工程车作业安全预警系统的制作方法

1.本实用新型属于交通工程领域，涉及一种工程车作业安全预警系统。


背景技术：

2.国内工程车现有的监控系统以lkj、gyk等为主，需要与信号系统互联，以获取地面信号机显示、道岔位置等站场数据；需要在全线地面安装定位信标，以确定工程车位置；在上述信息支撑下，按速度-距离控制曲线的防护下运行。此类方案需要和信号系统互联，需要信号厂商的授权和认可，由于涉及核心安全，在工程实践上往往难以获得实施。


技术实现要素：

3.基于此，针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种工程车作业安全预警系统，实现工程车在全线任意位置的准确定位和安全预警。
4.为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：
5.一种工程车作业安全预警方法，包括以下步骤：
6.图像采集设备，用于采集工程车前方的百米标图像，通过图像识别技术检测百米标的标号n及计算图中百米标轮廓的像素点数量，根据预存百米标轮廓的像素点数量与拍摄距离的相对应关系确定第一位置，所述第一位置为工程车与前方百米标的相对距离；
7.毫米波雷达，用于向工程车后方百米标发出毫米波并接收反射的毫米波，根据毫米波收发的时间差测得工程车距后方百米标的距离，并将测量的位移转化为工程车相对于第n百米标的位移，得到第二位置；
8.与调度大厅大屏相对设置的摄像机，用于利用图像视觉计算识别工程车调度大屏的交通信号灯信息，并将该信息传输至处理器，
9.处理器，用于计算所述第一位置与所述第二位置的平均值，得到工程车当前位置，所述处理器根据工程车当前位置及行车路径、结合前方交通信号灯的状态信息，对比工程车与交通信号灯之间的空间距离的渐变数值判断工程车是否会闯红灯，作为预警。
10.在其中一个实施例中，所述图像采集设备为摄像机。
11.在其中一个实施例中，所述图像采集设备包括用于摄取前方百米标的摄像头、用于存储图像的存储模块、数字识别模块、信息传输模块、数据处理模块，所述摄像头用于采集视频信号并将处理分离出的帧图像数据缓存到存储模块，所述数字识别模块与所述存储模块连接以识别每帧图像数据中百米标的标号，所述数据处理模块与所述存储模块连接以获取每帧图像数据中百米标轮廓的像素点个数，并与预存的像素点与拍摄距离的集合关系对比以确定第一位置；所述信息传输模块分别与所述数字识别模块及所述数据处理模块连接以将百米标的标号信息和第一位置信息相关联，并发送至处理器。
12.在其中一个实施例中，所述毫米波雷达包括发射模块、接收模块和测距运算模块，所述发射模块朝工程车后方的百米标发出毫米波，所述接收模块用于接收工程车后方的百米标反射的毫米波，所述测距运算模块根据毫米波收发的时间差测得工程车距后方百米标
的距离；并将测量的位移转化为相对于前方百米标的位移，得到第二位置。
13.在其中一个实施例中，所述图像采集设备还包括预处理模块和轮廓提取模块，预处理模块与摄像头连接以对每帧图像的数字信号进行清晰化处理，将处理后的每帧图像发送给存储模块进行存储，并向轮廓提取模块及数据处理模块发送数据帧读取指令；与图像采集及预处理模块相连的轮廓提取模块，用于将处理后的图像进行轮廓提取；所述数字识别模块与轮廓提取模块相连以对提取的轮廓进行数字识别，得到百米标的标号n。
14.在其中一个实施例中，所述轮廓提取模块包括图像边缘提取子模块、轮廓比率计算子模块和轮廓确定子模块，
15.图像边缘提取子模块，用于采用自适应梯度阈值边缘化方法进行图像边缘提取，形成边缘图；
16.与图像边缘提取子模块相连的轮廓比率计算子模块，用于搜索边缘图上的矩形轮廓，并忽略其层次结构，计算每个候选轮廓的长边和短边的比率；
17.与轮廓比率计算子模块相连的轮廓确定子模块，用于选取最小偏离的候选矩形轮廓为目标矩形轮廓。
18.在其中一个实施例中，所述数字识别模块包括轮廓二值化子模块、分割子模块和匹配子模块，
19.轮廓二值化子模块，用于将轮廓二值化、重采样成规定尺寸的像素图；
20.与轮廓二值化子模块相连的分割子模块，用于将像素图竖向三等分，各自按行拼接成向量，并与预设的数据库模板向量进行匹配，选取相似度最大的模板数字，三个数字排列后，即为百米标标号n。
21.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：通过图像技术与毫米波雷达测量相邻的百米标，实现工程车在相邻的百米标之间的精确定位，从而实现工程车在全线任意位置的准确定位，利用图像视觉计算识别工程车调度大屏的信息，根据工程车当前位置及行车路径、工程车调度大屏的信息，实时获取行车路径的区域信号灯状态，作为预警。
附图说明
22.图1是本实用新型工程车作业安全预警系统的结构示意图；
23.图2是本实用新型工程车作业安全预警系统的安装位置示意图；
24.图3是本实用新型的调度大厅画面解析示意图；
25.图4是本实用新型工程车作业安全预警系统的原理框图。
26.附图标记说明：
27.10-图像采集设备；20-毫米波雷达；30-处理器；40-摄像机。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
29.《一种工程车作业安全预警系统》
30.请参阅图1-3，一种工程车作业安全预警系统，包括：安装在工程车上的图像采集设备、安装在工程车上的毫米波雷达、处理器及与调度大厅大屏相对设置的摄像机，图像采集设备用于采集关于百米标的图像，对图像进行特征提取，获取百米标的标号n和第一位置，其中，n为三位数的自然数，第一位置为工程车与第n百米标的相对距离；所述毫米波雷达与图像采集设备位于同一竖直平面上，用于测量相对于第n-1百米标的位移，并将测量的位移转化为相对于第n百米标的位移，得到第二位置；与调度大厅大屏相对设置的摄像机，用于利用图像视觉计算识别工程车调度大屏的信号灯信息，并将该信息传输至处理器；处理器分别与图像采集设备、毫米波雷达及摄像机通信连接，用于接收第一位置及第二位置信息，计算所述第一位置与所述第二位置的平均值，得到当前位置，该当前位置即为工程车距第n百米标的距离；所述处理器根据工程车当前位置及行车路径、工程车调度大屏的信息，实时获取行车路径的区域信号灯状态，作为预警。所述毫米波雷达与图像采集设备安装于工程车的同一竖直平面上。
31.在本实施例中，本技术以百米标为基准，将视觉识别和毫米波计算的里程相结合，图像采集设备根据预存百米标轮廓的像素点数量与拍摄距离的相对应关系，确定第一位置，毫米波雷达用于测量工程车相对于第n-1百米标的位移，并将测量的位移转化为工程车相对于第n百米标的位移，得到第二位置；图像采集设备及毫米波雷达将位置信息发送至处理器，处理器计算所述第一位置与所述第二位置的平均值，得到实时的绝对定位；同时与调度大厅大屏相对设置的摄像机，用于利用图像视觉计算识别工程车调度大屏的交通信号灯信息，并将该信息传输至所述处理器，所述处理器根据工程车当前位置及行车路径、结合前方交通信号灯的状态信息，对比工程车与交通信号灯之间的空间距离的渐变数值判断工程车是否会闯红灯。例如，根据行车路径导航获取工程车与前方交通信号灯的距离，对比工程车与交通信号灯之间的空间距离的渐变数值判断工程车是否会闯红灯。其中，上述图像视觉计算技术为现有技术，在此不做赘述。
32.在其中一个实施例中，还包括报警器，所述报警器与所述处理器电连接，所述处理器工程车会闯红灯生成报警信号，并将该报警信号发送至报警器以提示。
33.在其中一个实施例中，还包括计时器，所述计时器用于获取交通信号灯的灯向变换时间，并将灯向时间信息发送至所述处理器，处理器计算工程车位于道岔路口时交通信号灯为绿灯的时间，操作员根据绿灯亮起时间调整工程车速度。
34.在其中一个实施例中，所述图像采集设备包括用于摄取前方百米标的摄像头、用于存储图像的存储模块、数字识别模块、信息传输模块、数据处理模块，摄像头用于采集视频信号并将处理分离出的帧图像数据缓存到存储模块；数字识别模块与存储模块连接以识别每帧图像数据中百米标的标号，所述数据处理模块与所述存储模块连接以获取每帧图像数据中百米标轮廓的像素点个数，并与预存的像素点与拍摄距离的集合关系对比以确定视觉拍摄距离(第一位置)；所述信息传输模块分别与所述数字识别模块及所述数据处理模块连接，以用于将百米标的标号信息和视觉拍摄距离信息相关联，并发送至处理器，即将百米标的标号信息和视觉拍摄距离信息压缩打包发送至处理器。在本实施例中，数字识别模块可以为dsp芯片，数据处理模块可以为fpga芯片，所述信息传输模块可以为数据传输芯片。
35.在其中一个实施例中，所述毫米波雷达包括发射模块、接收模块和测距运算模块，所述发射模块朝工程车后方的百米标发出毫米波，所述接收模块用于接收工程车后方的百
米标反射的毫米波，所述测距运算模块用于根据收发的时间差测得工程车距后方百米标的距离；例如，根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离公式为:s＝ct/2,其中s为目标距离,t为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间,c为光速。此外，所述测距运算模块将测量的位移转化为相对于工程车与前方百米标的位移，即第二位置，具体而言，根据第n百米标与第n-1百米标之间距离为固定的一百米，将毫米波雷达测量的距离换算成相对于第n百米标的距离，得到第二位置。毫米波雷达被配置为列车运行到某一时刻，在那一时刻的位置上，根据毫米波雷达计算得到的行驶距离达到100米时，即车辆正处于某个百米标，毫米波雷达计算的行驶距离清零，重新开始积分。需要说明的是，所述测距运算模块为算法处理器。
36.在其中一个实施例中，所述图像采集设备为摄像机，所述图像采集设备还包括预处理模块、轮廓提取模块，预处理模块与摄像头连接以对每帧图像的数字信号进行清晰化处理，将处理后的每帧图像发送给存储模块进行存储，并向轮廓提取模块及数据处理模块发送数据帧读取指令；与预处理模块相连的轮廓提取模块，用于将处理后的图像进行轮廓提取；所述数字识别模块与轮廓提取模块相连以对提取的轮廓进行数字识别，得到百米标的标号n。
37.在其中一个实施例中，所述轮廓提取模块包括图像边缘提取子模块、轮廓比率计算子模块和轮廓确定子模块，图像边缘提取子模块，用于采用自适应梯度阈值边缘化方法进行图像边缘提取，形成边缘图，例如，使用低阈值为50、高阈值为180的canny算子进行图像边缘提取；与图像边缘提取子模块相连的轮廓比率计算子模块，用于搜索边缘图上的矩形轮廓，并忽略其层次结构，计算每个候选轮廓的长边和短边的比率；与轮廓比率计算子模块相连的轮廓确定子模块，用于当候选轮廓的长边和短边的比率处于预设定的阈值区间时，例如，筛选长短比率在[1.2,1.4]区间的轮廓，该轮廓有且只有一个，则为目标轮廓；若轮廓不唯一，则选取上述二值比率最高的为目标轮廓。
[0038]
在其中一个实施例中，所述数字识别模块包括轮廓二值化子模块、分割子模块和匹配子模块，轮廓二值化子模块，用于将轮廓二值化、重采样成规定尺寸的像素图；与轮廓二值化子模块相连的分割子模块，用于将像素图竖向三等分，各自按行拼接成向量，并与预设的数据库模板向量进行匹配，匹配方法包括但不限于计算欧式距离、中心距不变法和矢量特征提取法；与分割子模块相连的匹配子模块，用于选取匹配结果距离最小的模板标号，即为百米标标号n。例如，将轮廓二值化并重采样至大小为(64*3,64)，设置两个分解基点，为x方向的像素坐标64和64*2，在基点前后设置20％自适应偏移；当偏移点垂直线上95％像素点为1时，停止偏移。根据偏移定将图像拆分成三部分(百米标数字最多为三位)，并各自重采样成(64,64)，按行拼接成(1,4096)向量。将三张图片，分别与数据库模板向量进行匹配，匹配方法为计算欧式距离，选取欧式距离最小的模板标号，即为识别的数字。
[0039]
例如，通过视觉测距结果为(100,65.00)，即工程车距前方的百米标有65.00米，百米标数字为100；通过毫米波雷达检测得到初始状态结果(第二位置)为(99,34.00)，即距离后方百米标34.00.有，百米标数字为99；转换为(100,66.00)。处理器结合上述两个结果，将(100,65.00)和(100,66.00)进行平均，即(100,65.50)，得到当前位置为：距离前方100百米标65.50米。
[0040]
处理器获取occ调度大厅的大屏画面并定位关键点：摄像机位置和调度大厅大屏
固定，人工标定信号灯的在图像中的像素位置并记录。根据工程车的当前位置为(100,65.50)，推断所在站点大致位置(假设为m和n站点之间)，确定画面中的感兴趣区域(如图3所示，假设处于信号灯33和34之间)，并对信号灯颜色进行识别，即：根据(c1)确定的位置坐标，在该坐标位置为中心半径为10个像素的区域，统计bgr三个通道的各自的平均值，设置阈值max为230、min为100，当某个通道平均值大于max且其他通道值小于min，则该通道的颜色为信号灯的颜色。(假设34信号灯的bgr三通道平均值分别为17、16、243，则34信号灯的颜色为红色)，得到预警信息：当前位置为：距离前方100百米标65.50米，前方信号灯为红色。
[0041]
请参阅图4，本实用新型还提供一种工程车作业安全预警系统的方法，包括以下步骤：
[0042]
通过工程车上的图像采集设备采集关于百米标的图像，对图像进行特征提取，获取百米标的标号n和第一位置；其中，n为三位数的自然数，第一位置为工程车与第n百米标的相对距离；采用工程车上的毫米波雷达测量相对于第n-1百米标的位移，将测量的位移换算成相对于第n百米标的位移，得到第二位置；取所述第一位置与所述第二位置的平均值，得到工程车当前位置，该工程车当前位置为工程车距第n百米标的距离；利用图像视觉计算识别工程车调度大屏的信号灯信息根据工程车当前位置及行车路径、工程车调度大屏的信息，实时获取行车路径的区域信号灯状态，作为预警。
[0043]
较佳地，所述工程车通过图像采集设备采集的关于百米标的图像，对图像进行特征提取，获取百米标的标号n和第一位置；其中，第一位置为图像采集设备与第n百米标的相对距离；包括以下步骤：对关于百米标的图像进行预处理；将预处理后的图像进行轮廓提取；对提取的轮廓进行数字识别，得到百米标的标号n；计算图像中百米标轮廓的像素点个数，根据预存的像素点与拍摄距离的相对应关系，确定第一位置。
[0044]
较佳地，所述预处理包括但不限于图像灰度化、图像均衡化和图像二值化。
[0045]
较佳地，所述将预处理后的图像进行轮廓提取，包括：采用canny算子进行图像边缘提取，形成边缘图；搜索边缘图上的矩形轮廓，并忽略其层次结构，计算每个候选轮廓的长边和短边的比率；当两者处于预设定的阈值区间时，该轮廓有且只有一个，则为目标轮廓；若轮廓不唯一，则选取二值比率最高的为目标轮廓。
[0046]
较佳地，所述对提取的轮廓进行数字识别，得到百米标的标号，包括以下步骤：将轮廓二值化、重采样成规定尺寸的像素图；将像素图竖向三等分，各自按行拼接成向量，并与预设的数据库模板向量进行匹配，匹配方法包括但不限于计算欧式距离、中心距不变法和矢量特征提取法；选取匹配结果距离最小的模板标号，即为百米标标号n。
[0047]
较佳地，所述工程车采用毫米波雷达测量相对于第n-1百米标的位移，并将测量的位移转化为相对于第n百米标的位移，得到第二位置，包括以下步骤：毫米波雷达设置固定长度5的数据缓冲区，得到当前原始速度时，将缓冲区头部数据压出，将当前数据压入，对缓冲区数据做五点中值计算，得到平滑后的当前速度；将平滑后的速度乘以数据发送间隔时间，测量出相对于第n-1百米标的位移；根据第n百米标与第n-1百米标之间的距离为一百米，将毫米波雷达测量的距离换算成相对于第n百米标的距离，得到第二位置。
[0048]
较佳地，所述毫米波雷达被配置为当所述当前位置为100米时，即经过某一百米标，行驶距离从当前时刻获得的速度重新积分。
[0049]
以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不仅限于本实用新型，尽管参照前
述实例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。