[0001] 本申请涉及激光雷达检测技术领域，尤其涉及一种用于铁路运行线路的障碍物检测系统。

[0002] 随着运输行业的高速发展，铁路运输成为人们日常生活中的必不可少的运输方式之一，由于铁路路线沿途的地理环境较为复杂，存在大量山区，部分铁路运行路段存在山石跌落等风险，因此需要对铁路运输的运行路段进行实时检测，避免由于障碍物阻挡铁路，导致发生危险。

[0003] 传统的检测方法为使用二维激光雷达进行实时检测，由于二维激光雷达只能对一个平面进行扫描，虽然能够一定程度上实现对障碍物的检测，但是，由于二维激光雷达数据维度的限制，不能准确检测获取出障碍物的三维信息，无法对障碍物状态进行有效判断，同时对高度过低或者空中悬垂的障碍物无法进行准确检测，存在一定的技术缺陷，容易引发安全事故。实用新型内容

[0004] 本申请提供了一种用于铁路运行线路的障碍物检测系统，以解决现有铁路运行线路的障碍物检测过程中，无法准确检测高度过低或者空中悬垂的障碍物，导致准确性较低、安全性较差的问题。

[0005] 本申请提供了一种用于铁路运行线路的障碍物检测系统，其特征在于，包括：数据获取单元、数据处理单元、网格构建单元和数据判断单元；

[0006] 所述数据获取单元用于获取连续点云数据，将所述连续点云数据发送给所述数据处理单元；所述数据获取单元的输出端与所述数据处理单元的输入端连接；

[0007] 所述数据处理单元用于对所述连续点云数据进行处理，得到背景点云数据，将所述背景点云数据发送给网格构建单元，所述数据处理单元的输出端与所述网格构建单元的输入端连接；

[0008] 所述网格构建单元用于在检测区域构建体素网格，将所述背景点云数据对应的体素网格设置为占用，得到检测区域的体素网格背景模型；

[0009] 所述数据获取单元还被用于当所述体素网格背景模型构建后，获取连续点云数据，将所述连续点云数据发送给所述数据判断单元，所述数据获取单元的输出端与所述数据判断单元的输入端连接；

[0010] 所述数据判断单元用于接收来自所述数据获取单元的所述连续点云数据，判断所述连续点云数据对应的体素网格在体素网格背景模型中是否被占用，若未被占用，则发送障碍物报警信息。

[0011] 所述数据处理单元包括点云判断模块和点云处理模块；

[0012] 所述点云判断模块用于依次判断所述连续点云数据中的每个点云是否在所述检测区域中，得到判断结果，所述点云判断模块的输出端与所述点云处理模块的输入端连接；

[0013] 所述点云处理模块用于根据判断结果对所述点云进行删除或保留。

[0014] 所述网格构建单元包括划分步长设定单元、体素网格划分单元和体素网格设置单元；

[0015] 所述划分步长设定单元用于设定体素网格的划分步长step，所述划分步长设定单元的输出端与所述体素网格划分单元的输入端连接；

[0016] 所述体素网格划分单元用于根据划分步长step将检测区域从任意顶点P(Px，Py，Pz)设置为边长为划分步长step的体素网格。

[0017] 所述体素网格设置单元用于将任意点云坐标(xt,yt,zt)转换为对应的体素网格的索引坐标，将所述对应的体素网格设置为占用，得到检测区域的体素网格背景模型。

[0018] 所述体素网格设置单元还用于将所述不连续的未占用的体素网格设置为占用。

[0019] 当本申请提供的一种用于铁路运行线路的障碍物检测系统正常工作时，包括以下步骤：

[0020] 获取连续点云数据；

[0021] 对所述连续点云数据进行处理，得到背景点云数据；

[0022] 在检测区域构建体素网格；

[0023] 将所述背景点云数据对应的体素网格设置为占用，得到检测区域的体素网格背景模型；

[0024] 当所述体素网格背景模型构建后，获取连续点云数据；

[0025] 判断所述连续点云数据对应的体素网格在体素网格背景模型中是否被设置为占用；

[0026] 若为被设置为占用，则发送障碍物报警信息。

[0027] 所述对所述连续点云数据进行处理，得到背景点云数据，具体包括以下步骤：

[0028] 依次判断所述连续点云数据中的每个点云是否在所述检测区域中；

[0029] 若未在所述检测区域，删除所述点云。

[0030] 若在所述检测区域，保留所述点云，得到背景点云数据。

[0031] 所述方法还包括以下步骤：

[0032] 判断所述体素网格背景模型中是否存在不连续的未占用的体素网格；

[0033] 若存在，将所述不连续的未占用的体素网格设置为占用。

[0034] 所述在检测区域构建体素网格，具体包括以下步骤：

[0035] 设定体素网格的划分步长step；

[0036] 根据划分步长step将检测区域从任意顶点P(Px，Py，Pz)设置为边长为划分步长step的体素网格；

[0037] 判断最终剩余长度是否小于划分步长step；

[0038] 若小于划分步长step，按照实际剩余长度进行设置；

[0039] 每个体素网格的索引范围计算方式如下：

[0040]

[0041] 检测区域对应的体素网格索引坐标，在三个坐标轴方向上依次分别为Xindex＝[1，xnum]，Yindex＝[1，ynum]，Zindex＝[1，znum]。

[0042] 将所述背景点云数据对应的体素网格设置为占用之前，还包括将所述任意点云坐标(xt,yt,zt)转换为对应的体素网格的索引坐标(Xindex，Yindex，Zindex)；

[0043] 转换公式为：

[0044]

[0045] 由以上技术方案可知，本申请提供了一种用于铁路运行线路的障碍物检测系统，所述系统包括：数据获取单元、数据处理单元、网格构建单元和数据判断单元，数据获取单元用于获取连续点云数据，数据处理单元用于对连续点云数据进行处理，得到背景点云数据，网格构建单元用于在检测区域构建体素网格，将背景点云数据对应的体素网格设置为占用，得到检测区域的体素网格背景模型；数据判断单元用于判断连续点云数据对应的体素网格在体素网格背景模型中是否被占用，发送障碍物报警信息。本申请通过三维激光雷达根据连续点云数据构建空间体素网格，实现了对铁路运行线路障碍物的准确测量，解决了现有检测系统测量结果不准确，安全性差，容易造成安全事故的问题。

[0054] 下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

[0055] 本申请提供的一种用于铁路运行线路的障碍物检测系统的应用场景图，三维激光雷达通过扫描检测区域，得到检测区域的点云数据，点云数据中包括地面以及铁轨、道砟、轨道板等铁路设施。通过对点云数据进行处理，从点云数据中将地面、铁轨、道砟、轨道板等设施点云累积学习为背景点云数据。通过对检测区域进行空间体素网格划分，采用点云降采样方式，建立铁道所在路面的非规则曲面区域的体素网格背景模型。体素网格背景模型建立完成后，结合三维雷达实时扫描数据和监控区域三维背景信息，可以对监控区域内的点云进行区分，从扫描点云中分离背景点云，获得障碍物点云，最终实现对障碍物的检测。

[0056] 参见图1，本申请提供了一种用于铁路运行线路的障碍物检测系统，包括：数据获取单元1、数据处理单元2、网格构建单元3和数据判断单元4；

[0057] 所述数据获取单元1用于获取连续点云数据，将所述连续点云数据发送给所述数据处理单元2；所述数据获取单元1的输出端与所述数据处理单元2的输入端连接；

[0058] 所述数据处理单元2用于对所述连续点云数据进行处理，得到背景点云数据，将所述背景点云数据发送给网格构建单元3，所述数据处理单元2的输出端与所述网格构建单元3的输入端连接；

[0059] 所述网格构建单元3用于在检测区域构建体素网格，将所述背景点云数据对应的体素网格设置为占用，得到检测区域的体素网格背景模型；

[0060] 需要说明的是，检测区域可以为任意形状的包含铁路线路的凸几何体，高度方向需可任意，不低于通行火车的高度。示例的，参见图2，检测区域为三维立体防区A，立方体防区A向下包括所有铁轨设施及地面，向上高于火车高度。三维雷达扫描点云坐标和立体防区所在坐标系为oxyz坐标系为基准，立方体的长宽高分别为L，W，H。

[0061] 所述数据获取单元1还被用于当所述体素网格背景模型构建后，获取连续点云数据，将所述连续点云数据发送给所述数据判断单元4，所述数据获取单元1的输出端与所述数据判断单元4的输入端连接；

[0062] 所述数据判断单元4用于接收来自所述数据获取单元1的所述连续点云数据，判断所述连续点云数据对应的体素网格在体素网格背景模型中是否被占用，若未被占用，则发送障碍物报警信息。

[0063] 在一些实施例中，参见图3，所述数据处理单元2包括点云判断模块21和点云处理模块22；

[0064] 所述点云判断模块21用于依次判断所述连续点云数据中的每个点云是否在所述检测区域中，得到判断结果，所述点云判断模块21的输出端与所述点云处理模块22的输入端连接；

[0065] 所述点云处理模块22用于根据判断结果对所述点云进行删除或保留。

[0066] 在一些实施例中，参见图4，所述网格构建单元3包括划分步长设定单元31、体素网格划分单元32和体素网格设置单元33；

[0067] 所述划分步长设定单元31用于设定体素网格的划分步长step，所述划分步长设定单元31的输出端与所述体素网格划分单元32的输入端连接；

[0068] 所述体素网格划分单元32用于根据划分步长step将检测区域从任意顶点P(Px，Py，Pz)设置为边长为划分步长step的体素网格。

[0069] 所述体素网格设置单元33用于将任意点云坐标(xt,yt,zt)转换为对应的体素网格的索引坐标，将所述对应的体素网格设置为占用，得到检测区域的体素网格背景模型。

[0070] 在一些实施例中，所述体素网格设置单元33还用于将所述不连续的未占用的体素网格设置为占用。

[0071] 第二方面，参见图5，本申请提供了一种用于铁路运行线路的障碍物检测方法，包括以下步骤：

[0072] S100：获取连续点云数据；

[0073] S110：对所述连续点云数据进行处理，得到背景点云数据；

[0074] 更为具体的是，所述背景点云数据对应的是铁路运行线路中所必须的基础设施实体。

[0075] S120：在检测区域构建体素网格；

[0076] S130：将所述背景点云数据对应的体素网格设置为占用，得到检测区域的体素网格背景模型；

[0077] 需要说明的是，完成铁路场景的体素网格背景模型构建，将检测区域中的体素网格分为两种，一种是设置为占有的体素网格，一种是设置为未占用的体素网格。已占用的体素网格对应检测区域中的物理场景表面及其地面下地基。未占用体素网格对应检测区域中真实的需要被监测的区域。

[0078] S140：当所述体素网格背景模型构建后，获取连续点云数据；

[0079] S150：判断所述连续点云数据对应的体素网格在体素网格背景模型中是否被设置为占用；

[0080] S160：若未被设置为占用，则发送障碍物报警信息。

[0081] 通过体素网格背景模型构建后，可以对激光雷达扫描到的点云数据进行判断分析，如果所述点云数据对应的体素网格为未占用，则代表监控区域内有障碍物。可以进行后续的障碍物判断和告警等方式。需要说明的是，所述报警信息可以为声报警或光报警，也可以通过远程通讯传输将所述报警信息发送到远程服务器。

[0082] 在一些实施例中，参见图6，所述对所述连续点云数据进行处理，得到背景点云数据，具体包括以下步骤：

[0083] S200：依次判断所述连续点云数据中的每个点云是否在所述检测区域中；

[0084] S210：若未在所述检测区域，删除所述点云。

[0085] S220：若在所述检测区域，保留所述点云，得到背景点云数据。

[0086] 在一些实施例中，所述方法还包括以下步骤：

[0087] 判断所述体素网格背景模型中是否存在不连续的未占用的体素网格；

[0088] 若存在，将所述不连续的未占用的体素网格设置为占用。

[0089] 需要说明的是，现实铁路运行线路的检测场景中，实际的铁路、道砟、轨道板以及地面构成了连续完成的真实物理场景，并且该背景面以上为监控区域，以下为大地地基。由于激光扫描特性，真实场景的扫描点云中，存在部分遮挡，在检测区域的体素网格中表现为背景特征的不连续空洞。采用插值方式，将检测区域的体素网格进行填补。填补完整后，将背景面体素格以下，大地地基对应的体素格设置为占用。能够有效解决激光雷达获取点云数据时，由于遮挡导致检测结果不准确的问题。

[0090] 更为具体的是，将所述不连续的未占用的体素网格设置为占用，具体包括：对检测区域中划分的所有体素网格进行判断，依次判断没有体素网格的x和y向的索引坐标，任意设置为已占用的体素格坐标(xindex，yindex，zindex)，将对应x和y索引中z索引小于zindex的体素格设置为占用，所述占用的体素网格对应着检测区域中的大地地基。

[0091] 在一些实施例中，所述在检测区域构建体素网格，具体包括以下步骤：

[0092] 设定体素网格的划分步长step；

[0093] 根据划分步长step将检测区域从任意顶点P(Px，Py，Pz)设置为边长为划分步长step的体素网格；

[0094] 判断最终剩余长度是否小于划分步长step；

[0095] 若小于划分步长step，按照实际剩余长度进行设置；

[0096] 每个体素网格的索引范围计算方式如下：

[0097]

[0098] 检测区域对应的体素网格索引坐标，在三个坐标轴方向上依次分别为Xindex＝[1，xnum]，Yindex＝[1，ynum]，Zindex＝[1，znum]。

[0099] 在一些实施例中，将所述背景点云数据对应的体素网格设置为占用之前，还包括将所述任意点云坐标(xt,yt,zt)转换为对应的体素网格的索引坐标；

[0100] 转换公式为：

[0101]

[0102] 本申请提供的由以上技术方案可知，本申请提供了一种用于铁路运行线路的障碍物检测系统及方法，所述系统包括：数据获取单元、数据处理单元、网格构建单元和数据判断单元，数据获取单元用于获取连续点云数据，数据处理单元用于对连续点云数据进行处理，得到背景点云数据，网格构建单元用于在检测区域构建体素网格，将背景点云数据对应的体素网格设置为占用，得到检测区域的体素网格背景模型；数据判断单元用于判断连续点云数据对应的体素网格在体素网格背景模型中是否被占用，发送障碍物报警信息。本申请通过三维激光雷达根据连续点云数据构建空间体素网格，实现了对铁路运行线路障碍物的准确测量，解决了现有检测系统测量结果不准确，安全性差，容易造成安全事故的问题。

[0103] 进一步的，本申请技术方案利用三维激光雷达扫描点云数据，能够对铁路场景的复杂表面进行全面扫描，建立铁路场景非规则表面边界的立体监控区域，实现对铁路场景的三维监控，具备推广至其它类似固定场景的监测应用中。

[0104] 本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。