(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210795394.9 (22)申请日 2022.07.07 (71)申请人 北京交通大 学 地址 100044 北京市海淀区西直门外上园 村3号 (72)发明人 马小平　王旭　贾利民　秦勇　 陈菲　赵汝豪　陈熙元　邢鸿飞　 (74)专利代理 机构 北京市商 泰律师事务所 11255 专利代理师 邹芳德 (51)Int.Cl. G06V 20/54(2022.01) G06V 20/70(2022.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/80(2022.01)G06V 10/44(2022.01) G06V 10/25(2022.01) B61L 23/04(2006.01) (54)发明名称 轨道线路异物侵限监测与风险预警方法及 系统 (57)摘要 本发明提供一种轨道线路异物侵限监测与 风险预警方法及系统， 属于铁路防灾风险预警技 术领域， 获取轨道周围三维空间点云数据和轨道 平面图像数据； 根据点云数据和轨道平面图像数 据， 对限界区域内的异物特征进行识别与特征提 取； 根据侵 限异物的特征， 采用层次分析法和风 险矩阵法对不同特征风险进行计算， 并对不同特 征的风险进行融合计算， 得到侵限异物的综合风 险值； 根据侵 限异物的风险分级， 进行预警处理 和取证上报 。 本发明实现了对轨道线路侵限事件 特征、 事件发生过程的监测、 识别与分析， 并进 一 步提高轨道交通系统的风险防控能力， 具有良好 的应用推广价 值。 权利要求书3页 说明书17页 附图3页 CN 115205796 A 2022.10.18 CN 115205796 A 1.一种轨道线路异 物侵限监测与风险预警方法， 其特 征在于， 包括： 获取轨道周围三维空间点云数据和轨道 平面图像数据； 根据点云数据和轨道 平面图像数据， 对限界区域内的异 物特征进行识别与特 征提取； 根据侵限异物 的特征， 采用 层次分析法和风险矩阵法对不同特征风险进行计算， 并对 不同特征的风险进行融合计算， 得到 侵限异物的综合 风险值； 根据侵限异 物的风险分级， 进行 预警处理和取证上报。 2.根据权利要求1所述的轨道线路异物侵限监测与风险预警方法， 其特征在于， 所述的 对轨道限界区域内的异 物进行识别与特 征提取， 包括： 对采集图像的限界区域进行划分， 划分为 安全域、 预警域、 关注域； 对限界区内的图像进行语义识别， 判断是否有异物侵限； 如果有异物侵限， 对异物的类 型及所处位置进行识别和标定； 将图像数据与点云数据进行外参标定和融合； 基于数据融合的方法， 对侵限异 物的尺寸特 征、 速度特 征及侵限时长特 征进行提取； 构建侵限异物风险评价模型， 对侵限异物的材质语义、 位置、 尺寸、 速度及侵限时长的 风险进行评价； 综合评价侵限异 物的风险， 进行安全风险等级划分与预警。 3.根据权利要求2所述的轨道线路异物侵限监测与风险预警方法， 其特征在于， 所述的 限界区域划分， 其主 要步骤包括： 首先， 根据采集的轨道平面原始图像ImgRaw， 提取铁轨边缘检测图， 选取出轨道在图片 中所处的范围作为 ROI感兴趣区域； 将该ROI区域图像进 行高斯模糊平滑降噪处理并转为灰 度图， 基于索 贝尔算子在图像中进行铁轨区域检测铁轨线轮廓， 生成水平方向、 垂 直方向的 边缘检测结果； 在HLS、 LAB、 LUV色度空间下， 用形态学方法进行 处理并在不同颜色阈范围下 的图像铁轨边缘轮廓图； 联合边缘检测结果与颜色阈检测结果进行叠加， 得到轮廓清晰的 铁轨边缘检测图ImgDrawEdge； 从铁轨边缘检测图ImgDrawEdge中提取限界区模型， 采用透视变换处理， 提取左轨道 线、 右轨道线 水平方向上的起点， 采用滑动窗口， 纵向提取左、 右轨道线的特征点； 将 轨道线 围成的区域作为安全域， 安全域横向扩展3 m作为预警域， 预警域横向扩展3m作为关注 域， 输 出轨面区域划分的安全域、 预警域、 关注域， 输出轨面区域划分的安全域、 预警域、 关注域。 4.根据权利要求3所述的轨道线路异物侵限监测与风险预警方法， 其特征在于， 所述的 限界区域内异 物识别， 包括： 对限界区域内的异物进行识别， 轨道平面图像材料语义识别， 离线训练小尺寸图像物 体材料识别神经网络模型， 利用滑动窗口遍历全图， 将轨道平面图像分块； 将 每一块图像块 输入小尺寸图像物体材料识别神经网络模型， 得到物体材料像素语义概率图； 采用 DenseCRF模型， 预测全图每一个部分 的材料语义信息， 获得轨道平面图像全图材料语义分 割结果； DenseCRF模型的能量 函数表达形式如下 所示： 其中， xi为像素点i的观测值， xj为像素点j的观测值； ψu(xi)是一元势能函数， ψp(xi,xj) 是二元势能函数， 描述像素点之间的关联性；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115205796 A 2结合安全域、 预警域、 关注域划分结果与轨道平面图像全图材料语义分割结果， 在无异 物入侵轨道的情况下， 采集轨道平面图像； 在限界区域异物判断阶段， 对比实时的轨道平 面 图像特征与安全情况下 的轨面特征， 如果在限界区未发现新的语义特征， 代表没有物体闯 入限界区， 则进入下一帧数据， 分析监测轨面状态； 如果在限界区发现新的语义特征， 代表 存在物体入侵限界区， 则提取侵限异物的多层特征并进行风险分级预警， 分离该入侵语义 区域作为 新的ROI区域。 5.根据权利要求3所述的轨道线路异物侵限监测与风险预警方法， 其特征在于， 所述的 轨道侵限异 物风险评价模型， 包括： 结合历史轨道侵限事件案例中潜在的主要风险， 按照目标层、 准则层、 指标层划分轨道 异物侵限风险评估评价单元并确立对应的评价指标， 基于层次分析法和风险矩阵法建立轨 道异物侵限风险评估层次分析模型并划分计算各评价指标的风险评估量 化矩阵与权 重值； 进行层次分析， 根据专家经验对目标层 ‑准则层、 准则层 ‑指标层的各项参数之间的重 要性分别进行评分， 进而构造出目标层 ‑准则层重要性判断矩阵A1， 准则层‑指标层重要性 判断矩阵B2、 B3； 进行层次一致性检验， 调整重要性判断矩阵直至满足一致性条件， 计算指标层各评价 参数对目标层的合成权 重Wi。 6.根据权利要求5所述的轨道线路异物侵限监测与风险预警方法， 其特征在于， 所述的 轨道异物侵限风险分级评估结果， 包括： 对铁路异物侵限风险等级进行划分， 采用风险值R衡量轨道侵限事件风险大小， 由各评 价指标的风险程度量化数值Si和层次分析权重Wi联合确定。 风险值R由异物属性风险值和异 物行为风险值两部分累加组成， 其中异物属性风险值为其下属体积、 材质类型、 位置的风险 程度量化数值与权重乘积的累加， 异物行为风险值为异物移动速度、 侵限时长的风险程度 量化数值与权 重乘积的累加； 风险值R计算公式为： 7.一种轨道线路异 物侵限监测与风险预警系统， 其特 征在于， 包括： 获取模块， 用于获取轨道周围三维空间点云数据和轨道 平面图像数据； 提取模块， 用于根据点云数据和轨道平面图像数据， 对限界区域内的异物特征进行识 别与特征提取； 计算模块， 用于根据侵限异物的特征， 采用 层次分析法和风险矩阵法对不同特征风险 进行计算， 并对不同特 征的风险进行融合计算， 得到 侵限异物的综合 风险值；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115205796 A 3