器(17)处理后的车载设备LKJ、TAX以及LAIS的电压信号和电流信号均传输至所述远程监控中心(12)，所述远程监控中心(12)对所接收的信号进行分析，以对机车行驶状态进行故障诊断。
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