LiDAR激光传感器助力货运列车运营数字化

概述

为了在货运列车调动时甚至在倒车时监控轨道区域，由包括 FH Aachen 在内的五个合作伙伴组成的团队正在开发轨道监控系统—SAMIRA调车辅助系统。这涉及将 LiDAR点云与摄像头数据融合，准确地检测轨道中的物体。这一数字化步骤节省了人力资源，同时为自动铁路运营奠定了基础，实现货运列车安全高效调动。

01 货运列车调动移动辅助系统

项目挑战

轨道区域的手动监控越来越难以执行。迄今为止，调动货运列车一直是两人的工作。如果列车向后移动，调车助手必须站在最后一节车厢上，通过无线电通知机车司机轨道区域是否有任何障碍物。这项任务必须在风和日丽的天气中执行，而且存在一定的风险，因此很难找到从事此项工作的人员。虽然列车司机可以通过远程控制自己承担这项任务，需要他们在改变方向时必须走遍列车的整个长度，这非常耗时。也不是最佳解决方案。

解决方案

项目组所开发货运列车调动辅助系统，接管轨道监控，为机车司机提供支持。辅助系统在调动过程中监控整个轨道区域并检测障碍物。这种便携式电池供电设备安装在火车尾部。它包含用于检测环境的各种传感器和用于数据处理的计算机。

集成传感器包括两个用于3D障碍物检测的 Blickfeld LiDAR传感器、一个用于近距离检测的立体摄像头、两个为基于算法的物体检测提供数据基础的附加摄像头，以及一个雷达传感器。此外，该系统还有一个声音警告信号。机车司机在驾驶室配备了一个平板电脑，可以实时显示列车后方的轨道区域，并指示监控区域内的物体、人员、信号或其他车辆。

这些物体是通过融合摄像头图像和3D点云来检测的。图像识别算法根据摄像头图像识别轨道区域和物体，但是它们并不能检测到的物体的确切位置，与点云的融合才能实现这一步骤。保证在没有调车助手的情况下，保证倒车时列车的路径畅通无阻。

02 相机图像与 LiDAR 3D点云的融合

在列车调动应用中，Cube1的70°水平视野非常适合密切关注轨道区域，即使在轻微转弯时也是如此。因为铁路运营中的振动非常大，传感器技术必须保证非常稳健 。Blickfeld 传感器的固态特性能够满足以上要求，并且以低廉的价格提供高分辨率的点云数据也很突出。因此，负责LiDAR和摄像头系统的FH Aachen决定将 Blickfeld传感器技术集成到系统中。

Matthias Blumenschein （Research Assistant Rail Vehicle Engineering, FH Aachen University of Applied Sciences ）说道：“Blickfeld 的 LiDAR 传感器技术在价格、分辨率和视野方面正是我们所期待的。

03 展望

为了更全面地保护列车调动作业，下一步将引入用于轨道检查的固定模块的项目概念。 在司机难以看到的弯道或其他路段后面，系统可以向驾驶室发送实时信息，以便在必要时及时启动制动。在第二阶段，这项技术可以作为实现自动操作的第一步。