隨著我國高速鐵路交通的建設(shè)與迅猛發(fā)展,鐵路交通以其較長的運(yùn)輸距離、較快的運(yùn)輸速度、較低的運(yùn)輸成本以及突出的運(yùn)載力等特點(diǎn),成為我國不可或缺的基礎(chǔ)交通工具,因此鐵路交通的安全問題越發(fā)引起人們的關(guān)注。針對現(xiàn)有鐵路侵限檢測方法相對落后、精度低等問題,本文利用激光雷達(dá)測距原理對列車的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行安全監(jiān)測,識別對鐵路安全造成嚴(yán)重影響的障礙物,對保障鐵路交通的安全運(yùn)行具有重要的實(shí)際意義。相比于傳統(tǒng)信息采集設(shè)備如:照相機(jī)、攝影機(jī),紅外等,激光雷達(dá)擁有全天候24小時且不受天氣干擾等獨(dú)特的優(yōu)勢,獲取三維空間目標(biāo)物體點(diǎn)云信息具有精確度高、速度快等突出特性,有助于對場景變化更準(zhǔn)確的判斷。本文在詳細(xì)了解了激光雷達(dá)環(huán)境感知技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀基上,針對本課題功能需求,對基于激光雷達(dá)測距原理的鐵路障礙物檢測系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。分析了鐵路環(huán)境中相關(guān)物體的激光反射率范圍,確定了本系統(tǒng)傳感器型號。對系統(tǒng)硬件的整體布局進(jìn)行了充分的研究與討論,確定了系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)的選擇方法,最后得到鐵路障礙物檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。根據(jù)系統(tǒng)功能,設(shè)計了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以及交互軟件。以激光雷達(dá)為研究對象,研究了激光雷達(dá)的工作原理,數(shù)據(jù)采集過程,以及數(shù)... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

“十二五”以來鐵路交通事故死亡人數(shù)變化趨勢圖

12Φ=2πfT（2-3）式中f為激光發(fā)射光波信號頻率。圖2.3相位法測距信號往返過程展開圖將式（2-3）中T代入式（2-2），得到結(jié)果如下：112222cDcπffπΦΦ==（2-4）式中c/f是發(fā)射激光的波長，以λ表示，又Φ等于光波的n個整周期上不足一個整周期的尾數(shù)Δ，所以：12()22222nDnnnπλλλππ+ΔΔ==+=+Δ（2-5）（3）角度測量原理激光的發(fā)射角度測量對于獲取物體反射點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)而言十分重要。激光測距裝置和掃描角自動記錄裝置是激光雷達(dá)的掃描系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分。因此掃描角的角度測量對于激光雷達(dá)系統(tǒng)是非常重要的。激光雷達(dá)系統(tǒng)一般采用軸角編碼器來對角度偏移量進(jìn)行測量。軸角編碼器是一種能夠?qū)崿F(xiàn)角度變量與數(shù)字變量間轉(zhuǎn)換的傳感器。軸角編碼器結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高并且具有很高的分辨率。一般情況下激光雷達(dá)配置由光電三極管、計數(shù)器、發(fā)達(dá)電路、編碼盤、點(diǎn)光源以及旋轉(zhuǎn)軸組成的光電式軸角編碼器。軸角編碼器以圓光柵作為檢測元件經(jīng)過光電變換，主軸的角位移量即可以脈沖數(shù)字量表示，即編碼器在旋轉(zhuǎn)主軸的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動發(fā)出矩形脈沖，于是就可以實(shí)現(xiàn)角位移量的測量，也可以利用微機(jī)控制變?yōu)橹本�位移量。軸角編碼器基本結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。

13圖2.4軸角編碼器原理結(jié)構(gòu)圖2.1.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征通過激光雷達(dá)掃描獲得的點(diǎn)與數(shù)據(jù)具有如下特性：（1）局限性眾所周知人的眼睛有一定的視覺盲區(qū)，存在一定的范圍是眼睛無法看到的。同樣的因激光雷達(dá)構(gòu)造設(shè)計或者實(shí)際工作環(huán)境問題，激光雷達(dá)一般不能夠檢測到周圍場景的全部信息，存在一定的掃描檢測范圍。不僅如此，激光雷達(dá)只能夠定向掃描，因此激光雷達(dá)只能檢測反應(yīng)出特定方向的物體狀態(tài)。如果俯視方向觀察單面激光雷達(dá)所掃描得到的數(shù)據(jù)，其分布范圍為一扇形區(qū)域。360°旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)所獲得的數(shù)據(jù)在空間范圍內(nèi)呈環(huán)狀輻射分布于三維空間，但中心范圍與俯仰角外依然存在檢測盲區(qū)。（2）不均勻性由于激光雷達(dá)是按一定角度發(fā)射激光信號來進(jìn)行掃描的，所以激光雷達(dá)所采集的數(shù)據(jù)分布密度具有不均勻性。具體呈現(xiàn)為近密遠(yuǎn)疏的特點(diǎn)，當(dāng)物體與檢測雷達(dá)的距離較近時采集到的數(shù)據(jù)相比于遠(yuǎn)離雷達(dá)的物體采集的數(shù)據(jù)要多。使掃描數(shù)據(jù)產(chǎn)生密度分布不均的狀態(tài)其次是因?yàn)榧す庠诳諝庵杏绕湓诳諝赓|(zhì)量不好時傳播會發(fā)生一定程度的散射和折射，光能在傳播過程中隨距離逐漸變?nèi)�，距離越長能夠返回到接收器的能量則越少。距離越近的物體所反射的光能量越強(qiáng)，遠(yuǎn)處的則很弱，因此激光雷達(dá)遠(yuǎn)處的數(shù)據(jù)點(diǎn)密度相對稀疏。（3）信息不完整性由于激光雷達(dá)掃描是借助與激光的傳播與反射，然而激光的傳播特性是沿直線傳播，所以只能采集到物體正對激光雷達(dá)信號發(fā)射位置并且沒有遮擋物體的面的信息。因此激光雷達(dá)所采集到的空間中物體的三維信息并不能反映物體的全部形貌特征，一般情況下只能得到物體的單側(cè)面信息，如果目標(biāo)物體形貌比較復(fù)雜或者物體與激光雷

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3373396