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列车轨道异物侵限多发于公路跨铁路地段、公路与铁路并行紧邻地段、施工路段附近、铁路正线以及山区中可能发生坍塌落石地段，具有突发性、无规律性和不可预测性的特点。针对不明掉落物、人员入侵等严重威胁到轨道交通运营安全的问题，依托领先的激光雷达感知技术，南方高铁根据轨道异物侵限的特点，推出了可定点安装于轨道路侧的激光雷达轨道线路异物侵限监测系统。
本方案设计核心基于激光雷达可快速、准确、大量的获取防护区域里出现的异物的位置点云数据，通过对点云数据进行预处理、匹配视觉传感器，即时精准抓取障碍物的体积和位置信息，并将险情及时通过终端显示软件、报警器等，为驾驶员及时提通报预警信号，从而有效规避事故发生。
南方高铁激光雷达路端轨道异物侵限监测系统，根据列车运行环境，可安装于轨道异物侵限多发地段及月台周边，通过对高危区域进行全天时智能监测，及时对异物入侵进行预警，可有效提高险情处理效率。
本系统主要由激光雷达、摄像头、数据采集及处理算法单元、工控机处理器模块、信息分发传输核心控制单元、告警系统及远端服务器组成。通过雷达获取轨道的点云数据后进行算法分析和处理。首先采集并保存背景信息，系统启动后刷新探测区域内的点云并与背景信息比对，通过比对信息差异，提取差异点进行障碍物尺寸信息分析。当尺寸大于阈值时，系统发出报警，实现从监测-数据处理-报警的整体系统搭建。
系统架构图如下：
（1）激光雷达：为系统核心传感器，激光雷达能实时扫描探测铁轨安全监测区域内障碍物，实时输出环境的高精度三维点云数据，最远测距可达200m，100m范围内可探测出20*20*20cm的物体。
（2）摄像头：通过标定与激光雷达世界坐标系参数，为安全区域内激光雷达探测到的障碍物体提供融合检测数据，并能进一步的提供障碍物更真实的图像信息。
（3）数据采集及处理算法单元：为核心算法模块，包括激光雷达和摄像头图像信息的实时采集与预处理；根据预设的安全监测范围实时处理该范围内激光雷达点云动态目标数据；根据雷达精确探测的距离和方位融合摄像头视觉模块对障碍物图像信息的进一步提取和上报。
（4）工控机处理器模块：为整个系统及算法运行硬件平台，提供各种传感器及信号传输的接口，同时高性能处理器保证对大数据处理和异物报警算法运算实时性的基础。
（5）信息分发传输核心控制单元：将设置监控范围内有异常的目标告警信息进行分发上报处理。
（6）告警系统：一般有远程告警灯组成启动远距离告警作用。
（7）远端服务器模块：即接受告警信号的远程调度中心或者工作站。
（1）非接触采集安全性高
激光扫描技术采用非接触扫描目标方式进行测量，对扫描目标物体不需进行表面处理，直接采集物体的位置点云，数据精准可靠，非常适合对远距离异物进行探测并警戒。
（2）快速及采样率高
激光雷达数据获取率可达每秒数十万点。
（3）实时、动态、主动性
系统扫描均是在实时动态环境中边采集边处理模块，且对场景主动式扫描，提前获知前方轨道险情，可争取更多紧急制动时间。
（4）高分辨率、高精度、高密度
激光雷达可在厘米级精度下获取海量数据，可以进行高密度的重复角度重叠采集。
（5）抗光强度高、不受环境干扰
激光雷达为脉冲激光，抗光强度高，不受自然光以及高亮度的会车对射光影响，同时防护等级达IP67。
（6）搭配视觉传感器进行数据融合
视觉传感器增强了检测的色彩标定等信息的获取，使目标信息更加明确和细化，提供系统安全冗余度。
（7）系统硬件集成度高
激光雷达、摄像头、工控机、告警灯、信息分发传输单元等硬件可以集中在路侧整体机柜，十分方便迅速部署和迁移。
系统设备参数
| 序号 | 设备名称 | 规格参数 |
| 1 | 激光雷达 | 探测距离：200m 通讯接口：千兆以太网接口 测距精度：±2cm |
| 2 | 摄像头 | 最高分辨率:1920x1080@25 fps;支持白光/红外双补光; |
| 3 | 定制支架 | 定制多传感器融合安装支架 |
| 4 | 边缘计算机 | i9-9900,3.1GHz,8C/16T, TDP 65W,32G DDR42666,500G SSD, RTX 3060 12G短卡; |
| 5 | 异物侵界 预警算法 | 边缘端点云数据处理，每个雷达各需一套 |
| 6 | 轨道交通安防预警平台 | 支持与摄像头联动报警功能，并能要图中框选目标下雨天不能有误报 支持配置检测区域（多边形，通过3~32个定点坐标配置；屏蔽外部目标；进入检测区域但还没进入报警区域的目标有轨迹数据但不会触发报警； 支持配置报警区域（多边形，只有内部的运动目标位移大于阈值才会触发报警）； 报警区域支持布防/撤防开关控制，默认布防（在施工等情况下配置安防雷达撤防以避免不需要的报警）； 支持配置开关列车检测功能（默认开启，开启后智能识别和区别出列车目标，不作为入侵目标进行报警）、支持配置开关列车信息上报功能（不开启的话，即使开启列车检测也不上报列车组装通过的消息；否则输出探测到列车正在通过的信息（区别于入侵目标报警信息））； 报警数据（目标ID、目标坐标、目标方位、目标距离、报警时间）； |
激光雷达参数
| 激光波长 | 1550nm | |
| 探测距离 | 200m@10% | |
| 分辨率 | 水平 | 0.03 |
| 垂直 | 0.05° | |
0.2m*0.2m 目标识别距离（2*2点云） | 100m | |
| 安装建议 | ①在封闭场景中的轨道路侧，雷达安装高度建议0.5-1m左右； ②在开放式场景中的轨道路侧，雷达安装高度建议2-3m左右； | |
手机号：18532300806（同微信）
邮箱：932750135@qq.com
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|排版：张家硕
|审核：王勇
