[1]余博,杨 森,王珣,等.基于激光雷达与视频结合的铁路异物探测技术研究[J].高速铁路技术,2023,14(01):48-53.[doi:10.12098/j.issn.1674-8247.2023.01.009]
　YU Bo,YANG Sen,WANG Xun,et al.A Study on Railway Foreign Object Detection Technology Based on Combination of LIDAR and Video[J].HIGH SPEED RAILWAY TECHNOLOGY,2023,14(01):48-53.[doi:10.12098/j.issn.1674-8247.2023.01.009]
点击复制

基于激光雷达与视频结合的铁路异物探测技术研究()
分享到：

《高速铁路技术》[ISSN:1674-8247/CN:51-1730/U]

卷:
14卷
期数:
2023年01期
页码:
48-53
栏目:
出版日期:
2023-03-10

文章信息/Info

Title:
A Study on Railway Foreign Object Detection Technology Based on Combination of LIDAR and Video
文章编号:
1674-8247（2023）01-0048-06
作者:
余博; 杨 森; 王珣; 裴起帆; 潘兆马
中铁二院工程集团有限责任公司，成都610031
Author(s):
YU Bo; YANG Sen; WANG Xun; PEI Qifan; PAN Zhaoma
China Railway Eryuan Engineering Group Co. ， Ltd. ，Chengdu 610031 ，China
关键词:
异物入侵探测;  激光雷达;  TBD策略;  联合标定;  YOLOv4
Keywords:
foreign object intrusion detection; LIDAR; TBD strategy; joint calibration; YOLOv4在西南山区; 铁路极易受泥石流、危岩崩塌等地
分类号:
U298
DOI:
10.12098/j.issn.1674-8247.2023.01.009
文献标志码:
A
摘要:
本文提出一种基于激光雷达与视频结合的铁路异物探测系统，该系统利用RANSAC算法和欧氏距离聚类获取轨道平面及异物，基于TBD策略、Kalman和匈牙利算法实现多目标跟踪与状态识别，通过联合标定实现雷达和视频联动并获取清晰的异物图像，最后采用YOLOv4模型识别异物。铁路场景验证结果表明：（1）该系统将能检测到最小目标（投影长度为20cm）的极限距离延长至75m，比市场同类系统提升66％；（2）实现了仅由10组数据即可完成的激光雷达与摄像球机的快速标定；（3）采用YOLOv4对图像分类，该系统的mAP指标达到90.2％，大幅度降低误报的可能性。研究成果可在灾害频发地段的铁路运营安全保障中发挥重要作用。
Abstract:
This paper proposes a railway foreign object detection system based on the combination of LIDAR and video，in which the track plane and foreign objects are identified with the RANSAC algorithm and Euclidean distance clustering，TBD strategy，Kalman and Hungary algorithms are employed for multi-target tracking and status recognition，LIDAR and video linkage are realized through joint calibration to obtains the clear images of the foreign objects，and finally the YOLOv4 model is used to identify the foreign objects. The verification results of railway scenarios show that：（1）The system extends the limit distance for detecting smallest targets（with a projection length of 20 cm）to 75 m，which is 66％ higher than that of similar systems in the market.（2）The system realizes the rapid calibration of LIDAR and dome camera that can be completed by only 10 sets of data.（3）By using YOLOv4 to classify images，the mAP index of the system reaches 90.2％， which greatly reduces the possibility of false alarms. This system can play a vital role in the safety assurance of railway operation in disaster-prone areas.

参考文献/References:

［1］郝晓平，刘兵，李永安，等. 周界入侵探测系统应用探索［J］. 中国安全生产科学技术，2019，15（S2）： 16 - 19. HAO Xiaoping，LIU Bing，LI Yongan，et al. Application of Perimeter Intrusion Detection System［J］. Journal of Safety Science and Technology，2019，15（S2）： 16 - 19.
［2］刘子畅，王军锋，吕大勇. 基于微波阵列技术的高铁周界安防系统应用研究［J］. 铁路通信信号工程技术，2019，16（2）： 37 -41，59. LIU Zichang，WANG Junfeng，LV Dayong. Application of High Speed Railway Perimeter Security System Based on Microwave Array Technology［J］. Railway Signalling & Communication Engineering，2019，16（2）： 37 - 41，59.
［3］王瑞，李霄峰，史天运，等. 基于视频深度学习的铁路周界入侵检测算法研究［J］. 交通运输系统工程与信息，2020，20（2）： 61 -68. WANG Rui，LI Xiaofeng，SHI Tianyun，et al. Railway Perimeter Intrusion Detection Algorithms Based on Video Deep Learning［J］. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology，2020，20（2）： 61 - 68.
［4］刘桂卫，李国和，陈则连，等. 多源遥感技术在艰险山区铁路地质勘察中应用［J］. 铁道工程学报，2019，36（8）： 4 - 8. LIU Guiwei，LI Guohe，CHEN Zelian，et al. Application of Remote Sensing Technology for Geological Investigation in Mountain Railways ［J］. Journal of Railway Engineering Society，2019，36（8）： 4 - 8.
［5］张利伟，谭中伟，丁志超，等. 基于光纤光栅振动传感的快速检测系统［J］. 量子光学学报，2020，26（3）： 250 - 257. ZHANG Liwei，TAN Zhongwei，DING Zhichao，et al. Fast Detection System Based on FBG Vibration Sensor［J］. Journal of Quantum Optics，2020，26（3）： 250 - 257.
［6］刘峰，朱强，干宗良. 一种低复杂度的监控视频异物入侵检测算法［J］. 南京邮电大学学报（自然科学版），2020，40（1）： 1 - 8. LIU Feng，ZHU Qiang，GAN Zongliang. A Low-Complexity Algorithm for Foreign Object Intrusion Detection in Surveillance Videos ［J］. Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications （Natural Science Edition），2020，40（1）： 1 - 8.
［7］杜程达，熊启源. 基于多维感知技术的铁路沿线雷达视频融合分析系统［J］. 中国铁路，2021（7）： 134 - 140. DU Chengda，XIONG Qiyuan. Radar Video Fusion Analysis System along Railway Lines Based on Multi-Dimensional Perception Technology［J］. China Railway，2021（7）： 134 - 140.
［8］张景利. 线路障碍自动监测报警系统及其应用［J］. 中国铁路， 2019（3）： 95 - 99. ZHANG Jingli. Automatic Track Monitoring and Alarming System and Its Application［J］. China Railway，2019（3）： 95 - 99.
［9］郑亚宏，何家玉. 铁路线路障碍监测报警系统研究［J］. 中国铁路，2019（9）： 111 - 117. ZHENG Yahong，HE Jiayu. Research on Obstacle Monitoring and Alarm System on Railway Lines［J］. China Railway，2019（9）：111 - 117.
［10］王翔，汪正兴. 高速铁路桥梁雷达非接触测试技术研究［J］. 铁道工程学报，2020，37（1）： 50 - 54，84. WANG Xiang，WANG Zhengxing. Research on the Radar Non-Contact Testing Technology of High-Speed Railway Bridges［J］. Journal of Railway Engineering Society，2020，37（1）： 50 - 54，84.
［11］李星，王树栋，牟元存. 铁路隧道衬砌致灾病害的综合检测方法探讨［J］. 高速铁路技术，2020，11（6）： 74 - 79. LI Xing，WANG Shudong，MOU Yuancun. Discussion on Comprehensive Detection Method of Disaster-Causing Diseases of Railway Tunnel Lining［J］. High Speed Railway Technology，2020，11（6）： 74 - 79.
［12］王张飞，刘春阳，隋新，等. 基于深度投影的三维点云目标分割和碰撞检测［J］. 光学 精密工程，2020，28（7）： 1600 - 1608. WANG Zhangfei，LIU Chunyang，SUI Xin，et al. Three-Dimensional Point Cloud Object Segmentation and Collision Detection Based on Depth Projection［J］. Optics and Precision Engineering，2020，28（7）：1600 - 1608.
［13］陈伟标，郑子文. 视频监测及激光雷达技术在地铁曲线站台异物检测中的应用［J］. 广东科技，2021，30（7）： 72 - 74. CHEN Weibiao，ZHENG Ziwen. Application of Video Monitoring and Lidar Technology in Foreign Body Detection of Curved Subway Platform［J］. Guangdong Science & Technology，2021，30（7）：72 - 74.
［14］任珈民，宫宁生，韩镇阳. 基于YOLOv3与卡尔曼滤波的多目标跟踪算法［J］. 计算机应用与软件，2020，37（5）： 169 - 176. REN Jiamin，GONG Ningsheng，HAN Zhenyang. Multi-Target Tracking Algorithm Based on YOLOV3 and Kalman Filter［J］. Computer Applications and Software，2020，37（5）： 169 - 176.
［15］张子恒，于昊，祝磊. 基于毫米波雷达的机场跑道异物检测方法研究［J］. 合肥工业大学学报（自然科学版），2020，43（4）：493 - 498. ZHANG Ziheng，YU Hao，ZHU Lei. Research on Detection Method of Foreign Object Debris on Airport Runways Based on Millimeter Wave Radar［J］. Journal of Hefei University of Technology （Natural Science），2020，43（4）： 493 - 498.
［16］王泉东，杨岳，罗意平，等. 铁路侵限异物检测方法综述［J］. 铁道科学与工程学报，2019，16（12）： 3152 - 3159. WANG Quandong，YANG Yue，LUO Yiping，et al. Review on Railway Intrusion Detection Methods［J］. Journal of Railway Science and Engineering，2019，16（12）： 3152 - 3159.
［17］祁淼，陈安柱，杨晓芳，等. 车载相机自动标定和快速标定技术研究［J］. 机械设计与制造，2020（12）： 221 - 223，227. QI Miao，CHEN Anzhu，YANG Xiaofang，et al. Research on Automatic Calibration and Rapid Calibration Technology of Vehicle Mounted Camera［J］. Machinery Design & Manufacture，2020（12）：221 - 223，227.
［18］袁德宝，蔡量力，王成. 单目相机 - 轮式里程计的自动内外参标定算法［J］. 测绘通报，2021（5）： 54 - 58. YUAN Debao，CAI Liangli，WANG Cheng. Automatic Intrinsic and Extrinsic Calibration for a Monocular Camera-Odometry System［J］. Bulletin of Surveying and Mapping，2021（5）： 54 - 58.
［19］罗晖，贾晨，李健. 基于改进YOLOv4的公路路面病害检测算法［J］. 激光与光电子学进展，2021，58（14）： 336 - 344. LUO Hui，JIA Chen，LI Jian. Road Surface Disease Detection Algorithm Based on Improved YOLOv4［J］. Laser & Optoelectronics Progress，2021，58（14）： 336 - 344.

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2022-12-08
作者简介：余博（1993-），男，工程师。
更新日期/Last Update: 2023-03-10