Устройство обнаружения препятствий на пути движения рельсового транспортного средства

Полезная модель относится к электронным системам железнодорожных транспортных средств, и может быть использована в бортовой информационно-вычислительной системе электропоезда.
Известен блок обнаружения препятствий на пути движения рельсового транспортного средства в составе бортовой информационной системы, содержащий блок датчиков технического зрения, включающий модуль первичной обработки данных, к которому подключены, по крайней мере, одна видеокамера, один лидар и один тепловизор, вычислительный блок, состоящий из вычислителя с подключенными к нему модулем комплексирования данных, нейросетью и блоком памяти, при этом вход вычислительного блока соединен с выходом модуля первичной обработки данных, а выход - через блок принятия решений с высокоскоростным CAN-E - интерфейсом (RU 2742960 C1, B61L 25/02, 12.02.2021).
Недостатком известного блока обнаружения препятствий является недостаточная надежность, поскольку при выходе из строя вычислительного блока или одного из сенсоров сам блок теряет работоспособность.
Технический результат заключается в повышении надежности и отказоустойчивости, повышении точности обнаружения препятствий, уменьшении количества ложно обнаруженных препятствий за счет увеличения количества независимо обрабатываемых сенсоров независимыми модулями принятия решений с возможностью работы стереокамер в режиме монокулярных камер и внедрении отдельной камеры для возможности обеспечения дистанционного управления электропоезда.
Технический результат достигается тем, что устройство обнаружения препятствий на пути движения рельсового транспортного средства содержит для сканирования пространства впереди движущегося транспортного рельсового средства две группы камер, два лидара, тепловизор с высоким разряжением, ультразвуковые датчики, а также два модуля принятия решений и два коммутатора, при этом первая группа камер включает три видеокамеры с углами обзора соответственно 10°, 40° и 40°, вторая группа камер - четыре видеокамеры с углами обзора соответственно 14°, 14°, 65° и 65°, каждый модуль обработки данных содержит последовательно соединенные блок первичной обработки данных на базе графических ускорителей и вычислительный блок, выходом подключенный к сети Ethernet для взаимодействия с бортовым оборудованием транспортного средства, при этом выходы камер первой группы подключены через первый коммутатор к соответствующему входу блока первичной обработки первого модуля принятия решений, выходы камер второй группы - через второй коммутатор к соответствующему входу блока первичной обработки второго модуля принятия решений, выход тепловизора соединен с соответствующими входом блока первичной обработки первого блока принятия решений, к соответствующим входам каждого блока первичной обработки данных подключены выходы соответствующих ультразвуковых датчиков и одного из лидаров, вычислительные блоки взаимодействуют друг с другом непосредственно, программное обеспечение вычислительных блоков выполнено с возможностью выделения препятствий по данным первичной обработки данных видеокамер, лидаров, тепловизора и ультразвукого датчика с последующим комплексированием данных для определения координат препятствия и формирования соответствующего сообщения для передачи его по сети Ethernet бортовому оборудованию транспортного средства.
Устройство дополнительно включает IP-камеру, подключенную к сети Ethernet для взаимодействия внешними устройствами для обеспечения дистанционного управления с требованиями, отличными от требований к захвату данных камерами машинного зрения.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема одного из вариантов выполнения предлагаемого устройства обнаружения препятствий на пути движения рельсового транспортного средства.
Устройство обнаружения препятствий на пути движения рельсового транспортного средства содержит для сканирования пространства впереди движущегося транспортного рельсового средства две группы камер 1 и 2 машинного зрения, два лидара 3 и 4, тепловизор 5 с высоким разряжением, ультразвуковые датчики 6 и 7, а также два модуля 8 и 9 принятия решений и два коммутатора 10 и 11.
0
Первая группа камер 1 включает три монохромные видеокамеры с одним и тем же разрешением и углами обзора соответственно 10°, 40° и 40°, вторая группа камер 2 - четыре монохромные видеокамеры с одним и тем же разрешением и углами обзора соответственном, 14°, 65° и 65°.
Каждый модуль 8 и 9 принятия решений содержит последовательно соединенные блок 12(13) первичной обработки данных на базе графических ускорителей и вычислительный блок 14(15), выходом подключенный к сети Ethernet.
Выходы камер 1 первой группы подключены через первый коммутатор 10 к соответствующему входу блока 12 первичной обработки первого модуля 8 принятия решений, а выходы камер 2 второй группы - через второй коммутатор 11 к соответствующему входу блока 13 первичной обработки второго модуля 9 принятия решений.
Выход тепловизора 5 соединен с соответствующим входом блока 12 первичной обработки первого модуля 8 принятия решений.
Выходы лидаров 3 и 4 подключены соответственно к соответствующим входам блоков 12 и 13 первичной обработки, другие входы каждого из которых соединены с выходом соответствующего ультразвукового датчика 6(7).
Вычислительные блоки 14 и 15 взаимодействуют друг с другом непосредственно, а через сеть Ethernet - с бортовым оборудованием транспортного средства (на чертеже не показаны). Программное обеспечение вычислительных блоков 14 и 15 выполнено с возможностью выделения препятствий по данным первичной обработки данных камер 1 и 2, лидаров 3 и 4, тепловизора 5 и ультразвукых датчиков 6 и 7 с последующим комплексированием данных для определения координат препятствия и формирования соответствующего сообщения для передачи его по сети Ethernet бортовому оборудованию транспортного средства.
IP-камера 16 подключена к внешним устройствам посредством сети Ethernet для предоставления данных видеоизображений системам дистанционного управления электропоезда.
Устройство обнаружения препятствий на пути движения рельсового транспортного средства функционирует следующим образом.
Устройство обнаружения препятствий размещают на локомотиве в кабине машиниста.
В режиме реального времени камеры 1 и 2, лидары 3 и 4, тепловизор 5, ультразвуковые датчики 6 и 7 сканируют пространство перед движущимся транспортным средством. Данные о ситуации перед движущимся транспортным средством, например, о нахождении людей на пути и/или движущихся объектах и\или объектах инфраструктуры вдоль пути в габарите транспортного средства поступают в блоки 11 и 12 первичной обработки.
Данные первой группы 1 камер через коммутатор 10 поступают в блок 11 первичной обработки данных, на другие соответствующие входы которого поступают данные с выходов лидара 3, тепловизора 5 и ультразвукового датчика 6.
Данные второй группы камер 2 через коммутатор 11 поступают в блок 12 первичной обработки данных, на другие соответствующие входы которого поступают данные с выходов лидара 4 и ультразвукового датчика 7.
Блоки 12 и 13 первичной обработки данных на базе графических ускорителей осуществляют преобразование полученных данных.
При получении данных от камер 1 и 2 блоки 12 и 13 преобразовывают их в матрицу изображения с соответствующим размером и формируют внутренний объект, который представляет алгоритмическую структуру, содержащую хэш-таблицу с матрицами, вектор объектов, внутреннюю информацию о кадрах.
Результаты первичной обработки данных камер 1 2 блоки 12 и 13 передают соответственно в вычислительные блоки 14 и 15, которые последовательно осуществляют на основании полученных данных сегментацию железнодорожных путей с последующей их фильтрацией для формирования зон габарита пути и опасной зоны, исходя из известных физических величин габаритов колеи и параметров зон; детектирование объектов с помощью нейронной сети; вычисление трехмерных характеристик объектов; определение зоны потенциального объекта и фильтрацию ложных срабатываний. Фильтрацию ложных срабатываний осуществляют по следующим признакам: допустимая высота, допустимая дистанция до объекта, достоверность препятствия в зависимости от его места положения: для препятствия на пути, для препятствия в габарите пути, для препятствия в зоне повышенной бдительности; сохранение кадра с обнаруженными объектами в какой-либо из зон; формирование выходного сообщения, включающее (при его наличии) препятствие в выделенных зонах, флаги наличия препятствий и максимальная по удаленности точка обнаружения колеи.
Данные лидаров 3 и 4 представляют собой массив точек в декартовой системе координат, где каждая точка является отражением от объекта. Центром системы координат является сам лидар 3 и 4.
При получении данных каждый блок 12 и 13 пространство перед соответственно лидаром 3 и 4 разбивает на квадраты с заданным шагом для реализации алгоритма «грид». Полученные точки от лидара 3(4) проецируются на квадраты данной сетки.
Результаты обработки блоки 12 и 13 направляют в вычислительные блоки 14 и 15, каждый из которых для каждой зоны анализирует точки, находящиеся по вертикальной оси в заданных пределах и на дистанции от лидара 3 и 4 не менее заданной величины, проверяет занятость зон и формирует выходное сообщение.
Блок 12 данные от тепловизора 5 преобразует в тип данных, содержащий матричное изображение, аналогичный типу данных от камер 1 и 2 видимого спектра для дальнейшей обработки данных вычислительным блоком 14.
По данным ультразвуковых датчиков 6 и 7 каждый модуль 8 и 9 принятия решений создает тип данных, свидетельствующий о занятости и дистанции свободного пространства перед ним.
Вычислительный блок 14 осуществляет регистрацию препятствий по данным первичной обработки данных группы камер 1, лидара 3, тепловизора 5 и ультразвукового датчика 6 с последующим комплексированием данных для определения координат препятствия и формирования соответствующего сообщения для передачи его по сети Ethernet бортовому оборудованию транспортного средства.
Вычислительный блок 15 осуществляет регистрацию препятствий по данным первичной обработки данных группы камер 2, лидара 4, и ультразвукового датчика 6 с последующим комплексированием данных для определения координат препятствия и формирования соответствующего сообщения для передачи его по сети Ethernet бортовому оборудованию транспортного средства.
При этом вычислительные блоки 14 и 15 взаимодействуют друг с другом для агрегирования данных о препятствиях и проверки работоспособности друг друга.
Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет обнаружение препятствий на необходимом участке пути, агрегируя данные от множества независимых сенсоров, позволяет сохранять работоспособность в случае отказа отдельных сенсоров.