一种列车超限识别方法、系统、电子设备和存储介质与流程

1.本发明涉及激光雷达超限识别领域，尤其涉及一种列车超限识别方法、系统、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.在铁路运输生产中，货物超限及装载加固是铁路货运工作的重点，也是保证列车行车安全的一项主要任务。为了确保机车车辆在铁路线路上运行的安全，防止机车车辆撞击邻近线路的建筑物和设备，铁路部门为超限货物运输制定了超限限界。
3.目前货运车辆限界测量主要方法是人工皮尺测量或者限界门视觉测量系统。人工皮尺测量，需要多人配合，且工作人员需要在货运车辆上爬上爬下，存在一定的不安全因素，且精度受多方因素影响较大。而视觉测量系统，采用摄像机对通过列车进行视频采集，并对图像处理，实现装载超限的动态检测，该方式能定位超限具体部位，数据存档及查询简单，存在问题主要有：测量精度较低，图像数据量大，相机受天气、光线等环境干扰较大易造成误报，复杂气候和夜间易造成图像质量差等因素等特点。
4.因此，亟需解决现有技术中受环境干扰，且不能实时检测列车是否超限的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种列车超限识别方法、系统、电子设备和存储介质，用以解决现有技术中因受环境干扰不能实时检测列车是否超限的问题。
6.为了解决上述问题，本发明提供一种列车超限识别方法，包括：
7.对设置在列车两侧的激光雷达进行标定，得到激光雷达的标定外参数；
8.通过激光雷达采集列车的点云数据，其中，点云数据用极坐标表示；
9.根据标定外参数，将点云数据的极坐标转换为轨道坐标；
10.将点云数据的轨道坐标与列车超限界限进行比对，以判断列车是否超限。
11.进一步地，对设置在列车两侧的激光雷达进行标定，得到激光雷达的标定外参数，包括：
12.利用标定支架对激光雷达进行标定，得到激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角；
13.根据俯仰角、偏航角、翻滚角以及点云数据的极坐标确定偏移量计算公式，根据偏移量计算公式得到激光雷达的横坐标偏移量、纵坐标偏移量。
14.进一步地，横坐标偏移量计算公式为：
[0015][0016]
xi＝ρi*sin(θ
i-ω
x
)*cosωy[0017]
纵坐标偏移量计算公式为：
[0018]
[0019]
yi＝ρi*cos(θ
i-ω
x
)*cosωz[0020]
其中，(ρ，θ)为点云数据的极坐标，ω
x
、ωy、ωz分别为激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角，(x，y)为点云数据在轨道坐标系中的轨道坐标，n为点云数据的数量，t
x
为激光雷达的横坐标偏移量，ty为激光雷达的纵坐标偏移量。
[0021]
进一步地，根据标定外参数，将点云数据的极坐标转换为轨道坐标，包括：
[0022]
通过坐标转换公式将点云数据的极坐标转换为轨道坐标；
[0023]
坐标转换公式为：
[0024][0025][0026][0027][0028]
xa＝ρ*sinθ
[0029]
ya＝ρ*cosθ
[0030]
其中，xb为点云数据在轨道坐标系中的横坐标，yb为点云数据在轨道坐标系中的纵坐标，t
x
为激光雷达的横坐标偏移量，ty为激光雷达的纵坐标偏移量，ω
x
、ωy、ωz分别为激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角，r(ω
x
)、r(ωy)、r(ωz)分别为激光雷达的俯仰旋转矩阵、偏航旋转矩阵、翻滚旋转矩阵，xa为点云数据在直角坐标系中的横坐标，ya为点云数据在直角坐标系中的纵坐标，(ρ，θ)为点云数据的极坐标。
[0031]
进一步地，将点云数据的轨道坐标与列车超限界限进行比对，以判断列车是否超限，包括：
[0032]
根据点云数据的轨道坐标与列车的超限界限，分别判断轨道坐标的横坐标、轨道坐标的纵坐标与列车的超限界限的大小关系；
[0033]
若轨道坐标的横坐标大于列车的超限界限，则判定列车的宽度超限；若轨道坐标的纵坐标大于列车的超限界限，则判定列车的高度超限；否则，判定未超限。
[0034]
进一步地，在通过激光雷达采集列车的点云数据之前，还包括：
[0035]
自动激活激光雷达；判断是否有列车通过，若有，则激活激光雷达；若没有，则激光雷达保持当前关闭状态。
[0036]
进一步地，在判断列车是否超限之后，还包括：
[0037]
当判定列车的宽度/高度超限时，发出报警信号，并显示超限列车的车厢号、超限宽度/高度数值；当判定未超限，显示未超限。
[0038]
为了解决上述问题，本发明还提供了一种列车超限识别系统，包括：
[0039]
标定模块，用于对设置在列车两侧的激光雷达进行标定，得到激光雷达的标定外参数，其中，标定外参数包括激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角以及横坐标偏移量和纵坐标偏移量；
[0040]
激光雷达，用于采集列车的点云数据；
[0041]
坐标转换模块，用于根据标定外参数，将点云数据的极坐标转换为轨道坐标；
[0042]
超限识别模块，利用点云数据的轨道坐标与列车超限界限的关系，判断列车是否超限并输出识别结果。
[0043]
为了解决上述问题，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器、存储器及显示器，存储器上存储有列车超限识别程序，列车超限识别程序被处理器执行时，实现如上文所述的列车超限识别方法，并通过显示器显示列车的超限识别结果。
[0044]
为了解决上述问题，本发明还提供了一种存储介质，存储介质存储有列车超限识别程序指令，当列车超限识别程序指令被计算机执行时，使计算机执行如上文所述的列车超限识别方法。
[0045]
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的列车超限识别方法，利用激光雷达获取列车的点云数据，不受环境干扰，测量精度高，能够保证测量结果的准确性；然后对激光雷达进行标定，获取激光雷达的标定外参数，并根据激光雷达的标定外参数对点云数据进行坐标转换，得到点云数据的轨道坐标，保证了点云数据的轨道坐标精度；最后通过点云数据的轨道坐标与列车超限界限的关系判断列车是否超限，实现了实时检测列车是否超限。
附图说明
[0046]
图1为本发明提供的列车超限识别方法一实施例的流程示意图；
[0047]
图2为本发明提供的列车超限识别系统一实施例的结构框图；
[0048]
图3为本发明提供的列车超限识别电子设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
[0050]
为了提高列车超限识别的精度，本发明使用激光雷达获取列车的点云数据。其中，利用激光雷达进行测量的优势在于：方向性好，激光的准直性使得激光雷达测量具备较好的方向性；测量空间分辨率，时间分辨率和探测精度高，测量精度高的激光的短脉宽，单谱线和高亮度使得激光雷达测量具备较高的量空间分辨率，时间分辨率和探测精度。
[0051]
也就是说，本发明中，利用激光雷达采集列车的点云数据，能够减少甚至不受外部环境的影响，获取的测量结果准确且精度较高。
[0052]
本发明提供了一种列车超限识别方法、系统、电子设备和存储介质，以下分别进行详细说明。
[0053]
图1为本发明提供的列车超限识别方法一实施例的流程示意图，如图1所示，列车超限识别方法包括：
[0054]
步骤s101：对设置在列车两侧的激光雷达进行标定，得到激光雷达的标定外参数；
[0055]
步骤s102：通过激光雷达采集列车的点云数据，其中，点云数据用极坐标表示；
[0056]
步骤s103：根据标定外参数，将点云数据的极坐标转换为轨道坐标；
[0057]
步骤s104：将点云数据的轨道坐标与列车超限界限进行比对，以判断列车是否超限。
[0058]
在本发明实施例中，首先，对设置在列车两侧的激光雷达进行标定，得到激光雷达的标定外参数；其次，利用激光雷达采集列车的点云数据，并将点云数据用极坐标表示；接下来，根据标定外参数，将点云数据的极坐标转换为轨道坐标；最后，利用轨道坐标与列车超限界限的关系，对列车进行超限识别，得到列车的超限识别结果。本发明提供的方法利用激光雷达获取列车的点云数据，不受环境干扰，测量精度高，能够保证测量结果的准确性；然后对激光雷达进行标定，获取激光雷达的标定外参数，并根据激光雷达的标定外参数对点云数据进行坐标转换，得到点云数据的轨道坐标，保证了轨道坐标的精度；最后通过点云数据的轨道坐标与列车超限界限的关系判断列车是否超限，实现了实时检测列车是否超限。
[0059]
在实际操作过程中，由于激光雷达的地平面与理想地平面之间存在一定的角度，为了保证获取结果的准确性，需要对激光雷达的标定外参数进行标定。
[0060]
作为优选的实施例，在步骤s101中，对设置在列车两侧的激光雷达进行标定，得到激光雷达的标定外参数，包括：利用标定支架对激光雷达进行标定，得到激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角；
[0061]
然后，根据俯仰角、偏航角、翻滚角以及点云数据的极坐标确定偏移量计算公式，根据偏移量计算公式，得到激光雷达的横坐标偏移量、纵坐标偏移量，其中，横坐标偏移量计算公式为：
[0062][0063]
xi＝ρi*sin(θ
i-ω
x
)*cosωy[0064]
纵坐标偏移量计算公式为：
[0065][0066]
yi＝ρi*cos(θ
i-ω
x
)*cosωz[0067]
其中，(ρ，θ)为点云数据的极坐标，ω
x
、ωy、ωz分别为激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角，(x，y)为点云数据在轨道坐标系中的轨道坐标，n为点云数据的数量，t
x
为激光雷达的横坐标偏移量，ty为激光雷达的纵坐标偏移量。
[0068]
在另一优选的实施例中，为了简化计算，在激光雷达上安装旋转底座，通过调试旋转底座，使得激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角均为0，从而减少了获取激光雷达的俯仰角、偏航角以及翻滚角的步骤。
[0069]
作为优选的实施例，根据激光雷达获取到列车的点云数据，其中，点云数据用极坐标形式表示；根据点云数据的极坐标和激光雷达的标定外参数，通过坐标转换公式将点云数据的极坐标转换为轨道坐标。
[0070]
坐标转换公式为：
[0071][0072][0073][0074][0075]
xa＝ρ*sinθ
[0076]
ya＝ρ*cosθ
[0077]
其中，xb为点云数据在轨道坐标系中的横坐标，yb为点云数据在轨道坐标系中的纵坐标，t
x
为激光雷达的横坐标偏移量，ty为激光雷达的纵坐标偏移量，ω
x
、ωy、ωz分别为激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角，r(ω
x
)、r(ωy)、r(ωz)分别为激光雷达的俯仰旋转矩阵、偏航旋转矩阵、翻滚旋转矩阵，xa为点云数据在直角坐标系中的横坐标，ya为点云数据在直角坐标系中的纵坐标，(ρ，θ)为点云数据的极坐标。
[0078]
利用上述方法，得到点云数据的轨道横坐标和纵坐标。
[0079]
作为一个具体的实施例：当激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角均为0时，激光雷达的俯仰旋转矩阵、偏航旋转矩阵、翻滚旋转矩阵均为单位矩阵，点云数据的直角坐标转换为轨道坐标的公式，可以表示为：
[0080][0081]
作为优选的实施例，在得到轨道坐标的横坐标、纵坐标后，根据铁路部门为列车制定的超限限界，比较轨道坐标的横坐标与列车横向的超限界限的大小关系，若轨道坐标的横坐标大于列车横向的超限界限，则判定列车的宽度超限，否则判定宽度未超限；比较轨道坐标的纵坐标与列车的竖直方向上的超限界限的大小关系，若轨道坐标的纵坐标大于列车竖直方向的超限界限，则判定列车的高度超限，否则判定高度未超限。
[0082]
进一步地，为了避免激光雷达一直处于激活状态，降低能耗，提高激光雷达的使用寿命，本技术的列车超限识别方法，在采集列车的点云数据之前，还可以包括：
[0083]
自动激活激光雷达；判断是否有列车通过，若有，则激活激光雷达；若没有，则激光雷达保持当前关闭状态。另外，在激活激光雷达后的一定时间内，若没有检测到列车通过，激光雷达将自动关闭。
[0084]
进一步地，在实际测量过程中，列车的车厢有多节，为了清楚地获取每节车厢的超限情况，在获取列车的点云数据的过程中，还可以包括：
[0085]
获取车厢号；通过获取每列车厢上无源标签携带的车厢号信息，获取车厢号。
[0086]
通过上述方法，能够将每节车厢的点云数据进行区分，当检测到超限列车时，能够精确地获取超限列车的车厢号，从而便于后续操作调整。
[0087]
进一步地，为了便于及时发现列车超限的情况，在对列车进行超限识别之后，还包括：
[0088]
根据列车超限识别结果，进行报警；当判定列车的宽度/高度超限时，发出报警信号，并显示超限列车的车厢号、超限宽度/高度数值；当列车的宽度和高度都判定为未超限时，则不报警并且显示未超限。
[0089]
本发明实施例提供了一种列车超限识别系统，如图2所示，图2为本发明提供的列车超限识别系统一实施例的结构框图，列车超限识别系统200包括：
[0090]
标定模块201，用于对设置在列车两侧的激光雷达进行标定，得到激光雷达的标定外参数，其中，标定外参数包括激光雷达的俯仰角、偏航角、翻滚角以及横坐标偏移量和纵坐标偏移量；
[0091]
激光雷达202，用于采集列车的点云数据；
[0092]
坐标转换模块203，利用点云数据的极坐标与轨道坐标的关系，根据标定外参数，将点云数据的极坐标转换为轨道坐标；
[0093]
超限识别模块204，利用点云数据的轨道坐标与列车超限界限的关系，判断列车是否超限并输出识别结果。
[0094]
基于上述列车超限识别方法，本发明还相应提供了一种电子设备，如图3所示，图3为本发明提供的列车超限识别电子设备一实施例的结构示意图，电子设备300包括处理器301、存储器302及显示器303。
[0095]
在一具体实施例中，电子设备300可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。
[0096]
处理器301在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit,cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器302中存储的程序代码或处理数据，例如执行激光雷达跟踪程序等。
[0097]
存储器302在一些实施例中可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器302在另一些实施例中也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器302还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器302用于存储安装于计算机设备的应用软件及各类数据，例如安装计算机设备的程序代码等。存储器302还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器302上存储有列车超限识别程序304，该列车超限识别程序304可被处理器301所执行，从而实现本发明各实施例的激光雷达跟踪方法。
[0098]
显示器303在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器303用于显示在计算机设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。计算机设备的部件301-304通过系统总线相互通信。
[0099]
本实施例还提供了一种存储介质，其上存储有列车超限识别程序指令，列车超限
识别程序指令被处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的列车超限识别方法。
[0100]
本发明公开的一种列车超限识别方法、系统、电子设备及存储介质，首先，利用激光雷达获取列车的点云数据，基于激光雷达的方向性好，测量空间分辨率、时间分辨率和探测精度高的特点，能够获取精度高的点云数据；然后，对设置在列车两侧的激光雷达进行标定，得到激光雷达的标定外参数；其次，利用激光雷达采集列车的点云数据，并将点云数据用极坐标表示；接下来，根据激光雷达的标定外参数，将点云数据的极坐标转换为轨道坐标；最后，利用轨道坐标与列车超限界限的关系，对列车进行超限识别，得到列车的超限识别结果。
[0101]
本发明提供的方法利用激光雷达获取列车的点云数据，不受环境干扰，测量精度高，能够保证测量结果的准确性；然后对激光雷达进行标定，获取激光雷达的标定外参数，并根据激光雷达的标定外参数对点云数据进行坐标转换，得到点云数据的轨道坐标，保证了点云数据的轨道坐标精度；最后通过点云数据的轨道坐标与列车超限界限的关系判断列车是否超限，实现了实时检测列车是否超限。
[0102]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0103]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。