用于轨道施工区间的侵入检测系统、方法及预警系统

技术领域

本发明一般地涉及施工运维安全技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于轨道施工区间的侵入检测系统、侵入检测方法及预警系统。

背景技术

随着我国铁路客货运量的不断增加，铁路建设、铺轨、电气化安装作业量也随之增多。除了在铁道建设期需要对铁路轨道进行施工，还需要在运行开窗期(或称空窗期，即列车暂停运行的时间段)对铁路轨道及配套设施进行维修和养护，以保障列车的运行安全。在施工过程中，由于施工人员、工具与工程车在交叉作业，给施工的安全管理带来了很大的难题。因此，在对轨道进行施工时，如何提高施工安全管理措施是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于上面所提到的技术问题，本发明的技术方案在多个方面提供一种用于轨道施工区间的侵入检测系统、预警系统及侵入检测方法。

在本发明的第一方面中，提供一种用于轨道施工区间的侵入检测系统，包括：探测设备，其布置于轨道施工区间的端部，并用于检测是否存在进入所述轨道施工区间的侵入物；以及信号处理模块，其与所述探测设备连接，并配置用于，响应于所述探测设备检测到侵入物，对检测到的与所述侵入物相关的数据点进行特征提取，以确定所述侵入物是否为列车。

在本发明的一个实施例中，所述信号处理模块进一步配置用于：响应于所述探测设备检测到侵入物，根据所述侵入物与所述探测设备之间的第一距离以及所述探测设备与轨道之间的第二距离，确定所述侵入物是否在轨道上方；以及响应于检测到所述侵入物在所述轨道上方，对检测到的所述轨道上方的数据点进行特征提取，以确定所述侵入物是否为列车。

在本发明的另一个实施例中，在对检测到的所述轨道上方的数据点进行特征提取时，所述信号处理模块进一步配置用于：对所述轨道上方的预设高度范围内的数据点进行特征提取。

在本发明的又一个实施例中，在对检测到的与侵入物相关的数据点进行特征提取之前，所述信号处理模块进一步配置用于：响应于所述探测设备检测到侵入物，利用背景剔除算法对探测设备垂直扫描获得的每组截面数据进行背景剔除处理，以便基于剔除背景噪声后的数据点进行侵入物的判断。

在本发明的一个实施例中，在对所述轨道上方的数据点进行特征提取中，所述信号处理模块进一步配置用于：根据探测设备垂直扫描获得的所述轨道上方的每组截面数据中各数据点与所述探测设备之间的距离信息以及所述探测设备的角度信息，确定每组截面数据的一阶线性相关系数；以及响应于存在连续多组截面数据的一阶线性相关系数均大于第一预设阈值，确定所述侵入物为列车。

在本发明的另一个实施例中，所述连续多组截面数据包括连续至少10组截面数据，所述第一预设阈值包括0.9～0.95。

在本发明的又一个实施例中，所述信号处理模块进一步配置用于：根据以下公式计算获得每组截面数据的一阶线性相关系数：

其中，R表示一阶线性相关系数，x

在本发明的一个实施例中，所述信号处理模块还配置用于：根据侵入物所在轨道的上下行方向，确定所述侵入物的行进方向。

在本发明的另一个实施例中，所述探测设备包括第一激光雷达和第二激光雷达，其分别布置于所述轨道施工区间的两端，并且位于轨道的同一侧或者分别位于轨道的两侧；所述信号处理模块还配置用于：响应于所述第一激光雷达或者所述第二激光雷达检测到侵入物，根据所述侵入物所在轨道的上下行方向，以及根据所述第一激光雷达与所述第二激光雷达的相对位置关系，确定所述侵入物的行进方向。

在本发明的又一个实施例中，还包括：报警模块，其与所述信号处理模块连接，并配置用于，响应于确定所述侵入物为列车，根据所述侵入物的行进方向，发出相应类型的报警信息。

在本发明的第二方面中，提供一种用于轨道施工区间的预警系统，包括根据本发明上述实施例所述的侵入检测系统；以及报警终端，其与所述侵入检测系统中的报警模块通信连接，并且配置用于：响应于接收到报警信息，根据所述报警信息的类型发出相应的预警信号。

在本发明的又一个实施例中，所述报警终端为多个，并且多个报警终端之间进行跳点传输。

在本发明的另一个实施例中，还包括云端平台，其与所述报警终端连接，并且所述报警终端还配置用于：响应于接收到报警信息，将所述报警信息、接收到所述报警信息的时间和所述报警终端的位置信息中的至少一个上传至所述云端平台。

在本发明的第三方面中，提供一种用于轨道施工区间的侵入检测方法，包括：将探测设备布置于轨道施工区间的端部，以用于检测是否存在进入所述轨道施工区间的侵入物；以及响应于所述探测设备检测到侵入物，对检测到的与所述侵入物相关的数据点进行特征提取，以确定所述侵入物是否为列车。

通过上述对本发明的技术方案及其多个实施例的描述，本领域技术人员可以理解本发明的侵入检测系统可以通过将探测设备布置于轨道施工区间的端部，以用于对可能进去轨道施工区间内的侵入物进行实时检测，还可以设置信号处理模块来对检测到的数据点进行特征提取，以确定侵入物是否为列车。根据这样的设置，可以实现对通过端部进入轨道施工区间的列车进行实时检测，以便能够对轨道施工区间的工作人员进行预警，有利于保证轨道施工区间的安全和自动化管理。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分其中：

图1是示出根据本发明实施例的用于轨道施工区间的侵入检测系统的示意图；

图2是示出根据本发明实施例的侵入物的3D轮廓图像；

图3是示出根据本发明实施例的确定侵入物在轨道上方的场景示意图；

图4是示出根据本发明实施例的对点云数据进行特征提取的示意图；

图5是示出根据本发明实施例的第一激光雷达和第二激光雷达位于轨道的同一侧的示意图；

图6是示出根据本发明实施例的第一激光雷达和第二激光雷达分别位于轨道的两侧的示意图；

图7是示出根据本发明实施例的包括报警模块的侵入检测系统的示意框图；

图8是示出根据本发明实施例的预警系统的示意框图；

图9是示出根据本发明实施例的预警系统的应用场景示意图；

图10是示出根据本发明另一个实施例的预警系统的示意框图；以及

图11是示出根据本发明实施例的侵入检测方法的流程图。

具体实施方式

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。

应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

图1是示出根据本发明实施例的用于轨道施工区间的侵入检测系统的示意图。如图1中所示，用于轨道施工区间的侵入检测系统100可以包括：探测设备110，其可以布置于轨道施工区间的端部，并用于检测是否存在进入轨道施工区间的侵入物；以及信号处理模块120，其可以与探测设备110连接，并配置用于响应于探测设备110检测到侵入物，对检测到的与侵入物相关的数据点进行特征提取，以确定侵入物是否为列车。

在一些实施例中，探测设备110可以包括图像采集设备、激光雷达、电磁波雷达等中的至少一种。探测设备110用于检测其周围环境信息以及障碍物信息，从而实现对侵入物的检测。在另一些实施例中，探测设备110可以布置于轨道施工区间的一端。在一些应用场景中，可以根据轨道上行驶列车的行驶方向(即上下行方向)，来确定探测设备110的布置位置。例如，当轨道上的列车行驶方向如图中箭头所示方向时，可以在轨道施工区间的与列车行驶方向相反的一端布置探测设备110，以便及时检测到进入轨道施工区间的侵入物。

在又一些实施例中，侵入检测系统100可以包括多个探测设备110，以分别布置于轨道施工区间的两端，可以对轨道施工区域的两端可能存在的侵入物均进行检测，从而能够将轨道施工区间设置为封闭区域，有利于提高轨道施工区间的侵入物检测的准确性和安全性。在一些实施例中，布置于轨道施工区间的两端的多个探测设备110可以位于轨道的同一侧，也可以分别位于轨道的两侧。在一些应用场景中，轨道施工区间可以包括一条或多条轨道路线。在另一些应用场景中，轨道施工区间可以为铁路轨道的施工区间，也可以为地铁轨道的施工区间，或者还可以为有轨电车的轨道施工区间等。

在一些实施例中，信号处理模块120与探测设备110之间可以通过有线或者无线的方式连接。在另一些实施例中，信号处理模块120与探测设备110之间可以直接连接或者间接连接。在又一些实施例中，信号处理模块120与探测设备110之间可以通讯连接。信号处理模块120可以用于接收探测设备110检测到的信号数据，并对其进行分析和处理，以确定侵入物的类型。在另一些实施例中，信号处理模块120可以包括信号处理电路，用于执行信号处理模块120中的程序，以实现确定侵入物是否为列车的判断方法。

在一些实施例中，与侵入物相关的数据点可以包括能够直接反映侵入物特征的数据点，也可以包括与侵入物周围环境信息相关的数据点。例如，在一些应用场景中，探测设备110包括激光雷达，通过激光雷达获得的包含侵入物信息的点云数据中可能也包含周围环境信息，例如轨道、建筑物等固定设施，或者空气中的漂浮物、昆虫等移动物体的点云数据，信号处理模块120可以对检测到侵入物的点云数据中的每帧数据点进行特征提取等操作，以确定侵入物的类型。在一些实施例中，可以通过对实时获取的点云数据进行三维模型重建等操作，以形成例如图2中所示的侵入物的3D轮廓图像，通过对该3D轮廓图像进行特征提取和机器学习，可以精准地识别出该侵入物的车型(例如货车、列车、汽车等)。

由于施工环境较为复杂，野外的漂浮、移动异物、施工人员、行人，在经过探测设备110(例如激光雷达)时都会产生点云的回波，因此通过对检测到的数据点进行特征提取，即对成像物体(即侵入物)进行类型识别，可以判断经过探测设备110的是列车还是其他干扰。

在本发明的又一个实施例中，在对检测到的与侵入物相关的数据点进行特征提取之前，信号处理模块120可以进一步配置用于：响应于探测设备110检测到侵入物，利用背景剔除算法对探测设备110垂直扫描获得的每组截面数据进行背景剔除处理，以便基于剔除背景噪声后的数据点进行侵入物的判断。在一些应用场景中，探测设备110可以每隔预设间隔(例如10ms)进行一次垂直扫描(即垂直于轨道方向)，当有侵入物通过时，每次垂直扫描将获得侵入物的一组截面数据，所以当侵入物完整通过时，可以获得大量的截面数据，通过对每组截面数据进行处理可以获得侵入物的完整轮廓信息。在一些实施例中，垂直扫描可以通过激光雷达的垂直光幕来实现。

在另一些实施例中，背景剔除算法可以包括例如基于高斯混合模型的算法、帧差法等。以帧差法为例，该算法的实质是图像间的减法运算，两幅图像中灰度相同的像素点做差为零即为黑点。由于探测设备110的相邻两帧间的时间间隔非常短，用前一帧图像作为当前帧的背景模型具有实时性，其当前帧图像仅与前一帧图像相关，使得图像背景不积累，具有更新速度快、算法简单以及计算量小的优点。采用帧差法对每组截面数据进行背景剔除处理，可以将当前帧的截面数据与前一帧的截面数据作差，以获得当前帧的截面数据的剔除背景噪声后的数据点。在剔除背景噪声后，各组截面数据可以清晰的显示出侵入物轮廓以及特征数据，有利于提高后续处理的准确性。

在本发明的又一个实施例中，信号处理模块120还可以配置用于：根据侵入物所在轨道的上下行方向，确定侵入物的行进方向。例如轨道的上下行方向(即该轨道上的列车行驶方向)为图1中所示的箭头方向，当探测设备110布置于轨道施工区间的与轨道的上下行方向相反的一端时(例如图1中所示的位置)，响应于探测设备110检测到侵入物时，信号处理模块120可以确定该侵入物的行进方向为进入轨道施工区间的方向。相应的，当探测设备110布置于轨道施工区间的与轨道的上下行方向相同的一端时，响应于探测设备110检测到侵入物时，可以确定该侵入物的行进方向为离开轨道施工区间的方向。

以上结合图1和图2对根据本发明实施例的侵入检测系统进行了示例性的描述，可以理解的是，上面的描述是示例性的而非限制性的，例如信号处理模块120可以不限于对检测到的与侵入物相关的全部数据点进行特征提取，也可以仅对确定为轨道上方的数据点进行特征提取，有利于减少数据处理量以及提高数据处理准确性。下面将结合图3进行示例性的描述。

图3是示出根据本发明实施例的确定侵入物在轨道上方的场景示意图。为了便于说明，图3为从轨道上方角度呈现的俯视图。如图3中所示，信号处理模块120可以进一步配置用于：响应于探测设备110检测到侵入物310，根据侵入物310与探测设备110之间的第一距离D1以及探测设备110与轨道320之间的第二距离D2，确定侵入物310是否在轨道320上方；以及响应于检测到侵入物310在轨道320上方，对检测到的轨道320上方的数据点进行特征提取，以确定侵入物310是否为列车。信号处理模块120还可以配置用于：响应于检测到侵入物310不在轨道320上方，则不对与该侵入物310相关的数据点进行后续处理。

由于探测设备110具有测距功能，当有侵入物310通过探测设备110的探测范围(例如垂直光幕)时，探测设备110可以快速检测到侵入物310与探测设备110之间的第一距离D1。根据探测设备110的布置位置，可以获得探测设备110与轨道320之间的第二距离D2。由于列车的宽度通常会大于轨道的宽度，因此可以通过设置一预设距离范围，来判断侵入物310是否在轨道320上。例如，当第二距离D2为2m时，可以设置预设距离范围为1～2m；如果探测设备110检测到第一距离D1在预设距离范围1～2m内，则信号处理模块120可以确定侵入物310在轨道320上方；如果探测设备110检测到第一距离D1不在预设距离范围1～2m内，则信号处理模块120可以确定侵入物310不在轨道320上方。

在一些应用场景中，当探测设备110的探测范围内存在多条轨道时，可以根据每条轨道与探测设备110之间的第二距离D2，确定与每条轨道对应的预设距离范围，以便根据检测到的侵入物310的第一距离D1是否在任一预设距离范围内，确定侵入物310是否在其中一条轨道上。在另一些应用场景中，当探测设备110的探测范围内存在多条轨道，且探测设备110检测到多个侵入物310时，可以根据检测到的每个侵入物310的第一距离D1，确定每个侵入物310是否在某一条对应的轨道上。

在另一些实施例中，信号处理模块120确定侵入物310是否在轨道320上方可以包括：对探测设备110检测到的每组截面数据进行实时判断，例如可以通过实时接收探测设备110检测的截面数据，以及根据每组截面数据中侵入物截面与探测设备110之间的第一距离D1，判断每组截面数据中的侵入物截面是否在轨道上方。在一些实施例中，每组截面数据中侵入物截面与探测设备110之间的第一距离D1可以是侵入物截面上与探测设备110最近的数据点的距离，或者可以是侵入物截面上各数据点与探测设备110的距离的平均值。在又一些实施例中，信号处理模块120还可以配置用于：响应于当前截面数据中的侵入物截面在轨道上方，对当前截面数据中的轨道上方的数据点进行特征提取；响应于当前截面数据中的侵入物截面不在轨道上方，则不对当前截面数据进行特征提取操作。

在本发明的另一个实施例中，在对检测到的轨道320上方的数据点进行特征提取时，信号处理模块120可以进一步配置用于：对轨道320上方的预设高度范围内的数据点进行特征提取。预设高度范围可以根据列车高度进行设置。例如，在一些实施例中，预设高度范围可以包括0～4m。根据这样的设置，由于列车的高度基本不会超过4m，因此仅对预设高度范围内的数据点进行特征提取，有利于进一步减少数据处理量以及缩小识别范围，从而有利于进一步提高识别车型的准确性和识别速度。

以上结合图3对根据本发明实施例的确定侵入物是否在轨道上的判断流程进行了示例性的描述，可以理解的是，上面的描述是示例性的而非限制性的，例如预设高度范围可以不限为0～4米，也可以根据实际应用情况进行调整。还例如，对数据点进行特征提取可以不限于前述方法，还可以通过确定每组截面数据的一阶线性相关系数来实现。下面将结合图4进行说明。

图4是示出根据本发明实施例的对点云数据进行特征提取的示意图。在本发明的一个实施例中，在对轨道上方的数据点进行特征提取中，信号处理模块可以进一步配置用于：根据探测设备垂直扫描获得的轨道上方的每组截面数据中各数据点与探测设备之间的距离信息以及探测设备的角度信息，确定每组截面数据的一阶线性相关系数；以及响应于存在连续多组截面数据的一阶线性相关系数均大于第一预设阈值，确定侵入物为列车。

图4示出了多组截面数据形成的点云数据图，如图4中所示，可以根据轨道上方的预设高度范围确定有效区域410的高度，以及根据该高度范围内是否存在连续多组截面数据的一阶线性相关系数均大于第一预设阈值，确定有效区域410的宽度位置。在本发明的另一个实施例中，连续多组截面数据包括连续至少10组截面数据，第一预设阈值可以包括0.9～0.95(例如0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95等)。

例如图4中所示，以设置第一预设阈值为0.9为例，当出现第一组截面数据的一阶线性相关系数R

该方法的原理为：当一阶线性相关系数大于第一预设阈值0.9时，信号处理模块中的识别程序则认为，该次检测到的物体截面非自然界产生的物体(如：人、动物、滚石等)，在连续获取10组截面数据皆为一阶线性相关系数大于0.9时，则确定有连续的非自然界产生的物体截面，因此可以确定是有列车通过。

需要说明的是，当设置的连续多组截面数据的组数阈值过小，和/或设置的第一预设阈值过小时，可能出现判断过分敏感的情况，即可能出现不是列车的侵入物而被判断为列车，从而出现误报的问题。当设置的连续多组截面数据的组数阈值过大，和/或设置的第一预设阈值过大时，可能出现列车漏报的问题。因此，设置组数阈值为10组，且第一预设阈值为0.9～0.95，能够有效降低漏报和误报的概率，有利于显著提高判断车型结果的准确性。根据本实施例的方案，判断列车的准确率可达到97％以上。

在本发明的另一个实施例中，信号处理模块可以进一步配置用于：根据探测设备垂直扫描获得的轨道上方的每组截面数据中各数据点与探测设备之间的距离信息以及探测设备的角度信息，确定各数据点的横向距离和高度；以及根据每组截面数据中各数据点的横向距离和高度，确定每组截面数据的一阶线性相关系数。

在本发明的又一个实施例中，信号处理模块可以进一步配置用于：根据以下公式计算获得每组截面数据的一阶线性相关系数：

其中，R表示一阶线性相关系数，x

以上结合图4对根据本发明实施例的特征提取进行了示例性的描述，下面将结合图5和图6对信号处理模块判断侵入物的行进方向进行示例性的描述。

在本发明的另一个实施例中，探测设备可以包括第一激光雷达和第二激光雷达，其可以分别布置于轨道施工区间的两端，并且位于轨道的同一侧或者分别位于轨道的两侧；信号处理模块还可以配置用于：响应于第一激光雷达或者第二激光雷达检测到侵入物，根据侵入物所在轨道的上下行方向，以及根据第一激光雷达与第二激光雷达的相对位置关系，确定侵入物的行进方向。

在一些实施例中，信号处理模块确定侵入物所在轨道可以根据前文中结合图3描述的确定侵入物是否在轨道上的流程相同或相似，即可以根据检测到侵入物的激光雷达与侵入物之间的第一距离，判断该第一距离是否在某一轨道与该激光雷达之间的第二距离的预设距离范围内，以确定该侵入物是否在某一轨道上，此处不再赘述。

图5是示出根据本发明实施例的第一激光雷达和第二激光雷达位于轨道的同一侧的示意图。如图5中所示，第一激光雷达510和第二激光雷达520可以分别布置于轨道施工区间的两端，并且可以位于同一轨道531的同一侧。信号处理模块(图中未示出)还可以配置用于：响应于第一激光雷达510检测到侵入物541，根据侵入物541所在轨道531的上下行方向，以图5中实线箭头所示方向为上行方向为例，即轨道531用于上行方向的列车通过，以及根据第一激光雷达510与第二激光雷达520之间的相对位置关系，例如图5中所示的第二激光雷达520位于第一激光雷达510的上行方向上，可以确定侵入物541的行进方向为进入轨道施工区间的方向。

如图5中进一步示出的，在另一个应用场景中，当第二激光雷达520检测到侵入物542时，信号处理模块(图中未示出)可以配置用于：响应于第二激光雷达520检测到侵入物542，根据侵入物542所在轨道532的上下行方向，以图5中虚线箭头所示方向为下行方向为例，即轨道532用于下行方向的列车通过，以及根据第一激光雷达510与第二激光雷达520之间的相对位置关系，例如图5中所示的第一激光雷达510位于第二激光雷达520的下行方向上，可以确定侵入物542的行进方向为进入轨道施工区间的方向。

类似地，假设第二激光雷达520检测到轨道531上存在侵入物，由于轨道531为上行方向，且第二激光雷达520位于第一激光雷达510的上行方向上，所以信号处理模块可以确定该侵入物的行进方向为离开轨道施工区间。假设第一激光雷达510检测到轨道532上存在侵入物，由于轨道532为下行方向，且第一激光雷达510位于第二激光雷达520的下行方向上，所以信号处理模块可以确定该侵入物的行进方向为离开轨道施工区间。

图6是示出根据本发明实施例的第一激光雷达和第二激光雷达分别位于轨道的两侧的示意图。如图6中所示，第一激光雷达510和第二激光雷达520可以分别布置于轨道施工区间的两端，并且可以分别位于轨道531和轨道542的两侧。信号处理模块(图中未示出)还可以配置用于：响应于第一激光雷达510检测到侵入物541，根据侵入物541所在轨道531的上下行方向，以图6中实线箭头所示方向为上行方向为例，即轨道531用于上行方向的列车通过，以及根据第一激光雷达510与第二激光雷达520之间的相对位置关系，例如图6中所示的第二激光雷达520位于第一激光雷达510的上行方向上，可以确定侵入物541的行进方向为进入轨道施工区间的方向。

如图6中进一步示出的，在另一个应用场景中，当第二激光雷达520检测到侵入物542时，信号处理模块(图中未示出)可以配置用于：响应于第二激光雷达520检测到侵入物542，根据侵入物542所在轨道532的上下行方向，以图6中虚线箭头所示方向为下行方向为例，即轨道532用于下行方向的列车通过，以及根据第一激光雷达510与第二激光雷达520之间的相对位置关系，例如图6中所示的第一激光雷达510位于第二激光雷达520的下行方向上，可以确定侵入物542的行进方向为进入轨道施工区间的方向。

类似地，假设第二激光雷达520检测到轨道531上存在侵入物，由于轨道531为上行方向，且第二激光雷达520位于第一激光雷达510的上行方向上，所以信号处理模块可以确定该侵入物的行进方向为离开轨道施工区间。假设第一激光雷达510检测到轨道532上存在侵入物，由于轨道532为下行方向，且第一激光雷达510位于第二激光雷达520的下行方向上，所以信号处理模块可以确定该侵入物的行进方向为离开轨道施工区间。

以上结合图5和图6对基于布置于轨道施工区间两端的两个激光雷达来确定侵入物行进方向的实施方式进行了说明，可以理解的是，上面的描述是示例性的而非限制性的，例如轨道施工区间内的轨道数量可以不限于图5和图6中所示的两条，还可以根据实际应用情况出现更多或者更少数量的轨道，其判断行进方向的方式可以相同或相似，例如均可以根据检测到侵入物的激光雷达与轨道施工区间的另一端的激光雷达之间的位置关系是否与侵入物所在轨道的上下行方向一致，来判断该侵入物的行进方向，此处不再赘述。

还例如，在一些实施例中，信号处理模块可以设置为一个，以用于对第一激光雷达和第二激光雷达的点云数据均进行处理。在另一些实施例中，信号处理模块的设置数量可以与激光雷达的数量相同，并且多个信号处理模块可以与激光雷达一一对应，使得每个信号处理模块对应处理一个激光雷达的点云数据。进一步地，在确定了侵入物的行进方向之后，可以根据侵入物的行进方向来确定相应类型的报警信息。下面将结合图7进行示例性的说明。

图7是示出根据本发明实施例的包括报警模块的侵入检测系统的示意框图。如图7中所示，侵入检测系统700可以包括：探测设备110、信号处理模块120和报警模块710，其中报警模块710可以与信号处理模块120连接。在一些实施例中，报警模块710可以与信号处理模块120之间直接连接或者间接连接。在另一些实施例中，报警模块710与信号处理模块120之间可以无线连接或者有线连接。在另一些实施例中，报警模块710与信号处理模块120之间可以通讯连接。

在本发明的一个实施例中，报警模块710可以配置用于响应于确定侵入物为列车，根据侵入物的行进方向，发出相应类型的报警信息。例如，在一些应用场景中，响应于侵入物的行进方向为进入轨道施工区间的方向，报警模块710可以发出用于表示列车进入轨道施工区间的危险报警信息。在另一些应用场景中，响应于侵入物的行进方向为离开轨道施工区间的方向，报警模块710可以发出用于表示列车离开轨道施工区间的解除危险或者解除警报的报警信息。在一些实施例中，报警模块710可以配置用于：根据侵入物的行进方向，进行相应类型的报警编码。

在另一些实施例中，报警模块710可以采用lora通讯协议，通过集中器主动下发报警信息。在又一些实施例中，报警模块710可以采用扩频通信，使得传输距离可达3km。在一些应用场景中，可以设置至少两个报警模块，并且将其分别布置在轨道施工区间的两端，由于每个报警模块710的信号传输距离可达3km，因此轨道施工区间可以设置为6km，既能够保证轨道施工区间内信号传输全覆盖，还能够保证施工人员有足够的施工空间和撤离时间。

以上结合图7对根据本发明实施例的包括报警模块的侵入检测系统进行了示例性的描述，可以理解的是，通过报警模块发出不同类型的报警信息，能够为施工现场提供更详细、更准确的工况信息。还可以理解的是，侵入检测系统可以不限于仅包括探测设备、信号处理模块和报警模块，在一些实施例中，侵入检测系统还可以包括例如电池供电模块、界面操作系统等，其中电池供电模块可以用于为侵入检测系统提供电源动力支持，界面操作系统可以用于实现人机交互。进一步地，为了便于理解激光雷达的工作原理，下面将进行详细介绍。

激光雷达测距的基本原理是：由激光器产生并且发射一束激光脉冲或连续的激光束，发射出去的激光脉冲或激光束在遇到目标物经反射后会产生一个回波信号，接收器接收这个回波信号，然后准确的测量激光脉冲从发射到接收回波信号之间的时间间隔t。由于激光是以光速c在介质中传播，根据在介质中光速为已知的数据，可以计算出目标物与激光雷达之间的距离d，即d＝c*t/2。激光雷脉冲旋转达扫描的基本原理是：激光器向斜面镜发射一束激光脉冲，经过固定轴旋转的斜面镜反射，实现该激光脉冲对平面内某一范围内的检测。

在一些实施例中，根据本发明实施例的激光雷达可以包括传感器头、扫描器、数据处理器及内部旋转电机等部件组成。激光雷达可以安装在轨道两旁H型钢柱顶部，距离地面约为1～2m，雷达主机可通过磁吸方式与钢柱紧密连接。通过设置激光雷达的扫描角度与触发距离，可以对驶过的列车进行探测。在另一些实施例中，激光雷达的角度可以通过激光角度定位装置进行调节，以确定被检测范围在光幕以内，即保证光幕角度覆盖列车高度。在又一些实施例中，激光雷达每秒可进行60次扫描数据读取。在另一些实施例中，激光雷达的探测距离可以达到20米。激光雷达的镜面内激光束可以在每个扫描周期内做一次垂直扫描，即形成垂直光幕，每次扫描过后都可以通过其自带的数据接口将点云的距离数据传给信号处理模块。

相比于摄像头等探测设备，激光雷达具有准确性高、模式识别算法易开发等优点。根据本发明实施例的采用激光雷达作为探测设备的方案，其判断侵入物对否为轨上机车的误报率远低于可见光方案，以及准确率远高于摄像头的智能识别捕捉率。相比于其他电磁波为载波的雷达，激光雷达采用激光器作为激光发射装置还具有如下优点：(1)工作频率较高；(2)测量精度高，激光方向性及其准确，不易受外界环境干扰；(3)穿透能力强，激光能量集中，在某些物质中具有极强的穿透能力，因此激光雷达可以实现某些遮挡条件下的目标检测；(4)分辨率高：激光雷达通常具备极高的距离、角度分辨率；(5)低空探测性能好。

以上结合图1-图7对根据本发明实施例的侵入检测系统进行了详细的说明，本领域技术人员可以理解的是，根据本发明实施例的侵入检测系统可以通过将探测设备布置于轨道施工区间的端部，以及通过信号处理模块对探测设备探测到的与侵入物相关的数据点进行特征提取来确定侵入物的类型，具有识别准确率高等特点，能够为施工人员的下轨决定提供准确信息，有利于提高轨道施工区、开窗期施工人员的工作安全性。

图8是示出根据本发明实施例的预警系统的示意框图。如图8中所示，用于轨道施工区间的预警系统800可以包括例如图7中所示的侵入检测系统700以及一个或多个报警终端810，其中侵入检测系统700可以包括探测设备110、信号处理模块120和报警模块710，报警模块710可以与报警终端810通信连接，并且报警终端810可以配置用于：响应于接收到报警信息，根据报警信息的类型发出相应的预警信号。

在一些实施例中，报警终端810可以包括无线接收模块，以用于接收报警模块710发出的报警信息。在另一些实施例中，报警终端810与报警模块710之间可以采用lora通讯协议进行通讯，由于lora在接收数据时运行在低功耗状态，因此功耗较低，并且通过采用高效的循环纠错算法，编码效率高，纠错能力强，大大提高了无线接收模块的抗干扰性和高稳定性。在另一些实施例中，报警终端810在接收到报警信息后，可以通过对报警信息进行解码，以获得报警信息的类型。

在一些实施例中，预警信号可以包括以可听或者可视的形式发出的信号，例如语音信号、声光信号等，还可以包括触感信号等，例如振动等。在另一些实施例中，报警终端810可以进一步配置用于：响应于接收到有列车即将进入轨道施工区间的报警信号，可以发出用于警示危险的预警信号；响应于接收到列车离开轨道施工区间的报警信号，可以发出用于解除危险警示的预警信号。例如，在一些应用场景中，报警终端810可以通过发出不同强度的声光信号来对报警信息的类型进行区分。在另一些应用场景中，报警终端810可以通过发出不同的语音信号来对报警信息的类型进行区分，例如发出“列车驶入，请迅速离开轨道”或者“列车离开，危险解除”的语音等。在又一些应用场景中，在正常运行状态而无报警信息时，报警终端810可以提供绿灯频闪，以确定现场联网正常。

在又一些实施例中，报警终端可以为固定设置，其可以设置在轨道施工区间中，例如该报警终端可以固定布置于轨道施工区间的中间位置，以广播通报的形式向轨道施工区间内的所有工作人员进行预警播报。在另一些实施例中，报警终端可以为便携式设备，可以穿戴于每个工作人员的身上，以便在接收到报警信息时，能够具有针对性的向佩戴者发出预警信号。在本发明的又一个实施例中，报警终端可以为多个，并且多个报警终端之间可以进行跳点传输。下面结合图9进行示例性的描述。

图9是示出根据本发明实施例的预警系统的应用场景示意图。如图9中所示，第一激光雷达510和第二激光雷达520可以分别布置于轨道施工区间的两端，当第一激光雷达510探测到侵入物930时，信号处理模块(图中未示出)可以根据第一激光雷达510的回波点云数据，确定侵入物930是否为列车，当确定侵入物930为列车时，报警模块(图中未示出)可以向通讯范围内的报警终端911发出报警信息，此时报警终端911可以通过跳点传输920向其他报警终端912发送该报警信息。根据这样的设置，即使报警终端912不在报警模块的通讯范围内，仍然可以经由其他报警终端911接收到报警信息，因此对于每个报警终端来说，均具有两次接收到同一报警信息的机会，从而能够有效降低存在多个报警终端时某个报警终端被漏报的概率。

图10是示出根据本发明另一个实施例的预警系统的示意框图。如图10中所示，预警系统1000可以包括侵入检测系统700、报警终端810和云端平台1010，其中云端平台1010可以与每个报警终端810通讯连接，并且每个报警终端810还可以配置用于：响应于接收到报警信息，将报警信息、接收到报警信息的时间和报警终端的位置信息等中的至少一个上传至云端平台1010。在一些实施例中，报警终端810可以包括移动数据传输模块，以用于与云端平台通过例如2G或3G或4G或5G移动网络进行通讯。在另一些实施例中，报警终端810还可以包括定位模块，例如GPS定位模块或者北斗定位模块等，以获取报警终端810的位置信息。

在又一些实施例中，云端平台1010可以采用web框架开发，例如Spring IOC、MyBatis、Servlet、Maven框架等。在一些实施例中，云端平台1010也可以与侵入检测系统进行通讯连接，以获取探测设备的布置位置信息。云端平台1010可以根据获得的探测设备的布置位置信息、报警终端810的位置信息、轨道信息等绘制轨道施工区间的GIS图以进行展示，监管人员可以通过点击报警终端810定位的工作人员的位置信息来查看更多详细信息。通过云端平台的设置，可以帮助监管人员追溯警报产生原因，有利于提高预警系统的安全管理能力和信息化能力，以及实现对离散和移动人员进行智能管理。

通过上面对本发明实施例的预警系统的描述，本领域技术人员可以理解的是，本发明的预警系统中通过利用侵入检测系统的检测结果以及报警模块与报警终端之间的通讯，来对轨道施工区间的施工人员进行预警提示，可以发出不同类别的预警信号，施工人员在接收到现场预警信号后，可以马上脱离轨上施工现场，从而有利于提高施工安全的管理效率，实现自动化的施工安全管理，为铁路施工时的无安全员值守提供了可能性。

在本发明的第三方面中，还提供一种用于轨道施工区间的侵入检测方法，下面将结合图11进行示例性的描述。图11是示出根据本发明实施例的侵入检测方法的流程图。如图11中所示，侵入检测方法1100可以包括：在步骤1110中，将探测设备布置于轨道施工区间的端部，以用于检测是否存在进入轨道施工区间的侵入物；以及在步骤1120中，响应于探测设备检测到侵入物，对检测到的与侵入物相关的数据点进行特征提取，以确定侵入物是否为列车。

上述侵入检测方法已经在前文中结合侵入检测系统进行了详细的描述，这里将不再赘述。

虽然本发明的实施例如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。