案例分享 | 線路障礙物侵限檢測(cè)

此前，國(guó)家鐵路局副局長(zhǎng)安路生在新聞發(fā)布會(huì)上表示，6月4日10點(diǎn)22分，由貴陽(yáng)北開(kāi)往廣州南站的D2809次列車行駛在貴廣線榕江站進(jìn)站前的月寨隧道口時(shí)發(fā)生了脫軌，通過(guò)初步調(diào)查分析，事故主要由于當(dāng)?shù)剡B續(xù)降雨并短時(shí)強(qiáng)降雨，列車高速運(yùn)行中撞上突發(fā)溜坍侵入線路的泥石流，導(dǎo)致7號(hào)、8號(hào)車發(fā)生脫軌。

障礙物侵限造成的事故，貴州并非第一例。據(jù)界面新聞報(bào)道，2020年3月，受連日降雨影響，從濟(jì)南開(kāi)往廣州的T179次客運(yùn)列車撞上塌方體，在湖南境內(nèi)側(cè)翻，事故造成1人死亡、127人受傷。除了塌方、泥石流滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，塑料布薄膜、生活垃圾、車輛、建筑垃圾等異物均容易造成鐵路侵限的事故發(fā)生，輕則導(dǎo)致列車晚點(diǎn)，嚴(yán)重的事故則會(huì)導(dǎo)致人員傷亡，并造成無(wú)法預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失。

此次事故發(fā)生的地點(diǎn)月寨隧道口屬于典型的障礙物侵限場(chǎng)景，監(jiān)測(cè)技術(shù)手段需要充分考慮白天、黑夜有無(wú)環(huán)境光、車燈引起的光照變化等光照條件，以及雨雪、霧霾、大風(fēng)等天氣條件。有關(guān)文件要求，對(duì)障礙物侵限監(jiān)測(cè)的范圍應(yīng)不低于200米，測(cè)試過(guò)程中需要人員和異物模擬入侵并進(jìn)行誤報(bào)測(cè)試。中國(guó)鐵路總公司發(fā)布的【2015】第184號(hào)文件《線路障礙自動(dòng)報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》中，對(duì)侵限場(chǎng)景做出了進(jìn)一步的技術(shù)性要求：

圖1 第184號(hào)文針對(duì)侵限場(chǎng)景的技術(shù)要求

目前的解決方案大多數(shù)采取傳統(tǒng)感知技術(shù)+人工巡檢的方式（例如使用單線激光雷達(dá)+人工巡檢的方式）這種手段均較為單一，難以滿足鐵路、高鐵等場(chǎng)景的全天候、零漏報(bào)、低誤報(bào)的需求。加上各類感知技術(shù)各有優(yōu)劣，因此“侵限障礙物檢測(cè)”這一課題一直在迎接新的挑戰(zhàn)。

圖2 各類傳感器優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比圖

北醒自布局交通領(lǐng)域以來(lái)，深耕鐵路異物侵限檢測(cè)領(lǐng)域，結(jié)合自身三維激光雷達(dá)優(yōu)勢(shì)，攜手合作伙伴打造了激光雷達(dá)與攝像頭融合的解決方案，為障礙物侵限檢測(cè)提供新型技術(shù)手段。

圖3 系統(tǒng)組成部分

該系統(tǒng)主要由三部分組成，即前端探測(cè)組件、數(shù)據(jù)處理計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及傳輸單元。

1）前端探測(cè)單元：北醒Horn-X2 Pro激光雷達(dá)+攝像頭，負(fù)責(zé)點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)采集

2）數(shù)據(jù)處理計(jì)算單元：主要負(fù)責(zé)將探測(cè)單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理

3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及傳輸單元：負(fù)責(zé)對(duì)所觸發(fā)預(yù)警的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)周期性的清除，并且將報(bào)警信息實(shí)時(shí)通過(guò)4G上傳到遠(yuǎn)端服務(wù)器

圖4 激光雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

通過(guò)雷達(dá)獲取軌道的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后進(jìn)行算法分析和處理。首先采集并保存背景信息，系統(tǒng)啟動(dòng)后刷新探測(cè)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)云并與背景信息比對(duì)，通過(guò)比對(duì)信息差異，提取差異點(diǎn)進(jìn)行障礙物尺寸信息分析。當(dāng)尺寸大于閾值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，實(shí)現(xiàn)從監(jiān)測(cè)-數(shù)據(jù)處理-報(bào)警的整體系統(tǒng)搭建。

整套系統(tǒng)可以對(duì)范圍內(nèi)的軌道實(shí)現(xiàn)障礙物侵限檢測(cè)：

1）探測(cè)更遠(yuǎn)距離的障礙物，給列車制動(dòng)留出更長(zhǎng)時(shí)間冗余

2）探測(cè)尺寸更小的障礙物，避免小型障礙物導(dǎo)致列車脫軌

3）提高系統(tǒng)報(bào)警準(zhǔn)確率，減少誤報(bào)漏報(bào)率

圖5 北醒Horn-X2 Pro 激光雷達(dá)優(yōu)勢(shì)

憑借著北醒激光雷達(dá)的性能優(yōu)勢(shì)，以及合作伙伴的專業(yè)能力，此系統(tǒng)在實(shí)際項(xiàng)目中獲得了卓越的表現(xiàn)。如下案例所示，當(dāng)探測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)行人，攝像頭可以進(jìn)行抓拍，激光雷達(dá)的三維點(diǎn)云可以確定入侵人員的三維信息，將入侵人員標(biāo)定出來(lái)，隨即進(jìn)行報(bào)警信息處理。

圖6 點(diǎn)云（右下）攝像頭（右上）實(shí)際場(chǎng)景

圖7 攝像頭抓拍的入侵人員

圖8 藍(lán)色為軌道三維點(diǎn)云，紅色為入侵人員

視頻1 障礙物檢測(cè)（圖中方塊為20*20mm的方形障礙物）

北醒Horn-X2 Pro激光雷達(dá)性能優(yōu)異，專為大交通領(lǐng)域而研發(fā)，除上述鐵路異物侵限領(lǐng)域，還覆蓋了機(jī)車主動(dòng)安全、地鐵主動(dòng)安全，智慧編組等多種鐵路場(chǎng)景。

圖9 北醒Horn-X2 Pro 激光雷達(dá)產(chǎn)品圖

北醒已經(jīng)將激光雷達(dá)的技術(shù)普惠到國(guó)計(jì)民生領(lǐng)域，并收獲了多個(gè)第一：國(guó)內(nèi)第一個(gè)城市軌道交通列車激光雷達(dá)上車項(xiàng)目（冬奧專線）、國(guó)內(nèi)第一個(gè)通過(guò)SIL4等級(jí)認(rèn)證的地鐵列車障礙物檢測(cè)系統(tǒng)等。北醒將始終保持初心，讓科技惠及大眾，致力于未來(lái)安全高效的交通出行。

關(guān)于北醒

北醒（北京）光子科技有限公司（Benewake Beijing Co., Ltd）于2015年成立于中國(guó)北京，致力于為用戶提供激光雷達(dá)及解決方案，實(shí)現(xiàn)安全智能行駛和自動(dòng)化升級(jí)。北醒通過(guò)激光雷達(dá)技術(shù)為自動(dòng)駕駛及車路協(xié)同、軌道交通、民航、航運(yùn)、工業(yè)傳感等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)行業(yè)轉(zhuǎn)型。截止目前，北醒員工超過(guò)200名，在全國(guó)擁有集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和工程服務(wù)全方位的業(yè)務(wù)活動(dòng)。

北醒自主研發(fā)的高性能激光雷達(dá)，獲得了國(guó)內(nèi)外500強(qiáng)企業(yè)的青睞，業(yè)務(wù)遍布全球60個(gè)國(guó)家和地區(qū)，產(chǎn)品出口到歐美、亞太等區(qū)域。