一种列车车头检测的装置及方法与流程

本发明属于铁路线路运维检测设备，具体涉及一种列车车头检测的装置及方法。

背景技术：

1、随着科技的进步，越来越多的高精度无人智能安全检测监测装备被安装到铁路监测站，恶劣的室外工况环境对高精度光学传感器的可靠性有较大影响。目前检测列车车头进入检测区域的主要方式为车轮磁钢检测和光电传感器检测。

2、传统的车轮磁钢检测可以有效的检测列车车轮是否到达检测区域，但由于列车的型号不同，其轴距信息也各有不同，无法正确有效地检测列车车头是否到达检测区域。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。

3、它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。因此，在户外工况环境下使用时，很容易受到灰尘、雨水、落叶及户外光线的干扰。传统地光电检测传感器可以检测列车车头是否到达检测区域，但受以上因素限制容易产生错误信号或者遗漏，造成列车车头检测结果精度和可靠性在较高指标应用场景下达不到要求。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种列车车头检测的装置及方法，可精确计算出车头到达检测区域时间，可忽略车辆轴距差异，更加稳定、可靠。

2、为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种列车车头检测的装置，包括：

4、测速模组，用于采集车轮压过相邻两个测速位置的时间戳，并发送至信号处理模组，使得信号处理模组计算出当前车速；

5、信号处理模组，还用于根据所述当前车速计算出脉冲频率，并基于所述脉冲频率向图像处理模组发送脉冲信号，以及基于当前车速和车顶检测区域与车头检测区域之间的距离计算出触发延时；

6、图像处理模组，用于基于收到的脉冲信号采集车顶检测区域的图像，当侦测到图像像素发生变化，则生成第一时间戳并发送给信号处理模组，使得所述信号处理模组基于所述第一时间戳和触发延时求得车辆到达车头检测区域的第二时间戳并发送至图像处理模组，使得所述图像处理模组按照所述第二时间戳采集车头的图像。

7、可选地，所述图像处理模组包括车顶图像采集单元、车头图像采集单元和图像处理单元；所述车顶图像采集单元和车头图像采集单元沿着列车行驶方向顺次设置；

8、所述车顶图像采集单元用于基于接收到的脉冲信号采集列车车顶检测区域的图像并发送至图像处理单元，当图像处理单元侦测到图像像素发生变化，则生成第一时间戳发送给信号处理模组，使得所述信号处理模组基于所述第一时间戳和触发延时求得车辆到达列车车头检测区域的第二时间戳，并发送至图像处理单元，由所述图像处理单元根据第二时间戳触发车头图像采集单元采集列车车头的图像。

9、可选地，所述车顶图像采集单元为线阵相机，所述车头图像采集单元为面阵相机。

10、可选地，所述第一时间戳的生成方法包括：

11、计算图像灰度变化值，所述图像灰度变化值的计算公式为：

12、

13、其中，gi为第i帧的图像灰度变化值，iij和i(i-1)j分别为车顶图像采集单元采集到的第i帧和第i-1帧第j个像素序号的图像灰度值，i和i-1均为图像帧序号；j为各帧图像中的像素序号，即单列图像帧的行号；j为图像的高度，即图像帧的总行数；

14、当gi＞tg时，tg为图像灰度变化阈值，则判定列车车头到达列车车顶检测区域，同时生成所述第一时间戳。

15、可选地，所述第一时间戳的生成方法包括：

16、计算图像灰度变化值，所述图像灰度变化值的计算公式为：

17、

18、其中，gi+n为第i+n帧的图像灰度变化值，i(i+n)jii+nj和i(i-1)j车顶图像采集单元采集到的第i+n帧和第i-1帧第j个像素序号的图像灰度值，i+n和i-1均为图像帧序号，其中n根据列车车速进行设定，车速越大，n值越小；j为各帧图像中的像素序号，即单列图像帧的行号；j为图像的高度，即图像帧的总行数；

19、当gi+n＞tg时，tg为图像灰度变化阈值，则判定列车车头到达列车车顶检测区域，同时生成所述第一时间戳。

20、可选地，所述测速模组包括第一开机磁钢、第二开机磁钢、第一测速磁钢和第二测速磁钢；

21、所述第一开机磁钢和第二开机磁钢安装在在车顶检测区域前方设定的第一距离处，通过信号逻辑判断列车是否驶入车速检测区域；

22、所述第一测速磁钢和第二测速磁钢顺次安装在车顶检测区域前方设定的第二距离处，通过信号传输得到车轮压过第一测速磁钢和第二测速磁钢的时间戳，所述第二距离小于第一距离。

23、第二方面，本发明提供了一种列车车头检测的方法，其特征在于，包括：

24、利用测速模组采集车轮压过相邻两个测速位置的时间戳，并发送至信号处理模组，使得信号处理模组计算出当前车速；

25、利用信号处理模组根据所述当前车速，计算出脉冲频率，并基于所述脉冲频率向图像处理模组发送脉冲信号，以及，基于当前车速和车顶检测区域与车头检测区域之间的距离，计算出触发延时；

26、利用图像处理模组基于收到的脉冲信号采集车顶检测区域的图像，当侦测到图像像素发生变化，则生成第一时间戳并发送给信号处理模组，使得所述信号处理模组基于所述第一时间戳和触发延时，求得车辆到达车头检测区域的第二时间戳并发送至图像处理模组，使得所述图像处理模组按照所述第二时间戳采集车头的图像。

27、可选地，所述图像处理模组包括车顶图像采集单元、车头图像采集单元和图像处理单元；所述车头图像采集单元和图像处理单元沿着列车行驶方向顺次设置；

28、所述车顶图像采集单元用于基于接收到的脉冲信号采集列车车顶检测区域的图像并发送至图像处理单元，当图像处理单元侦测到图像像素发生变化，则生成第一时间戳发送给信号处理模组，使得所述信号处理模组基于所述第一时间戳和触发延时，求得车辆到达列车车头检测区域的第二时间戳，并发送至图像处理单元，由所述图像处理单元根据第二时间戳触发车头图像采集单元采集列车车头的图像。

29、可选地，所述第一时间戳的生成方法包括：

30、计算图像灰度变化值，所述图像灰度变化值的计算公式为：

31、

32、其中，gi为第i帧的图像灰度变化值，iij和i(i-1)j分别为车顶图像采集单元采集到的第i帧和第i-1帧第j个像素序号的图像灰度值，i和i-1均为图像帧序号；j为各帧图像中的像素序号，即单列图像帧的行号；j为图像的高度，即图像帧的总行数；

33、当gi＞tg时，tg为图像灰度变化阈值，则判定列车车头到达列车车顶检测区域，同时生成所述第一时间戳；

34、或者，所述第一时间戳的生成方法包括：

35、计算图像灰度变化值，所述图像灰度变化值的计算公式为：

36、

37、其中，gi+n为第i+n帧的图像灰度变化值，i(i+n)j和i(i-1)j车顶图像采集单元采集到的第i+n帧和第i-1帧第j个像素序号的图像灰度值，i+n和i-1均为图像帧序号，其中n根据列车车速进行设定，车速越大，n值越小；j为各帧图像中的像素序号，即单列图像帧的行号；j为图像的高度，即图像帧的总行数；

38、当gi+n＞tg时，tg为图像灰度变化阈值，则判定列车车头到达列车车顶检测区域，同时生成所述第一时间戳。

39、可选地，所述测速模组包括第一开机磁钢、第二开机磁钢、第一测速磁钢和第二测速磁钢；

40、所述第一开机磁钢和第二开机磁钢安装在在车顶检测区域前方设定的第一距离处，通过信号逻辑判断列车是否驶入车速检测区域；

41、所述第一测速磁钢和第二测速磁钢顺次安装在车顶检测区域前方设定的第二距离处，通过信号传输得到车轮压过第一测速磁钢和第二测速磁钢的时间戳，所述第二距离小于第一距离。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果：

43、由于列车车头检测难度高，对检测时机把握较其他检测均高。为此，本发明中提出利用测速模组采集车轮压过相邻两个测速位置的时间戳，并发送至信号处理模组，使得信号处理模组计算出当前车速；利用信号处理模组根据所述当前车速计算出脉冲频率，并基于所述脉冲频率向图像处理模组发送脉冲信号，以及基于当前车速和车顶检测区域与车头检测区域之间的距离计算出触发延时；利用图像处理模组基于收到的脉冲信号采集车顶检测区域的图像，当侦测到图像像素发生变化，则生成第一时间戳并发送给信号处理模组，使得所述信号处理模组基于所述第一时间戳和触发延时求得车辆到达车头检测区域的第二时间戳并发送至图像处理模组，使得所述图像处理模组按照所述第二时间戳采集车头的图像，实现了联动检测模式，可精确计算出列车车头到达检测区域时间，较磁钢检测方式可忽略车辆轴距差异，较光电检测方式更加稳定、可靠。

44、本发明在硬件上可直接利用现有成熟的基于线阵相机的车体扫描检测系统中模块部件实现，无需安装单独的轨上信号采集设备，即可对现有的车体扫描检测系统进行功能升级，实现列车车头检测功能，减少了安装成本，缩短了施工周期，减少了检测站的元器件数量、便于维护。