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基于3D高性能激光雷达技术的隧道异物入侵检测方案

2020年05月20日

背景介绍

2019年底我国已经迎来世界上首次实现时速350公里自动驾驶功能的高铁列车,伴随“中国速度”同时提高的,是主动减少事故发生率的最新安全检测技术。本文围绕3D激光雷达技术,介绍一项隧道异物入侵检测方案(对隧道内可能威胁到车辆正常行驶的落石、闯入的人员或牲畜等各类异物进行快速识别),辅助司机或相关人员采取应急措施,防止发生碰撞事故发生,为乘客提供安全、平稳、健康的出行服务。

相关事故

2018年7月16日15时07分左右,新建怀邵衡铁路石亭子隧道DK125+400处,发生一起运料火车与运货平板小车相撞事故,造成平板小车上5人死亡、1人轻伤。

上述事故由小车非法入侵至列车行驶隧道区域造成的人员伤亡事故。由此可见,异物入侵安全监测势在必行。

01方案描述

3D激光雷达异物入侵监测系统由三大部分组成:

1. 前端监测模块(3D激光雷达):激光雷达模块提供主要三维点云数据

2. 数据处理模块(主控板):软件部分内部集成算法SDK接口,方便客户二次集成;内部硬件由通讯航插接口、220V电源接口、电路板组成

3. 整体工装模块(吊顶安装支架):结构化设计使安装便捷,客户可定制设计

图1 异物监测入侵系统组成

3D激光雷达异物入侵检测系统,具有快速响应、精准识别异物、稳定可靠等工作特点。将该检测模块安装在隧道的横梁支架上,垂直向下探测,对隧道进行全方位探测。举例:以隧道长度80m,高度8m尺寸下,通过对激光雷达水平和垂直角度计算,仅需要2个激光雷达即可全覆盖整个隧道的面积。


图2 一台3D激光雷达隧道检测点云与实景图

图3 3D激光雷达安装示意图
安装整个系统至隧道顶端轨道后,就可以在200m量程范围内实时检测隧道状态。北醒这款3D高性能激光雷达能在130m处探测到分辨率为5cm的物体大小,相当于监控人员在屏幕前,能够清晰看到130m以外的地方,有一个小魔方出现在入侵区域。

图4 Horn-X 检测到130m处5cm尺寸小目标


02客户收益


03产品及技术介绍


隧道异物入侵监测系统依赖的主要是一项高精度探测激光雷达检测技术。该3D高性能激光雷达Horn-X由北醒自主研发,拥有90°*30°大视场角,可以一次性发射出大量光学能量,探测到周围环境后,将信息还原成高密度点云信息,类似“3D图像”。内置算法具有分割地面、聚类获取异物位置信息和距离信息。

此处插入一段视频了解北醒3D高性能激光雷达Horn-X在80m,100m,112m,130m量程的探测效果。


检测技术详解:

系统可提供异物报警或疑似报警信息,异常物体的位置信息、大小信息。

1)首先通过半径滤波将原始激光雷达点云中存在的一些悬空的孤立点或无效点进行去除

2)针对运动目标采用分割的方法从背景图像中提取出目标的运动区域

3)在差分出来的点云进行分割,分割出不同的目标点云,如:通过分割地面功能将异物与地面正常物(地面正常物举例:地面的隧道石子路)区分开

4)最后通过聚类算法(将各项异物识别并圈出来)提取异常物体的坐标信息;

实现效果如下:


图5 从左到右依次为点云降噪-去除地面-点云分割


图6 小目标聚类效果

技术参数浏览:


适用场景:

基于3D激光雷达技术的隧道异物检测入侵系统,除了可以应用于隧道异物监测,同样适用于轨道异物监测,安防监测和三维重建。




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