CN109856626A - 基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，包括中控模块、雷达传感器、语音播报器、录像机和警示灯；雷达传感器包括信号发射单元和信号接收单元；信号发射单元发射电磁波信号到障碍物实现对被监测对象的监测；信号接收单元将接收的电磁波回波信号和本振信号进行混频得到回波中频信号，对回波中频信号进行提取以获取被监测对象的距离和回波功率信息，通过对距离和回波功率信息的分析确定被检测对象类型；语音播报器根据被检测对象类型发出相应的报警声音进行警示；录像机采集被监测对象的视频信息；警示灯根据被检测对象类型进行灯光报警；中控模块将采集的监控信息显示给监控人员以辅助进行线下操作。

Description

基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统和方法

技术领域

本发明涉及高铁技术领域，具体涉及基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统和方法。

背景技术

随着中国高铁技术的发展和普及，高铁安防的作用显得尤为重要。高铁安防主要包括：车站及铁路沿线安防、车厢安防和车内电子安防。其中车厢安防和车内电子安防，由于人员相对比较固定、空间较小且有工作人员巡检，因此安防工作相对简单。车站及铁路沿线安防由于其人员走动复杂空间大，因此工作量大，任务重。主要的安防手段有电子围栏、道路监测、电力故障系统等。存在一些乘客乘工作人员不注意从高铁端部下到高铁轨道上，穿越高铁轨道翻墙套票行为。由于高铁运行速度极快，穿越高铁轨道有可能出现躲避不及而引发的安全事故，造成极其恶劣的社会影响。

高铁站台端部防穿越报警系统是用于防止旅客通过站台两端穿越高铁铁路轨道，翻越围墙逃票等危险行为。

传统的人体检测传感器包括：红外传感器、超声波传感器、激光传感器。红外传感器通过感知空气中异常温度体来实现对人体的检测，但是由于列车温度与环境温度不一致，因此很容易出现误报情况；超声波传感器发射的超声波为机械波，其传输距离有限，且受环境中的声波影响，进而导致出现误报；

激光传感器由于其寿命较短，且容易受环境影响，因此也不太适用。现有高铁站防穿越检测传感器多为红外对射模式，利用两个红外传感器对射来对中间目标进行判断，这种传感器由于需要安装在站台两边，但是高铁站台有明确规定，白线以内禁止安装任何设备，因此红外对射传感器有缺点：站台两端有盲区，穿越者可以通过站台边沿穿越；由于列车高速通过，设备安装在白线位置会有安全隐患；一套系统需要两个固定桩，安装施工工程量大；红外容易受天气影响，例如大雨、大雪、冰雹和烟雾；红外对射检测的只是一条线，穿越者可以轻松跳跃检测线。

发明内容

本发明的目的在于提供基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统和方法，用以解决现有的监控系统不能对高铁站台端部是否有行人穿越进行有效监控和提醒的问题，以减少穿越高铁站台而引发的事故。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，包括中控模块、雷达传感器、语音播报器、录像机和警示灯；所述雷达传感器包括信号发射单元和信号接收单元；

所述信号发射单元，用于发射电磁波信号到障碍物实现对被监测对象的监测；

所述信号接收单元，用于将接收的电磁波回波信号和本振信号进行混频得到回波中频信号，对所述回波中频信号进行提取以获取被监测对象的距离和回波功率信息，且通过对距离和回波功率信息的分析确定被检测对象类型；

所述语音播报器，用于根据被检测对象类型发出相应的报警声音进行警示；

所述录像机，用于采集被监测对象的视频信息；

所述警示灯，用于根据被检测对象类型进行灯光报警；

所述中控模块，用于将采集的监控信息显示给监控人员以辅助进行线下操作。

优选的，所述雷达传感器的数量大于等于2。

优选的，所述信号发射单元包括压控振荡器VCO、锁相环PLL、参考时钟和发射天线；

所述压控振荡器VCO和所述锁相环PLL构成闭环系统；

所述闭环系统控制所述压控振荡器VCO输出一定调制方式的电磁波信号。

优选的，所述电磁波信号是锯齿形或三角波形；所述电磁波信号的上升沿用公式表示为：

优选的，所述信号接收单元采用零中频接收机，所述零中频接收机利用微带天线接收回波信号。

优选的，所述回波信号是：

其中，为回波信号时延；在接收机将发射信号作为本振信号和回波信号进行混频，得到中频信号；v₁(t)＝cos[2πf₀t_d+2πt_d·t·B/T-πKt_d ²] (3)。

优选的，其根据被检测对象的反射系数分析确定被检测对象类型。

优选的，在式(3)中省略中频信号延时高次项πKt_d ²，得到中频信号的频率为t_d·B/T，通过傅里叶变换(FFT)计算得到式(3)的频率F，计算距离R的估计

优选的，其采用的220伏交流供电、太阳能或蓄电池供电。

基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警方法，用于所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，包括步骤：

步骤1：基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统通电之后进行系统自检验；

步骤2：如果系统自检验失败，则发出报警信息提示系统故障；

步骤3：如果系统自检验通过，根据检测到的被检测对象的反射能量和距离判断雷达前方的被检测对象的类型；

步骤4：如果被检测对象是高铁则不进行报警；如果检测到行人穿越，所述语音播报器发出警示信息提醒行人；同时录像机进行录像且将采集的信息发送到所述中控模块；

步骤5：所述中控模块将接收的监控信息显示给监控人员以便于进行线下操作；

步骤6：在危险情况解除之后，返回步骤4。

本发明具有如下优点：

(1)本发明可以检测行人时，没有盲区，检测范围从雷达天线到站台边沿，检测距离可调；

(2)本发明可以准确区分列车和人体目标，避免列车经过时引发的误报；

(3)本发明采用雷达传感器不受声波和酸、烟、雾、雨、雪、冰环境影响，可以实现24小时全天候复杂环境不间断工作；

(4)本发明安装位置方便灵活，可以使用太阳能供电，因此在任何交叉路口段区域均可安装使用；

(5)本发明可以安装位置在站台中间，没有安全隐患，只需要一个固定桩，施工工作量小；

(6)本发明中雷达检测范围为一个扇形面，穿越者无处可逃。

附图说明

图1是发明的基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统的功能框图。

图2是发明中基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统的流程图。

图3是实施例示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例的基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，括中控模块、雷达传感器、语音播报器、录像机和警示灯；所述雷达传感器包括信号发射单元和信号接收单元；

所述信号发射单元，用于发射电磁波信号到障碍物实现对被监测对象的监测；

所述信号接收单元，用于将接收的电磁波回波信号和本振信号进行混频得到回波中频信号，对所述回波中频信号进行提取以获取被监测对象的距离和回波功率信息，且通过对距离和回波功率信息的分析确定被检测对象类型；

所述语音播报器，用于根据被检测对象类型发出相应的报警声音进行警示；

所述录像机，用于采集被监测对象的视频信息；

所述警示灯，用于根据被检测对象类型进行灯光报警；

所述中控模块，用于将采集的监控信息显示给监控人员以辅助进行线下操作。

所述雷达传感器的数量大于等于2。

所述信号发射单元包括压控振荡器VCO、锁相环PLL、参考时钟和发射天线；

所述压控振荡器VCO和所述锁相环PLL构成闭环系统；

所述闭环系统控制所述压控振荡器VCO输出一定调制方式的电磁波信号。

所述电磁波信号是锯齿形或三角波形；所述电磁波信号的上升沿用公式表示为：

其中v_T(t)发射信号随时间的变化；π表示圆周率，取值3.1415926；f₀表示发射信号的起始频率，常用但不局限于24GHz和77GHz；B表示发射信号的带宽，带宽决定了雷达的距离分辨率；T表示发射信号的扫频周期；表示发射信号的初始相位。

所述信号接收单元采用零中频接收机，所述零中频接收机利用微带天线接收回波信号。

雷达接收机接收到的回波信号为：

其中，为回波信号时延，表示光速3×10⁸m/s。将发射信号同时作为本振信号，在接收机与本振信号进行混频，得到中频信号。

v₁(t)＝cos[2πf₀t_d+2πt_d·t·B/T-πKt_d ²] (3)

其根据被检测对象的反射系数分析确定被检测对象类型。

在式(3)中省略中频信号延时高次项πKt_d ²，得到中频信号的频率为t_d·B/T，通过傅里叶变换(FFT)计算得到式(3)的频率F，计算距离R的估计

其采用的220伏交流供电、太阳能或蓄电池供电。

基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警方法，用于所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，包括步骤：

步骤1：基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统通电之后进行系统自检验；

步骤2：如果系统自检验失败，则发出报警信息提示系统故障；

步骤3：如果系统自检验通过，根据检测到的被检测对象的反射能量和距离判断雷达前方的被检测对象的类型；

步骤4：如果被检测对象是高铁则不进行报警；如果检测到行人穿越，所述语音播报器发出警示信息提醒行人；同时录像机进行录像且将采集的信息发送到所述中控模块；

步骤5：所述中控模块将接收的监控信息显示给监控人员以便于进行线下操作；

步骤6：在危险情况解除之后，返回步骤4。

根据检测到目标反射能量和距离可以判断雷达前方目标是行人还是高铁列车，如果是高铁经过则不进行报警。若检测到行人穿越则利用语音播报系统警示行人勿穿越，且通知录相机进行录像，同时将信息传送给中控，监控室人员通过监控信息判断是乘客穿越还是工作人员，如果是乘客穿越则需要通知安保对其进行警告，甚至逮捕押送至相关部门处理。根据不同的高铁站台建设条件，本系统可以采用不同的供电体系。对于方便引线并具备220伏市电的高铁站台，可以使用220伏交流供电；对于某些高铁站不方便供电时，可以采用太阳能加蓄电池的模式对本系统供电。

本系统包含以下核心组成部分：雷达传感器、语音播报器、录像机、警示灯、无线通信设备。

微波雷达安装于站台中间位置。安装高度建议为0.4m～1m，可以调节雷达波束照射范围；警示灯安装于雷达机箱上；录像机架立安装在站台端部，安装高度为2m～3m，根据现场录像机镜头大小来调节安装高度；语音播报系统可以安装于录像机安装柱上，也可以安装在雷达机箱上。

安装好雷达传感器、语音播报器、录像机、警示灯、无线通信设备后，对整个系统上电后系统进行自检，检查各部分功能是否正常，如果存在故障则立刻通知工作人员系统故障。通过自检后整个系统进入正常工作模式。利用雷达传感器检测行人是否穿越，利用雷达发射机发射一种特殊调制的电磁波信号，电磁波遇到目标后反射回来，接收机接收到回波后与本振信号进行混频得到回波中频信号，通过对中频信号中有用信息的提取可以获取前方目标的距离和回波功率信息，通过对目标距离和回波强弱的分析可以判断前方是行人还是高铁经过，如果是高铁经过则不进行报警，若检测到行人穿越则利用语音播报系统警示行人勿穿越，且通知相机进行录像，同时将信息传送给中控，监控室人员通过监控信息判断是乘客穿越还是工作人员，如果是乘客穿越则需要通知安保对其进行警告，甚至逮捕押送至相关部门处理。根据不同高铁站台建设情况，本系统可以采用不同的供电体系，可以使用市电交流220伏或者太阳能供电方案。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，包括中控模块、雷达传感器、语音播报器、录像机和警示灯；所述雷达传感器包括信号发射单元和信号接收单元；

所述信号发射单元，用于发射电磁波信号到障碍物实现对被监测对象的监测；

所述信号接收单元，用于将接收的电磁波回波信号和本振信号进行混频得到回波中频信号，对所述回波中频信号进行提取以获取被监测对象的距离和回波功率信息，且通过对距离和回波功率信息的分析确定被检测对象类型；

所述语音播报器，用于根据被检测对象类型发出相应的报警声音进行警示；

所述录像机，用于采集被监测对象的视频信息；

所述警示灯，用于根据被检测对象类型进行灯光报警；

所述中控模块，用于将采集的监控信息显示给监控人员以辅助进行线下操作。

2.根据权利要求1所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，所述雷达传感器的数量大于等于2。

3.根据权利要求2所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，所述信号发射单元包括压控振荡器VCO、锁相环PLL、参考时钟和发射天线；

所述压控振荡器VCO和所述锁相环PLL构成闭环系统；

所述闭环系统控制所述压控振荡器VCO输出一定调制方式的电磁波信号。

4.根据权利要求3所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，所述电磁波信号是锯齿形或三角波形；所述电磁波信号的上升沿用公式表示为：

5.根据权利要求4所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，所述信号接收单元采用零中频接收机，所述零中频接收机利用微带天线接收回波信号。

6.根据权利要求5所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，所述回波信号是：

其中，为回波信号时延；接收机将发射信号作为本振信号和回波信号进行混频，得到中频信号；v₁(t)＝cos[2πf₀t_d+2πt_d·t·B/T-πKt_d ²] (3)。

7.根据权利要求6所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，其根据被检测对象的反射系数分析确定被检测对象类型。

8.根据权利要求7所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，在式(3)中省略中频信号延时高次项πKt_d ²，得到中频信号的频率为t_d·B/T，通过傅里叶变换(FFT)计算得到式(3)的频率F，计算距离R的估计

9.根据权利要求8所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，其采用的220伏交流供电、太阳能或蓄电池供电。

10.基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警方法，用于权利要求9所述基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统，其特征在于，包括步骤：

步骤1：基于微波雷达的高铁站台端部防穿越报警系统通电之后进行系统自检验；

步骤2：如果系统自检验失败，则发出报警信息提示系统故障；

步骤3：如果系统自检验通过，根据检测到的被检测对象的反射能量和距离判断雷达前方的被检测对象的类型；

步骤4：如果被检测对象是高铁则不进行报警；如果检测到行人穿越，所述语音播报器发出警示信息提醒行人；同时录像机进行录像且将采集的信息发送到所述中控模块；

步骤5：所述中控模块将接收的监控信息显示给监控人员以便于进行线下操作；

步骤6：在危险情况解除之后，返回步骤4。