LiDAR-Technologie und KI-Vision-Technologie für Schienenverkehrslösungen (Teil 2 – Technologie)

In diesem Artikel werden wir erörtern, wie LiDAR-Technologie und KI-Vision-Technologie zur Erkennung von Tunneleinbrüchen im Eisenbahnverkehr funktionieren.

ITechnisches Prinzip

1. KI-Vision-Technologie

Das System erfasst Echtzeitbilder vor dem Tunneleingang über visuelle Sensoren und sendet sie an den Systemhost. Der Host führt eine Echtzeitverarbeitung, Analyse und Speicherung des Quellvideobildes durch. Das visuelle Analysemodul identifiziert auf intelligente Weise Fremdobjekte auf der Strecke und markiert sie im Videostream. Der Videostream wird dann über eine interne Schnittstelle an das Datenfusionsverarbeitungsmodul übertragen. Dieses System wird hauptsächlich zur Erkennung von Fremdobjekten verwendet, die über große Entfernungen eindringen. Das Erkennungsprinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Schematische Darstellung der Sichtprüfung

① Modul zur Erfassung von Kameradaten: Zum Erfassen von RTSP-Stream-Dateninformationen von Industriekameras über das LAN. Das System verwendet Hard-Decoding zum Dekodieren der kodierten Daten.

② Zielerkennungsmodul: verwendet einen tiefen neuronalen Netzwerkalgorithmus, um Hindernisse intelligent in Echtzeit zu erkennen. Der Prozess umfasst Merkmalsextraktion, Randregression und Klassifikatorklassifizierung.

③ Modul zur Schienensegmentierung: Verwendung tiefer neuronaler Netzwerkalgorithmen zur intelligenten Identifizierung von Schienen in Echtzeit;

④ Vorhersagekompensationsmodul: verwendet den Kalman-Filter-Algorithmus, um die Echtzeitposition von Hindernissen zu verfolgen und zu kompensieren;

⑤ Datenfusionsverarbeitungsmodul: Die Ergebnisse der visuellen Hinderniserkennung werden an das Datenfusionsverarbeitungsmodul übertragen. Die Erkennungsszene ist in der Abbildung dargestellt:

KI-Vision zur Szenenerkennung

2. LiDAR-Technologie

Basierend auf der hochpräzisen Laser-Echo-Signalmesstechnologie werden die Punktwolkendaten vor dem Tunneleingang erfasst, um durch Datenmodellierung eine dreidimensionale Abbildung zu erzielen. Die neu erhaltenen Punktwolkendaten werden an den Systemhost gesendet. Der LiDAR-Prozessor kombiniert Algorithmen zum Berechnen und Analysieren (durch Vergleich mit vorhandenen Daten) und Speichern der vom LiDAR vorn erkannten Punktwolkendaten, um Informationen über die Ausrichtung, Größe und Entfernung eindringender Objekte zu erhalten. Basierend auf seinem logischen Design bietet es eine Frühwarnung, hauptsächlich zur Erkennung von Fremdobjekten aus nächster Nähe. Die LiDAR-Technologie verfügt über technische Merkmale wie hohe Erkennungsgenauigkeit und genaue Echointensität.

II. Lösungseinführung

1. Lösungseinführung

In dieser Lösung kommt Neuvition LiDAR zum Einsatz und als Kamera dient entweder die vom Kunden angegebene oder eine handelsübliche Kamera, die mit der Neuvition-Technologie ausgestattet ist.

Das Projekt verwendet einen hochauflösenden einzeiligen LiDAR Titan M1 und ein Kameraerfassungsmodul, um dreidimensionales Scannen und Bilderfassen des Tunneleingangs zu realisieren. Das System erhält Echtzeit-Punktwolkendaten durch LiDAR-Scannen und analysiert und verarbeitet diese Daten dann unter Verwendung von Clustering- und Vergleichsalgorithmen zur Echtzeitüberwachung und Frühwarnung vor eindringenden Objekten. Gleichzeitig ist das System auch mit einem Videoerfassungsmodul zur Erfassung von Echtzeitbildern und Videodaten ausgestattet. Der KI-Algorithmus wird verwendet, um eindringende Objekte zu identifizieren und zwei Erkennungsergebnisse umfassend zu verarbeiten, um ein Frühwarnsignal zu erzeugen und das Ton- und Lichtalarmmodul vor Ort auszulösen. Darüber hinaus verfügt das System über drahtlose 5G-Kommunikationsfunktionen, die Echtzeit-Punktwolkendaten und Bilddaten zur Frühwarnung auf Plattformebene an den Cloud-Server übertragen können.

Am Tunneleingang verwenden wir LiDAR und eine Kamera, ergänzt durch einen Hostcomputer, um über drahtlose 5G-Kommunikation oder Glasfaserkommunikation mit dem Server zu interagieren und so eine umfassende Sicherheitsüberwachung des Tunneleingangs und Frühwarndienste zu erreichen.

 Schnittstelle zum Überwachungssystem für Einbruchsversuche am Tunneleingang

2. Systemarchitektur

Das LiDAR-basierte Überwachungssystem für Eindringlinge an Eisenbahntunneleinfahrten besteht aus drei Teilen: dem Sensorsystem, dem Verarbeitungssystem und dem Ergebnisausgabesystem. Das Wahrnehmungssystem verwendet hochauflösende Festkörper-LiDAR-Technologie und Kameraerfassungsmodule, um die dreidimensionalen räumlichen Informationen und Videobildinformationen vor Ort in Echtzeit zu erfassen und sendet dann die Punktwolkendaten und Bilddaten zur Verarbeitung an das Verarbeitungssystem. Das Verarbeitungssystem wird durch einen Kantenrechner implementiert, um eine Echtzeit-Algorithmusverarbeitung der LiDAR-Punktwolkendaten durchzuführen. Wenn der voreingestellte Sicherheitsabstand überschritten wird, löst das System sofort eine Echtzeitwarnung durch akustische und visuelle Alarme vor Ort aus. Gleichzeitig werden die Echtzeitdaten vor Ort über das 5G-Kommunikationsmodul an die Cloud-Plattform gesendet, um eine Fernanzeige und Koordination der Verarbeitung vor Ort zu ermöglichen, und Daten können auf lokalen oder Cloud-Servern gespeichert werden. Die vor Ort ausgegebenen Ergebnisse und die retrograden Ergebnisse werden auf dem Anzeigebildschirm angezeigt. Gleichzeitig ist die Anzeigeschnittstelle mit einer interaktiven Steuerungsschnittstelle ausgestattet, die relevante Parameter der Systemausrüstung einstellen, steuern und anpassen kann.

System-Architektur

3. Funktionen oder Vorteile der Lösung

• Die LiDAR-Erkennungsreichweite kann 200 Meter erreichen und das Sichtfeld beträgt 45° x 25°.
• Die Erkennungsgenauigkeit beträgt 99 %;
• Das System gibt dreidimensionale Modellierungsdaten und Bilddaten des Tunneleingangs in Echtzeit aus;
• Geben Sie Größe, Geschwindigkeit, Ausrichtung, Form und andere Informationen des Objekts aus.
• Verbundener Ton- und Lichtalarm;
• Realisieren Sie eine dynamische Verwaltung und Ausgabedatenberichterstattung mehrerer Tunneleingänge.