CN110126885B - 一种铁路周界入侵目标监测方法及*** - Google Patents

一种铁路周界入侵目标监测方法及*** Download PDF

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Abstract

本申请提供一种铁路周界入侵目标监测方法及***，在实际应用中，可以先通过振动光纤传感器获取铁路两侧防护网的振动信息，并生成预报警目标信息；再通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，最后根据预报警目标信息与扫描目标信息，匹配预报警目标与扫描目标；如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置以及上传所述扫描目标位置。本申请提供的入侵目标监测方法，采用雷达设备扫描配合振动光纤传感器对进入铁路周界区域内的目标进行自动判断，能够准确识别影响机车运行的目标并发出警报，避免出现目标误报，解决传统监测方法容易出现目标误报的问题。

Description

一种铁路周界入侵目标监测方法及***
技术领域
本申请涉及铁路设施技术领域，尤其涉及一种铁路周界入侵目标监测方法及***。
背景技术
铁路或高速铁路，因较高的行驶速度，需要保证铁路区域内没有阻碍目标，即避免人或动物等入侵目标进入到铁路区域内，影响铁路上的机车行驶。为了防止铁路附近的人或动物入侵铁路区域内，一般在铁路两侧设置阻挡入侵目标的防护网，组成铁路的防范周界。但是部分安全意识薄弱的人员或其他动物目标还是会翻越防护网进入铁路区域内，不仅对入侵目标造成危险，而且影响铁路机车的正常行驶。因此，现阶段仍然需要铁路工作人员定期对铁路沿线进行人工巡检。
为了节省人力，现有技术中示出一种基于脉冲电子围栏的铁路周界监控***，如图1所示，脉冲电子围栏一般包括设置在铁路两侧的脉冲发生器L1和前端围栏F1，脉冲发生器L1持续向前端围栏F1输送高电压、低电流的短时脉冲，当入侵目标翻越防护网进入铁路区域时，前端围栏F1的脉冲传递情况发生变化，此时，围栏会触发报警***，提醒铁路工作人员进行入侵目标排查，达到监测入侵目标的目的。但由于围栏具有高电压，会对附近人员或设施产生电磁干扰，并且当入侵人员身着绝缘性能较好的服装进入周界区域时，可能无法检测到入侵目标。
因此，现有技术中还示出一种基于红外光波对射的铁路周界监控***，如图2所示，红外光波对射监测***是在铁路两侧设置多个红外入侵探测器H1，H2，H3，……，每个红外入侵探测器上都设有相应的发射端和接收端，用于向相邻的红外入侵探测器发射或接收红外线，当有目标入侵时，红外入侵探测器之间由于入侵目标的遮挡，产生相应的信号变化，从而监测到入侵目标。可见，红外光波对射的铁路周界监控方式灵敏度较高，但只能检测直道区域，对于铁路线路，其转弯半径较大，很可能由于弯道的影响，使相邻两个红外入侵探测器之间偏离铁路周界区域，从而产生目标误报。
发明内容
本申请提供了一种铁路周界入侵目标监测方法及***，以解决传统监测方法容易出现目标误报的问题。
一方面，本申请提供一种铁路周界入侵目标监测方法，包括：
通过振动光纤传感器获取铁路两侧防护网的振动信息，所述振动信息包括振动强度值和发生振动的振动位置；
根据所述振动信息生成预报警目标信息，所述预报警目标信息包括与所述振动位置对应的预报警目标位置以及根据所述预报警目标位置生成的探测区域；
通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，所述扫描目标信息包括扫描目标位置；
根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标；
如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置以及上传所述扫描目标位置。
可选的，根据所述振动信息生成预报警目标信息，包括：
根据铁路路段的环境信息设置振动判断阈值；
对比所述振动强度值和所述振动判断阈值；
如果所述振动强度值大于所述振动判断阈值，获取所述振动光纤传感器检测的所述振动位置；
以所述振动位置为所述预报警目标位置，并以所述振动位置为基准向靠近铁路的方向划定所述探测区域。
可选的，通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，包括：
根据所述雷达设备的安装位置，确定所述雷达设备的预设防区，所述预设防区为位于所述雷达设备扫描面内的凸多边形；
通过所述雷达设备确定所述扫描目标与所述雷达设备之间的距离和角度关系数据，以及将所述关系数据转化为位置坐标；
根据所述扫描目标的位置坐标，确定所述扫描目标是否位于所述雷达设备的预设防区内；
如果所述扫描目标位于所述雷达设备的预设防区内，将当前雷达获取的所述扫描目标位置坐标确定为所述扫描目标位置。
可选的，根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标，包括：
根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，确定所述预报警目标与所述扫描目标之间的匹配距离；
对比所述匹配距离与预设距离匹配阈值；
如果所述匹配距离小于或等于所述预设距离匹配阈值，确定所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标。
可选的，根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标，包括：
根据所述预报警目标位置，确定所述预报警目标在匹配坐标系中的位置坐标，所述匹配坐标系为以所述雷达设备的安装位置为中心构建的局部坐标系，或者根据铁路路段构建的全局坐标；
根据所述预报警目标的位置坐标，划定匹配区域；
根据所述扫描目标位置，确定所述扫描目标在所述匹配坐标系中的位置坐标；
根据所述扫描目标的位置坐标，判断所述扫描目标是否位于所述匹配区域内；
如果所述扫描目标位于所述匹配区域内，确定所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标。
可选的，所述扫描目标信息还包括目标扫描点数；通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，还包括：
遍历所述探测区域内所有扫描点与所述雷达设备之间的距离；
记录与所述雷达设备之间的距离在预设识别范围内的扫描点数量，生成所述目标扫描点数；
对比所述目标扫描点数与预设扫描点数；
如果所述目标扫描点数大于所述预设扫描点数，将多个扫描点与所述雷达设备之间的距离平均值作为所述扫描目标位置。
可选的，所述铁路路段上设有多个雷达设备；以及通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，包括：
根据所述振动位置，确定距离所述振动位置最近的所述雷达设备为扫描雷达；或者，根据所述振动位置，确定发生振动位置的子路段，以及确定与发生振动位置的所述子路段对应的雷达设备为扫描雷达；
设定预设扫描时间段，以及通过雷达设备获取所述探测区域内，在预设扫描时间段内的扫描目标信息。
可选的，如果所述扫描雷达在预设扫描时间段内未获取到所述扫描目标信息，所述方法还包括：
通过所述振动光纤传感器获取发生所述振动位置的振动维持时间；
判断所述振动维持时间是否大于预设时间阈值；
如果所述振动维持时间大于预设时间阈值，启动报警装置以及上传所述振动位置。
另一方面，本申请还提供一种铁路周界入侵目标监测***，包括，设置在铁路路段两侧的防护网，设置在所述防护网上的振动光纤传感器，雷达设备，数据处理装置以及报警装置；所述振动光纤传感器和所述雷达设备均与所述数据处理装置建立通信连接；所述数据处理装置还连接所述报警装置；其中，所述数据处理装置被配置为执行以下程序步骤：
通过振动光纤传感器获取铁路两侧防护网的振动信息，所述振动信息包括振动强度值和发生振动的振动位置；
根据所述振动信息生成预报警目标信息，所述预报警目标信息包括与所述振动位置对应的预报警目标位置以及根据所述预报警目标位置生成的探测区域；
通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，所述扫描目标信息包括扫描目标位置；
根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标；
如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置以及上传所述扫描目标位置。
可选的，所述***还包括用于安装所述雷达设备的支架，所述支架的高度为所述防护网高度的1/4～1/2；
所述雷达设备为激光雷达，所述激光雷达的扫描面平行于地面；所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：
遍历所述探测区域内所有扫描点与所述激光雷达之间的距离；
记录与所述激光雷达之间的距离在预设识别范围内的扫描点数量，生成所述目标扫描点数；
对比所述目标扫描点数与预设扫描点数；
如果所述目标扫描点数大于所述预设扫描点数，将多个扫描点与所述激光雷达之间的距离平均值作为所述扫描目标位置。
由以上技术方案可知，本申请提供一种铁路周界入侵目标监测方法及***，在实际应用中，可以先通过振动光纤传感器获取铁路两侧防护网的振动信息，并根据所述振动信息生成预报警目标信息；再通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，最后根据预报警目标信息与扫描目标信息，匹配预报警目标与扫描目标；如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置以及上传所述扫描目标位置。本申请提供的入侵目标监测方法，采用雷达设备扫描配合振动光纤传感器对进入铁路周界区域内的目标进行自动判断，能够准确识别影响机车运行的目标并发出警报，避免出现目标误报，解决传统监测方法容易出现目标误报的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
图1为现有技术中脉冲电子围栏的结构示意图；
图2为现有技术中红外光波对射的结构示意图；
图3为一种铁路周界入侵目标监测方法的流程示意图；
图4为本申请实施例中判断预报警目标的流程示意图；
图5为本申请实施例中判断预设防区的流程示意图；
图6为本申请实施例中判断预设防区的示意图；
图7为本申请实施例中判断目标扫描点数的流程示意图；
图8为本申请实施例中多雷达探测流程示意图；
图9为本申请实施例中未获取到扫描目标信息时的流程示意图；
图10为本申请实施例中一种确定是否为同一目标的流程示意图；
图11为本申请实施例中另一种确定是否为同一目标的流程示意图；
图12为一种铁路周界入侵目标监测***的结构示意图；
图13为本申请实施例中入侵目标监测***的扫描方式示意图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的***和方法的示例。
在本申请提供的技术方案中，被监控的铁路路段两侧设置防护网，防护网为网眼直径较大的铁丝网，网眼规格一般为75×150mm，为了防止人或动物误入铁路运行区域，防护网的高度一般要在1.5m～3m，或者更高。铁路两侧的防护网用于阻止人员或动物进入铁路区域，即围成铁路线路的安全保护区。本申请中，铁路与防护网之间的区域称为周界。铁路线路的周界可从铁路向外侧延伸10m～20m。因此，根据铁路轨道的数目，两侧的防护网之间距离也不相同。一般在野外区域中，防护网之间的距离会小于50m，即小于雷达设备的扫描半径，如激光雷达的扫描半径可达1km，足以满足探测要求，因此在实际应用中，可以通过雷达设备对铁路区域内的目标进行探测。
本申请所述的振动光纤传感器是指，设置在铁路两侧防护网上的传感光缆和引导光缆组成，当铁路防护网上受外界干扰产生振动时，会带动传感光缆产生相应的振动，使得光纤中，传输光的部分特性发生改变，并且振动的强度越大，传输光的特性产生情况也变化的越剧烈。由于铁路两侧的防护网高度较高，想要进入铁路运行区域必然需要翻越防护网，而防护网的丝径为4mm左右，因此，当人或动物想要攀爬进入铁路运行区域内时，必然会在防护网上产生较大的振动，从而可以通过振动光纤感应到。进一步地，振动光纤传感器还可以通过分段判断等方式，确定发生振动的位置，因此在本申请提供的技术方案中，所述振动光纤传感器为可定位振动光纤，相应检测出来的振动发生位置称为振动位置。
本申请实施例中所述的雷达设备，是指能够对特定目标区域进行扫描，以获取扫描目标位置的设备，例如激光雷达等。在本申请提供的技术方案中，雷达可以安装在特定高度的凸台或支架上，使雷达的扫描面平行于地面，即形成一个具有特定高度的防护面。雷达的安装高度应和具体的铁路铺设环境特点有关，例如，铁路的路基较高时，为了不影响到目标判断，应将雷达也相应安装的较高；但雷达的安装高度不宜过高，因为过高的扫描面可能无法探测到入侵周界内的人员。示例的，在本申请中，雷达的安装高度可以设置为小于或等于1m。
本申请提供的技术方案中，通过振动光纤传感器和雷达设备的结合，共同对铁路运行区域内的入侵目标进行探测，以减少目标误报，具体包括以下实施方式。
参见图3，为一种铁路周界入侵目标监测方法的流程示意图。从图3可知，本申请提供的铁路周界入侵目标监测方法，包括：
S1：通过振动光纤传感器获取铁路两侧防护网的振动信息，所述振动信息包括振动强度值和发生振动的振动位置。
本实施例中，先通过设置在铁路两侧防护网上的振动光纤传感器感知防护网的振动变化，生成相应的振动信息。在本申请中，当有人或动物攀爬防护网时，防护网在攀爬者的动作下产生形变或其他相对剧烈的动作，都会被振动光纤传感器检测到，在本申请中一并称之为振动，而振动光纤传感器检测到的相应振动的位置和强度统称为振动信息。需要说明的是，在实际应用中，入侵目标想要进入铁路运行区域，一般只能通过两种方式，即攀爬和破坏防护网的方式，这两种方式都会对防护网产生较大的作用力，相应的都会产生振动而被振动光纤传感器检测到。在通过振动光纤传感器获取到铁路两侧防护网的振动信息后，本申请可根据振动信息生成预报警信息，即：
S2：根据所述振动信息生成预报警目标信息，所述预报警目标信息包括与所述振动位置对应的预报警目标位置以及根据所述预报警目标位置生成的探测区域。
本实施例中，预报警目标是指通过振动光纤检测到的目标。由于在实际使用中，振动光纤传感器只能监测到防护网上的振动，因此在本实施例中所提到的预报警目标只是指代触发防护网上产生振动的目标位置。
即在实际使用中，可以只通过振动光纤传感器检测到发生振动的位置信息即可，但由于铁路两侧的防护网，长期暴露在环境中，容易受到环境因素的影响而产生能够被振动光纤传感器感知到的振动，这些振动往往在没有目标入侵时就会产生，从而影响对监测结果的判断。例如，环境中的风可能会吹动防护网产生振动；野外环境中的小型动物可能碰触到防护网而产生振动；机车在高速行驶中也会产生较强的空气流动和地面振动，进而使防护网产生相应的振动。这些振动都会被振动光纤传感器检测到，而生成相应的振动信息，如果每检测到一次振动就要进行一次报警，则反而增加了整个监测***的误报概率。
因此，在本申请提供的部分实施例中，当光纤传感器检测到防护网振动时，还需要事先对振动的强度进行判断，即所述振动信息中还包括用于判断产生振动类型的振动强度值。进一步地，如图4所示，根据所述振动信息生成预报警目标信息还包括：
S201：根据铁路路段的环境信息设置振动判断阈值；
S202：对比所述振动强度值和所述振动判断阈值；
S203：如果所述振动强度值大于所述振动判断阈值，获取所述振动光纤传感器检测的所述振动位置；
S204：以所述振动位置为所述预报警目标位置，并以所述振动位置为基准向靠近铁路的方向划定所述探测区域。
由以上步骤可知，本申请提供的技术方案可以先设置一个振动判断的阈值。所述振动判断阈值可以根据铁路路段上的环境特点，即环境信息，进行判断。实际应用中，入侵铁路运行区域的目标在攀爬或破坏防护网时，所产生的振动作用强度要大于环境因素在防护网上产生的振动作用强度。因此，在本实施例中，通过对比所述振动强度值和振动判断阈值，可以将环境因素造成的防护网振动剔除，避免在没有目标入侵时产生目标误报。
由于实际铁路的铺设环境差别较大，相应的振动判断阈值也应具有差别。例如，在某些地区风力较大，铁路两侧的防护网很容易在风力的作用下产生形状变化或者往复运动，对于这样的区域，可以将振动判断阈值设置的较大，使振动光纤传感器检测到的风力振动不会被判断为入侵目标。又例如，在部分环境温和的地区，防护网一般只受到铁路行驶机车的作用而产生轻微的振动，对于这样的区域可以将振动判断阈值设置的较小，以更准确的确定预报警目标的位置，避免入侵目标的误判。
另外，在本实施例中，当通过振动光纤检测到的振动强度大于振动判断阈值时，确定在振动发生的位置上可能存在入侵目标，即在当前振动的位置可能存有人或动物翻越保护网，进入铁路运行区域的情况。其中，反生振动强度大于振动判断阈值的振动位置，被当作预报警目标位置。而为了确定是否真的有入侵目标，在实际应用中还要通过对振动位置进行进一步的雷达扫描，来确定振动位置上的目标。因此，在本申请提供的技术方案中，还可以根据发生振动强度大于振动判断阈值的振动位置来划定一个探测区域，以便后续雷达设备在探测区域中进行扫描。
对于铁路两侧的防护网，入侵目标往往翻越防护网后继续向铁路内部移动，进而对铁路上行驶的机车行驶过程造成影响。而当防护网外部的目标仅仅是触碰到了防护网，而没有进入到铁路防护区域时，则不会对机车行驶过程造成影响。因此，在本申请提供的技术方案中，当振动光纤传感器检测到较强的振动时，可以以振动位置为基准向靠近铁路的方向划定探测区域。实际探测区域的大小可以根据实际铁路设施特点进行调整，一般为了便于安装雷达设备，以及避免雷达设备探测到行驶的机车，实际探测区域的宽度应小于或等于防护网与铁路边缘之间的距离。本实施例中，设置探测区域，不仅可以减小雷达的扫描范围，便于数据处理，还能够避免通过雷达设备将防护网以外的目标误认为是入侵目标产生误报。
S3：通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，所述扫描目标信息包括扫描目标位置。
本实施例中，当生成预报警目标信息后，通过雷达设备获取探测区域内的扫描目标信息。由于雷达设备能够感知扫描范围内的目标，因此在本申请提供的技术方案中，将雷达设备扫描到的目标称为扫描目标，对应通过雷达设备获取的扫描目标检测数据称为扫描目标信息。以激光雷达为例，在实际应用中，激光雷达可以向扫描区域内发射激光，激光在遇到目标时，部分激光会发生反射，返回激光雷达的安装位置，通过扫描激光的发射方向以及“光速-时间”飞行原理，可对二维场景进行复现，确定扫描到的目标所处位置，即扫描目标位置。
实际应用中，由于雷达设备的有效扫描区域是扇形的，而实际探测区域则呈现长条形的，为了使雷达设备能够更好的扫描探测区域中的目标，避免探测区域外的事物影响雷达设备的扫描过程。因此在一种技术方案中，如图5所示，通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息的步骤包括：
S301：根据所述雷达设备的安装位置，确定所述雷达设备的预设防区，所述预设防区为位于所述雷达设备扫描面内的凸多边形；
S302：通过所述雷达设备确定所述扫描目标与所述雷达设备之间的距离和角度关系数据，以及将所述关系数据转化为位置坐标；
S303：根据所述扫描目标的位置坐标，确定所述扫描目标是否位于所述雷达设备的预设防区内；
S304：如果所述扫描目标位于所述雷达设备的预设防区内，将当前雷达获取的所述扫描目标位置坐标确定为所述扫描目标位置。
由以上步骤可知，本申请在实际应用中，可以根据雷达设备的安装位置设定雷达设备的预设防区，即在雷达设备的扫描面中选定一部分作为雷达设备的主要扫描区域，雷达设备只获取预设防区内的扫描目标信息，而对预设防区以外的目标则不进行相应的计算。显然，预设防区应与探测区域相对应，面积要足以覆盖整个探测区域。而且当被监测铁路路段上设有多个雷达设备时，相邻两个雷达设备的预设防区要在接壤或者存在一定的重叠，以避免出现扫描死角。为了便于判断扫描到的目标点所处的预设防区，实际使用中还可以根据雷达设备的安装位置构建一个平面坐标系，用目标点的坐标值来判断扫描目标是否位于预设防区内。
进一步地，在确定每个雷达设备的预设防区后，本实施例中，需要对检测到的目标进行判定，确定其属于哪个预设防区。例如，如图6所示，单个雷达设备的预设防区为四边形，由4个顶点构成，即：A(x1，y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)和D(x4，y4)，当通过雷达设备确定监测目标为P(x，y)时，判定P是否在预设防区内可以先分别计算出三角形ABC的面积SABC和三角形ACD面积SACD，以及四边形ABCD的面积S1，即S1＝SABC+SACD；
再依次计算出三角形ABP、三角形BCP、三角形CDP和三角形ADP的面积，以及这四个三角形面积的和S2＝SABP+SBCP+SCDP+SADP；
判断S1和S2是否相等，如果S1与S2相等，说明P点在当前雷达设备的预设防区内；如果S1不等于S2，说明P点不在当前雷达设备的预设防区内。
由于在实际应用中，铁路区域可能会有小型动物进入，如啮齿类动物，鸟类等，这些小型动物不会阻拦机车运行并且行动迅速，很难对机车的运行造成影响。但雷达设备会扫描到相应的小型动物目标，因此也容易产生目标误报。为了解决小型动物进入造成的误报，在本申请的部分实施例中，所述扫描目标信息还包括目标扫描点数，并且，如图7所示，通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息的步骤还包括：
S311：遍历所述探测区域内所有扫描点与所述雷达设备之间的距离；
S312：记录与所述雷达设备之间的距离在预设识别范围内的扫描点数量，生成所述目标扫描点数；
S313：对比所述目标扫描点数与预设扫描点数；
S314：如果所述目标扫描点数大于所述预设扫描点数，将多个扫描点与所述雷达设备之间的距离平均值作为所述扫描目标位置。
由于在实际机车运行过程中，能够影响机车运行的目标多为较大的目标。而在铁路环境中，雷达设备与探测区域之间的距离较近，因此即使雷达的角度分辨率不高，依然能够在探测区域内扫描出多个扫描点。并且，所扫描到的扫描点之间如果是连续的或者距离较近时，则可以确定这些扫描到的扫描点是同一个目标。显然，在本申请中，目标越大通过雷达设备扫描到的扫描点越多，目标越小则通过雷达设备扫描到的扫描点就越少。因此，本实施例中当扫描点与雷达设备之间的距离在预设的识别范围内时，则判断多个扫描点之间是连续的或距离较近，即多个扫描点属于同一个目标。再通过对比扫描到扫描点个数与预设扫描点数，确定在探测区域中的目标是小型动物还是人等大型动物。最后，如果目标扫描点数大于预设扫描点数，将多个扫描点与雷达设备之间的距离平均值作为所述扫描目标位置，以便后续进行扫描目标与预报警目标的匹配依据。
在实际对铁路路段进行入侵目标的监测过程中，被监测的铁路路段上往往设有多个雷达设备，以便对狭长的铁路沿线进行监控，在此情况下，需要根据振动光纤检测到的振动产生的位置，选择多个雷达设备中的一个作为当前雷达设备，即扫描雷达。因此，如图8所示，通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息的步骤还包括：
S321：根据所述振动位置，确定距离所述振动位置最近的所述雷达设备为扫描雷达；或者，根据所述振动位置，确定发生振动位置的子路段，以及确定与发生振动位置的所述子路段对应的雷达设备为扫描雷达；
S322：设定预设扫描时间段，以及通过雷达设备获取所述探测区域内，在预设扫描时间段内的扫描目标信息。
对于步骤S321，本申请提供的技术方案中提供两种确定扫描雷达的方式，其中一种为，确定与振动位置距离最近的雷达设备为扫描雷达，这种方式最简单，也避免对雷达设备进行预设防区的细致划分，适用于直线铁路环境；另一种方式为，预先对铁路进行划分，将被监测的铁路路段划分成多个子路段，每个子路段对应一个雷达设备，当一个子路段上检测到振动时，直接通过这一子路段对应的雷达设备进行相关检测。这种方式可以很精确的确定扫描雷达，适用于各种铁路环境，尤其是弯道较多的铁路环境。
在本实施例中，入侵目标在翻过防护网后，防护网的振动也相应停止，但一般情况下，目标此时可能已经进入到铁路区域，因此本申请在确定了通过哪个雷达设备进行扫描后，可以设定一个扫描时间段，以便在发生防护网振动后，确定目标位置。
进一步地，如图9所示，如果所述扫描雷达在预设扫描时间段内未获取到所述扫描目标信息，所述方法还包括：
S331：通过所述振动光纤传感器获取发生所述振动位置的振动维持时间；
S332：判断所述振动维持时间是否大于预设时间阈值；
S333：如果所述振动维持时间大于预设时间阈值，启动报警装置以及上传所述振动位置。
本实施中，当扫描雷达没有在预设扫描时间内扫描到目标时，则可确定造成防护网振动的人或动物并没有进入到铁路区域，因此不会对铁路上的运行状态造成影响。但如果在雷达扫描过程中，防护网上的振动依然存在，并且具有一定强度时，可以确定产生振动的位置可能有人一直在防护网上停留，或者有大型动物卡在防护网上。如果不进行处理，可能会进一步破坏防护网。因此，在本实施例中根据振动维持的时间，确定上述情况是否发生，以便产生报警信号通知铁路工作人员进行处理。
S4：根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标。
在通过雷达设备获取扫描目标信息后，本申请可以根据扫描信息中的扫描目标位置，以及预报警目标信息中的预报警目标位置，对两次检测过程中的目标进行匹配。确定振动光纤检测的预报警目标和雷达设备检测的扫描目标是否为同一个目标，具体的目标匹配方式有两种，即：
如图10所示，匹配预报警目标与扫描目标的其中一种方式为：
S401：根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，确定所述预报警目标与所述扫描目标之间的匹配距离；
S402：对比所述匹配距离与预设距离匹配阈值；
S403：如果所述匹配距离小于或等于所述预设距离匹配阈值，确定所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标。
由以上步骤可知，本申请提供的技术方案可以通过计算预报警目标与扫描目标之间的距离，来确定两个目标是否为同一个目标。这种方法可以利用两个目标与雷达设备之间的距离和相对角度直接计算出目标之间的距离进行判断，计算方式简单，能够快速确定目标匹配结果。
进一步地，如图11所示，匹配预报警目标与扫描目标的另一种方式为：
S411：根据所述预报警目标位置，确定所述预报警目标在匹配坐标系中的位置坐标，所述匹配坐标系为以所述雷达设备的安装位置为中心构建的局部坐标系，或者根据铁路路段构建的全局坐标；
S412：根据所述预报警目标的位置坐标，划定匹配区域；
S413：根据所述扫描目标位置，确定所述扫描目标在所述匹配坐标系中的位置坐标；
S414：根据所述扫描目标的位置坐标，判断所述扫描目标是否位于所述匹配区域内；
S415：如果所述扫描目标位于所述匹配区域内，确定所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标。
由以上步骤可知，在本实施例中，可先构建一个与实际运行环境对应的坐标系，并在坐标系中确定振动光纤传感器检测的目标位置，即预报警目标的位置坐标。根据实际监测环境的不同，可以根据雷达设备的安装位置构建不同的坐标系。例如，被监测路段上的弯道较多，为了便于确定目标坐标，可以以雷达设备的安装位置为中心，构建局部坐标系；而当被监测路段上直道较多时，为了避免多个雷达设备对同一个目标进行重复检测，可以根据铁路路段构建一个全局坐标系。
在确定了预报警目标的位置坐标后，可以在坐标系内划定匹配区域，所划定的匹配区域的大小可以根据实际铁路路段上的地形特点进行确定。并且在部分实施例中，还可以进一步考虑振动光纤在检测振动位置后的预设扫描时间段，来适当扩展和收缩匹配区域。最后判断扫描目标是否位于匹配区域内，即扫描目标在坐标系中的位置坐标是否落在匹配区域的边缘坐标以内。如果扫描目标位于匹配区域内，确定预报警目标与扫描目标为同一个目标。
S5：如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置以及上传所述扫描目标位置。
本实施例中，如果确定预报警目标与扫描目标是同一个目标，即振动光纤传感器和雷达设备都检测到了同一个目标，则确定检测到的目标是入侵目标，可能会对铁路上行驶的机车造成影响。此时，启动报警装置提示铁路工作人员进行检查，同时为了便于工作人员确定检查的区域，在启动报警装置后，还将扫描目标的位置信息进行上传，进一步地，可以对扫描目标的位置进行显示。
由以上所述的铁路周界入侵目标监测方法可知，本申请提供的技术方案在实际使用中具有以下有益效果：误报率低，本申请采用雷达设备二维面扫描，结合可定位振动光纤感应技术，监测入侵目标，使检测***的误报率降低，有效性提高，即避免了单一传感器的误报警。精确度高，本申请可准确定位报警发生位置，且定位精度可达5-10米。节约成本，本发明无需人工运行，节省铁路巡检人员开支，并提高工作效率。主动监测，本申请可自动对监测区域的目标进行监测，发现目标，立即主动上报给上位***，反应及时。全天候工作，本申请可实现在各个季节的24小时不间断工作，并能减轻风、雨、雪、雾等天气条件对监测***的影响，而且在夜间的工作可靠性保持了一个极高的水平，实现完备的监测体系。覆盖面广，本申请中可定位振动光纤传感器可覆盖监测距离长达60公里的铁路路段，大大增加监测入侵目标的覆盖面。
基于上述铁路周界入侵目标监测方法，本申请还提供一种铁路周界入侵目标监测***，如图12，图13所示，所述***包括，设置在铁路路段两侧的防护网1，设置在所述防护网1上的振动光纤传感器2，雷达设备3，数据处理装置4以及报警装置5；所述振动光纤传感器2和所述雷达设备3均与所述数据处理装置4建立通信连接；所述数据处理装置4还连接所述报警装置5；其中，所述数据处理装置4被配置为执行以下程序步骤：
通过振动光纤传感器2获取铁路两侧防护网1的振动信息，所述振动信息包括振动强度值和发生振动的振动位置；
根据所述振动信息生成预报警目标信息，所述预报警目标信息包括与所述振动位置对应的预报警目标位置以及根据所述预报警目标位置生成的探测区域；
通过雷达设备3获取所述探测区域内的扫描目标信息，所述扫描目标信息包括扫描目标位置；
根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标；
如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置以及上传所述扫描目标位置。
进一步地，如图12所示，所述***还包括用于安装所述雷达设备的支架6，所述支架6的高度为所述防护网1高度的1/4～1/2；
所述雷达设备3为激光雷达，所述激光雷达的扫描面平行于地面；所述数据处理装置4被进一步配置为执行以下程序步骤：
遍历所述探测区域内所有扫描点与所述激光雷达之间的距离；
记录与所述激光雷达之间的距离在预设识别范围内的扫描点数量，生成所述目标扫描点数；
对比所述目标扫描点数与预设扫描点数；
如果所述目标扫描点数大于所述预设扫描点数，将多个扫描点与所述激光雷达之间的距离平均值作为所述扫描目标位置。
由以上技术方案可知，本申请提供一种铁路周界入侵目标监测方法及***，在实际应用中，可以先通过振动光纤传感器2获取铁路两侧防护网1的振动信息，并根据所述振动信息生成预报警目标信息；再通过雷达设备3获取所述探测区域内的扫描目标信息，最后根据预报警目标信息与扫描目标信息，匹配预报警目标与扫描目标；如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置5以及上传所述扫描目标位置。本申请提供的入侵目标监测方法，采用雷达设备3扫描配合振动光纤传感器2对进入铁路周界区域内的目标进行自动判断，能够准确识别影响机车运行的目标并发出警报，避免出现目标误报，解决传统监测方法容易出现目标误报的问题。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种铁路周界入侵目标监测方法，其特征在于，包括：
通过振动光纤传感器获取铁路两侧防护网的振动信息，所述振动信息包括振动强度值和发生振动的振动位置；
根据所述振动信息生成预报警目标信息，所述预报警目标信息包括与所述振动位置对应的预报警目标位置以及根据所述预报警目标位置生成的探测区域；
通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，所述扫描目标信息包括扫描目标位置和目标扫描点数；通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，还包括：遍历所述探测区域内所有扫描点与所述雷达设备之间的距离；记录与所述雷达设备之间的距离在预设识别范围内的扫描点数量，生成所述目标扫描点数；对比所述目标扫描点数与预设扫描点数；如果所述目标扫描点数大于所述预设扫描点数，将多个扫描点与所述雷达设备之间的距离平均值作为所述扫描目标位置；
根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标；
如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置以及上传所述扫描目标位置。
2.根据权利要求1所述的入侵目标监测方法，其特征在于，根据所述振动信息生成预报警目标信息，包括：
根据铁路路段的环境信息设置振动判断阈值；
对比所述振动强度值和所述振动判断阈值；
如果所述振动强度值大于所述振动判断阈值，获取所述振动光纤传感器检测的所述振动位置；
以所述振动位置为所述预报警目标位置，并以所述振动位置为基准向靠近铁路的方向划定所述探测区域。
3.根据权利要求1所述的入侵目标监测方法，其特征在于，通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，包括：
根据所述雷达设备的安装位置，确定所述雷达设备的预设防区，所述预设防区为位于所述雷达设备扫描面内的凸多边形；
通过所述雷达设备确定所述扫描目标与所述雷达设备之间的距离和角度关系数据，以及将所述关系数据转化为位置坐标；
根据所述扫描目标的位置坐标，确定所述扫描目标是否位于所述雷达设备的预设防区内；
如果所述扫描目标位于所述雷达设备的预设防区内，将当前雷达获取的所述扫描目标位置坐标确定为所述扫描目标位置。
4.根据权利要求1所述的入侵目标监测方法，其特征在于，根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标，包括：
根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，确定所述预报警目标与所述扫描目标之间的匹配距离；
对比所述匹配距离与预设距离匹配阈值；
如果所述匹配距离小于或等于所述预设距离匹配阈值，确定所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标。
5.根据权利要求1所述的入侵目标监测方法，其特征在于，根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标，包括：
根据所述预报警目标位置，确定所述预报警目标在匹配坐标系中的位置坐标，所述匹配坐标系为以所述雷达设备的安装位置为中心构建的局部坐标系，或者根据铁路路段构建的全局坐标；
根据所述预报警目标的位置坐标，划定匹配区域；
根据所述扫描目标位置，确定所述扫描目标在所述匹配坐标系中的位置坐标；
根据所述扫描目标的位置坐标，判断所述扫描目标是否位于所述匹配区域内；
如果所述扫描目标位于所述匹配区域内，确定所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标。
6.根据权利要求1所述的入侵目标监测方法，其特征在于，所述铁路路段上设有多个雷达设备；以及通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，包括：
根据所述振动位置，确定距离所述振动位置最近的所述雷达设备为扫描雷达；或者，根据所述振动位置，确定发生振动位置的子路段，以及确定与发生振动位置的所述子路段对应的雷达设备为扫描雷达；
设定预设扫描时间段，以及通过雷达设备获取所述探测区域内，在预设扫描时间段内的扫描目标信息。
7.根据权利要求6所述的入侵目标监测方法，其特征在于，如果所述扫描雷达在预设扫描时间段内未获取到所述扫描目标信息，所述方法还包括：
通过所述振动光纤传感器获取发生所述振动位置的振动维持时间；
判断所述振动维持时间是否大于预设时间阈值；
如果所述振动维持时间大于预设时间阈值，启动报警装置以及上传所述振动位置。
8.一种铁路周界入侵目标监测***，其特征在于，包括，设置在铁路路段两侧的防护网，设置在所述防护网上的振动光纤传感器，雷达设备，数据处理装置以及报警装置；所述振动光纤传感器和所述雷达设备均与所述数据处理装置建立通信连接；所述数据处理装置还连接所述报警装置；其中，所述数据处理装置被配置为执行以下程序步骤：
通过振动光纤传感器获取铁路两侧防护网的振动信息，所述振动信息包括振动强度值和发生振动的振动位置；
根据所述振动信息生成预报警目标信息，所述预报警目标信息包括与所述振动位置对应的预报警目标位置以及根据所述预报警目标位置生成的探测区域；
通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，所述扫描目标信息包括扫描目标位置和目标扫描点数；通过雷达设备获取所述探测区域内的扫描目标信息，还包括：遍历所述探测区域内所有扫描点与所述雷达设备之间的距离；记录与所述雷达设备之间的距离在预设识别范围内的扫描点数量，生成所述目标扫描点数；对比所述目标扫描点数与预设扫描点数；如果所述目标扫描点数大于所述预设扫描点数，将多个扫描点与所述雷达设备之间的距离平均值作为所述扫描目标位置；
根据所述预报警目标位置与所述扫描目标位置，匹配预报警目标与扫描目标；
如果所述预报警目标与所述扫描目标为同一个目标，确定所述扫描目标为入侵目标，启动报警装置以及上传所述扫描目标位置。
9.根据权利要求8所述的入侵目标监测***，其特征在于，所述***还包括用于安装所述雷达设备的支架，所述支架的高度为所述防护网高度的1/4～1/2；
所述雷达设备为激光雷达，所述激光雷达的扫描面平行于地面。
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