一种动车组公铁两用车体调车防护装置的制作方法

1.本发明涉及车辆工程技术领域，特别的涉及一种动车组公铁两用车体调车防护装置。


背景技术：

2.公铁两用车体连挂动车组调车作业（以下简称调车作业）是动车组检修作业的关键作业项目，作业防护不到位易导致挤岔、脱轨等调车事故。2019年以来，因现场作业者作业不到位全国已发生多起动车组公铁两用车体调车事故，影响了动车所生产组织，同时给动车所造成上百万元的经济损失。目前，国内各动车所公铁两用车体调车作业时均通过防护员对风险点进行把控，主要采用人控的方式对调车作业风险（挤岔、撞击、脱轨等风险）进行防控：防护员发现风险时提前通过对讲机与公铁两用车体操作员联控，实现对调车风险的管控。这种通过人控来防控调车风险的方式已远远不能满足现场作业需求，急需研制一套公铁两用车体连挂动车组调车防护系统，实现调车作业过程由人防向技防的转变。


技术实现要素：

3.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种动车组公铁两用车体调车防护装置，改善了人控来防控调车风险的方式已远远不能满足现场作业需求，急需研制一套公铁两用车体连挂动车组调车防护系统，实现调车作业过程由人防向技防转变的问题。
4.本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种动车组公铁两用车体调车防护装置，包括：库内主机、车载控制主机及公铁两用车体，所述公铁两用车体的底端两侧均设置有导向轮支撑架，所述支撑架的前后两端均设置有导向轮；避障传感器，所述避障传感器设置于公铁两用车体的两侧，所述避障传感器与车载控制主机电性连接，当距离值达到设定的阈值时，通过声光报警控制模块发出告警提示，同时控制公铁两用车体停车；测距传感器，用于对导向轮是否下压到位，压下距离不够时报警的所述测距传感器设置于公铁两用车体的侧面；走行距离传感器，用以用于检测公铁两用车体后退的距离及当距离超过设定值时报警的所述走行距离传感器设置于公铁两用车体的车架上；输入输出模块，用以对用于采集公铁两用车体走行信息及输出控制信号；列车接近采集模块，用于检测是否有列车经过及列车行进方向，所述列车接近采集模块给库内主机提供位置及方向信息；工位定位模块，用于检测动车组轮对的位置，到位时发出提示。
5.优选的，所述车载控制主机包括光耦隔离模块、dc-dc电源模块、数传模块、输入模块、控制模块、通信接口、输出模块及执行单元，所述接收车载传感器给库内主机发送信息，对信号进行分析处理，按预先设定逻辑执行相应动作，实现公铁两用车体避障、下压到位检测、走行距离测量、走行动作控制等功能。
6.优选的，所述车载控制主机运行时包括以下具体步骤：s1：开始后，系统初始化，开启串口接收中断；s2：接收到入库采集点信息，否，则返回上一步，是，则进行下一步操作；
s3：标记入库列车所处股道，等待工位采集点信息，超时退出；s4：接收工位采集点信息，控制公铁两用车体自动对位；s5：检修作业完成，否，则返回上一步，是，则进行下一步操作；s6：控制公铁两用车体推送列车出库，接收到出库停车点信号时自动停车，此时，结束运行。
7.优选的，所述步骤s2的具体包括以下步骤：s1：开始后，系统初始化；s2：轮询传感器数据传向下传输，接收到轮对通过信号，则，继续运行，否，则返回上一步；s3：根据数据判断行进方向，发出协议信号，等待轮对信号，如有信号，则返回上一步继续操作，如无信号则结束。
8.优选的，所述驱动轮的轮毂内缘设置有圆环，所述圆环的内缘设置有均匀分布的凸条，所述圆环的内缘设置有多个螺栓，所述圆环通过螺栓固定连接于驱动轮的轮毂内缘处，所述公铁两用车体的车架上设置有传感器，所述传感器可为光学或声学传感器。
9.优选的，所述公铁两用车体的两侧均固定安装于固定板，所述测距传感器安装于固定板的底端，所述测距传感器位于导向轮支撑架的上方。
10.优选的，所述库内主机包括显示及控制模块、解析模块、数传模块，用于接收传感器信号及视频图像，对信号进行分析处理，其中，获取到图像后，采用yolov5算法，提取输入图片的特征，其次利用特征预测边界框的坐标，边界框的置信度以及目标对应各类别的概率。最后采用非极大值抑制的方法，在所有的预测结果中进行筛选得到待检测目标最终的位置信息。目标检测算法虽然能够给出目标的像素信息（定位）与类别信息（分类），实际检测过程中，外界环境复杂（光照、遮挡等）、相机会抖动等多因素影响，仅依赖检测的结果，检测框是很不稳定的，为了解决目标检测在实时检测运动物体中出现的不稳定问题，结合基于检测跟踪（detection-based-tracking，dbt）的deepsort算法，通过对轨迹特征的自动分析和提取，弥补视觉目标检测的不足，有效的去除错误的检测，使得检测框更加稳定，输出结果更平滑。
11.优选的，所述列车接近采集模块包括采集传感器、信号转换板、电源转换模块、防护装置。
12.优选的，所述工位定位模块包括业机器视觉相机、低畸变镜头、图像处理模块。
13.优选的，所述列车接近采集模块、工位定位模块与库内主机采用电线缆连接，所述避障传感器、测距传感器、走行距离传感器、声光报警器、输入输出模块与车载控制主机采用电线缆连接，所述库内主机与车载控制主机采用无线连接。
14.本发明的有益效果是：该装置采用嵌入式系统技术、智能传感技术、自动控制技术实现调车作业时在规定范围、限定方向移动，到位自动停止，脱轨自动防护，实现调车作业风险的自动防控，安全系数更高。
附图说明
15.图1为本发明的系统流程图；
图2为本发明车载控制主机组成的结构示意图；图3为本发明的车载控制主机控制流程图；图4为本发明的采集点控制流程图；图5为本发明的导向轮位置检测传感器安装示意图；图6为本发明的走行距离传感器的安装示意图；图7为本发明中驱动轮的爆炸图；图8为本发明获取图像后的识别流程图；图9为本发明的整体识别流程。
16.图中：100、公铁两用车体；200、驱动轮；2001、圆环；2002、凸条；2003、螺栓；300、导向轮支撑架；400、导向轮；500、固定板。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
18.具体实施时：如图1-7所示，一种动车组公铁两用车体调车防护装置，包括：库内主机、车载控制主机及公铁两用车体100，公铁两用车体100的底端两侧均设置有导向轮支撑架300，支撑架300的前后两端均设置有导向轮400；避障传感器，避障传感器设置于公铁两用车体100的两侧，避障传感器与车载控制主机电性连接，当距离值达到设定的阈值时，通过声光报警控制模块发出告警提示，同时控制公铁两用车体停车；测距传感器，用于对导向轮400是否下压到位，压下距离不够时报警的测距传感器设置于公铁两用车体100的侧面；走行距离传感器，用以用于检测公铁两用车体100后退的距离及当距离超过设定值时报警的走行距离传感器设置于公铁两用车体100的车架上；输入输出模块，用以对用于采集公铁两用车体100走行信息及输出控制信号；列车接近采集模块，用于检测是否有列车经过及列车行进方向，列车接近采集模块给库内主机提供位置及方向信息；工位定位模块，用于检测动车组轮对的位置，到位时发出提示。
19.如图1和图2，车载控制主机包括光耦隔离模块、dc-dc电源模块、数传模块、输入模块、控制模块、通信接口、输出模块及执行单元，接收车载传感器给库内主机发送信息，对信号进行分析处理，按预先设定逻辑执行相应动作，实现公铁两用车体100避障、下压到位检测、走行距离测量、走行动作控制等功能。
20.如图1、图2和图3，车载控制主机运行时包括以下具体步骤：s1：开始后，系统初始化，开启串口接收中断；s2：接收到入库采集点信息，否，则返回上一步，是，则进行下一步操作；s3：标记入库列车所处股道，等待工位采集点信息，超时退出；s4：接收工位采集点信息，控制公铁两用车体100自动对位；s5：检修作业完成，否，则返回上一步，是，则进行下一步操作；s6：控制公铁两用车体100推送列车出库，接收到出库停车点信号时自动停车，此时，结束运行。
21.如图1、图2、图3和图4步骤s2的具体包括以下步骤：s1：开始后，系统初始化；s2：轮询传感器数据传向下传输，接收到轮对通过信号，则，继续运行，否，则返回上一步；s3：根据数据判断行进方向，发出协议信号，等待轮对信号，如有信号，则返回上一步继续操作，如无信号则结束。
22.如图1、图2、图5、图6和图7，驱动轮200的轮毂内缘设置有圆环2001，圆环2001的内缘设置有均匀分布的凸条2002，圆环2001的内缘设置有多个螺栓2003，圆环2001通过螺栓2003固定连接于驱动轮200的轮毂内缘处，公铁两用车体100的车架上设置有传感器，传感器可为光学或声学传感器，动车组公铁两用车体调车作业操作规程要求在调车作业对准工位的过程中，不得后退超过0.5米。设计采用编码器原理。
23.如图1、图2、图5、图6和图7，公铁两用车体100的两侧均固定安装于固定板500，测距传感器安装于固定板500的底端，测距传感器位于导向轮支撑架300的上方，在公铁两用车体100导向轮400横梁上方安装测距传感器，通过导向轮400压下时传感器与导向轮支撑架300的距离检测导向轮400是否下压到位，有效防止因导向轮400未压到位导致的公铁两用车体100出现掉道事故。
24.如图1、图2、图5、图6和图7库内主机包括显示及控制模块、解析模块、数传模块，用于接收传感器信号及视频图像，对信号进行分析处理，其中，获取到图像后，采用yolov5算法，提取输入图片的特征，其次利用特征预测边界框的坐标，边界框的置信度以及目标对应各类别的概率。最后采用非极大值抑制的方法，在所有的预测结果中进行筛选得到待检测目标最终的位置信息。目标检测算法虽然能够给出目标的像素信息（定位）与类别信息（分类），实际检测过程中，外界环境复杂（光照、遮挡等）、相机会抖动等多因素影响，仅依赖检测的结果，检测框是很不稳定的，为了解决目标检测在实时检测运动物体中出现的不稳定问题，结合基于检测跟踪（detection-based-tracking，dbt）的deepsort算法，通过对轨迹特征的自动分析和提取，弥补视觉目标检测的不足，有效的去除错误的检测，使得检测框更加稳定，输出结果更平滑，当列车接近时，将信号通过数传模块发送至车载控制主机；当转向架到位时，将分级预警信息通过数传模块发送至车载控制主机{需要说明的是图像识别是一种利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术，是计算机视觉领域的一个主要研究方向，在以图像为主体的智能化数据采集与处理中具有十分重要的作用和影响。
25.深度学习是机器学习的一个分支，是近些年来机器学习领域取得的重大突破和研究热点之一。深度学习模型含多个隐层的人工神经网络具有十分强大的特征学习能力，通过训练模型所提取的特征对原始输入数据具有更抽象和更本质的表述，从而有利于解决特征可视化或分类问题。卷积神经网络是一种为了处理二维输入数据而特殊设计的多层人工神经网络。深度卷积神经网络由输入层、卷积层、池化层、全连接层以及输出层组成。
26.卷积层是深度卷积神经网络的重要组成部分，用来提取输入数据的不同特征。深度卷积神经网络中位于浅层的卷积层可以提取图像的一些底层特征，而位于深层的卷积层则可以提取图像更加复杂高级的特征。卷积层是由若干个卷积单元组成，每一层都需要经过一个自定义大小的卷积核进行卷积运算后，再通过对应的激活函数得到该输出层的特征
图谱。
27.池化层也被称为下采样层，是用来对卷积层特征提取之后的输出特征图进行特征选择和信息过滤，可以减少网络参数的计算和特征之间相互作用而产生的过拟合现象，从而提高模型的泛化能力。并且池化层还可以保持图像特征的不变性以及降低图像特征的维度，对图像进行压缩处理，即保持了图像特征的尺度不变性，又可以去掉一些无关紧要的干扰信息，从而留下最具代表性的图像特征。池化层出抽取了最重要的图像特征，从而剔除了重复冗余的图像信息卷积层和池化层在深度卷积神经网络中的作用都是用来提取图像的特征，而全连接层是用来进行特征图的分类识别。全连接层往往是在整个深度卷积神经网络中的最后几层，将卷积层和池化层所提取的特征图进行加权求和，使得输出的二维特征图转化为一维的特征向量。当全连接层计算得到一维向量特征以后，会再经过一个激活函数，将对应的神经元输出映射到（0,1）区间内，反映出每个类别的概率，同时也给网络提供了非线性的计算能力。
28.深度卷积神经网络相对于传统的机器学习算法，可以从图像中自动学习到有利于提高识别性能的特征，避免了传统机器学习算法依赖于人工设计与筛选的缺陷，因此得到了广泛的应用}。
29.如图1和图2，列车接近采集模块包括采集传感器、信号转换板、电源转换模块、防护装置，用于实时检测是否有列车经过及列车行进方向，给库内主机提供位置及方向信息。
30.如图1和图2，工位定位模块包括业机器视觉相机、低畸变镜头、图像处理模块，通过图像比对实时检测动车组轮对位置。当列车接近停车位时，工位提示装置分级发出提示音，通过“嘀嘀嘀”声的急促程度提示是否到位，当发出长鸣时，转向架已到位，公铁两用车停车。
31.如图1和图2，列车接近采集模块、工位定位模块与库内主机采用电线缆连接，避障传感器、测距传感器、走行距离传感器、声光报警器、输入输出模块与车载控制主机采用电线缆连接，库内主机与车载控制主机采用无线连接，系统实现调车作业时在规定范围、限定方向移动，到位自动停止，脱轨自动防护，实现调车作业风险的自动防控。
32.本发明在使用时，避障传感器用于检测公铁两用车前、后方障碍物，距离过近时报警；测距传感器用于检测两用车导向轮是否下压到位，压下距离不够时报警；走行距离传感器用于检测公铁两用车后退的距离，当距离超过设定值时报警；声光报警器用于状态提示；输入输出模块用于采集公铁两用车走行信息及输出控制信号；列车接近采集模块用于检测是否有列车经过及列车行进方向，给库内主机提供位置及方向信息；工位定位模块用于检测动车组轮对的位置，到位时发出提示；库内主机用于接收传感器信号及视频图像，对信号进行分析处理；车载控制主机接收车载传感器及库内主机发送信息，对信号进行分析处理，按预先设定逻辑执行相应动作，系统实现调车作业时在规定范围、限定方向移动，到位自动停止，脱轨自动防护，实现调车作业风险的自动防控。
33.需要说明的是，以上说明内的电器元件均为现有技术应用较为成熟的器件，具体型号可根据实际的需要选择，同时供电可为内置电源供电，也可为市电供电，具体的供电方式视情况选择，在此不做赘述。
34.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包
含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种动车组公铁两用车体调车防护装置，包括：库内主机、车载控制主机及公铁两用车体（100），其特征在于，所述公铁两用车体（100）的底端两侧均设置有导向轮支撑架（300），所述支撑架（300）的前后两端均设置有导向轮（400）；避障传感器，所述避障传感器设置于公铁两用车体（100）的两侧，所述避障传感器与车载控制主机电性连接，当距离值达到设定的阈值时，通过声光报警控制模块发出告警提示，同时控制公铁两用车体（100）停车；测距传感器，用于对导向轮（400）是否下压到位，压下距离不够时报警的所述测距传感器设置于公铁两用车体（100）的侧面；走行距离传感器，用以用于检测公铁两用车体（100）后退的距离及当距离超过设定值时报警的所述走行距离传感器设置于公铁两用车体（100）的车架上；输入输出模块，用以对用于采集公铁两用车体（100）走行信息及输出控制信号；列车接近采集模块，用于检测是否有列车经过及列车行进方向，所述列车接近采集模块给库内主机提供位置及方向信息；工位定位模块，用于检测动车组轮对的位置，到位时发出提示。2.根据权利要求1所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述车载控制主机包括光耦隔离模块、dc-dc电源模块、数传模块、输入模块、控制模块、通信接口、输出模块及执行单元，所述接收车载传感器给库内主机发送信息，对信号进行分析处理，按预先设定逻辑执行相应动作，实现公铁两用车体（100）避障、下压到位检测、走行距离测量、走行动作控制等功能。3.根据权利要求1所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述车载控制主机运行时包括以下具体步骤：s1：开始后，系统初始化，开启串口接收中断；s2：接收到入库采集点信息，否，则返回上一步，是，则进行下一步操作；s3：标记入库列车所处股道，等待工位采集点信息，超时退出；s4：接收工位采集点信息，控制公铁两用车体（100）自动对位；s5：检修作业完成，否，则返回上一步，是，则进行下一步操作；s6：控制公铁两用车体（100）推送列车出库，接收到出库停车点信号时自动停车，此时，结束运行。4.根据权利要求3所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述步骤s2的具体包括以下步骤：s1：开始后，系统初始化；s2：轮询传感器数据传向下传输，接收到轮对通过信号，则，继续运行，否，则返回上一步；s3：根据数据判断行进方向，发出协议信号，等待轮对信号，如有信号，则返回上一步继续操作，如无信号则结束。5.根据权利要求1所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述驱动轮（200）的轮毂内缘设置有圆环（2001），所述圆环（2001）的内缘设置有均匀分布的凸条（2002），所述圆环（2001）的内缘设置有多个螺栓（2003），所述圆环（2001）通过螺栓（2003）固定连接于驱动轮（200）的轮毂内缘处，所述公铁两用车体（100）的车架上设置有传感器，
所述传感器可为光学或声学传感器。6.根据权利要求1所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述公铁两用车体（100）的两侧均固定安装于固定板（500），所述测距传感器安装于固定板（500）的底端，所述测距传感器位于导向轮支撑架（300）的上方。7.根据权利要求1所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述库内主机包括显示及控制模块、解析模块、数传模块，用于接收传感器信号及视频图像，对信号进行分析处理，其中，获取到图像后，采用yolov5算法，提取输入图片的特征，其次利用特征预测边界框的坐标，边界框的置信度以及目标对应各类别的概率，最后采用非极大值抑制的方法，在所有的预测结果中进行筛选得到待检测目标最终的位置信息，目标检测算法虽然能够给出目标的像素信息（定位）与类别信息（分类），实际检测过程中，外界环境复杂（光照、遮挡等）、相机会抖动等多因素影响，仅依赖检测的结果，检测框是很不稳定的，为了解决目标检测在实时检测运动物体中出现的不稳定问题，结合基于检测跟踪（detection-based-tracking，dbt）的deepsort算法，通过对轨迹特征的自动分析和提取，弥补视觉目标检测的不足，有效的去除错误的检测，使得检测框更加稳定，输出结果更平滑。8.根据权利要求1所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述列车接近采集模块包括采集传感器、信号转换板、电源转换模块、防护装置。9.根据权利要求1所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述工位定位模块包括业机器视觉相机、低畸变镜头、图像处理模块。10.根据权利要求1所述的一种动车组公铁两用车体调车防护装置，其特征在于：所述列车接近采集模块、工位定位模块与库内主机采用电线缆连接，所述避障传感器、测距传感器、走行距离传感器、声光报警器、输入输出模块与车载控制主机采用电线缆连接，所述库内主机与车载控制主机采用无线连接。

技术总结
本发明涉及车辆工程技术领域，具体的说是一种动车组公铁两用车体调车防护装置，包括：库内主机、车载控制主机及公铁两用车体，所述公铁两用车体的底端两侧均设置有导向轮支撑架，所述支撑架的前后两端均设置有导向轮；避障传感器，所述避障传感器设置于公铁两用车体的两侧，所述避障传感器与车载控制主机电性连接，当距离值达到设定的阈值时，通过声光报警控制模块发出告警提示，同时控制公铁两用车体停车；测距传感器，用于对导向轮是否下压到位；该装置采用嵌入式系统技术、智能传感技术、自动控制技术实现调车作业时在规定范围、限定方向移动，到位自动停止，脱轨自动防护，实现调车作业风险的自动防控，安全系数更高。安全系数更高。安全系数更高。


技术研发人员：黄杰 叶礼凤 刘智鹏 郑敏 吴诗春 徐志杰 胡文燕 王志宏
受保护的技术使用者：中国铁路南昌局集团有限公司科学技术研究所
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/3/14