本發(fā)明屬于數(shù)字孿生，尤其涉及一種基于數(shù)據(jù)孿生驅(qū)動的異物侵線判識方法。

背景技術(shù)：

1、由于我國地理地貌的多樣復(fù)雜性與鐵路網(wǎng)絡(luò)持續(xù)擴大的必要性，在不同線路段防止異物侵線(北方草原線路的草團、城際鐵路周邊人員翻越鐵路護(hù)網(wǎng)等)成為保障列車行車安全的重要因素之一。

2、如何做到鐵路線路異物入侵精準(zhǔn)、快速檢測一直以來都是軌道交通鄰域熱門研究課題之一。而目前包括振動光纖、脈沖電子圍欄、多維三鑒、微波陣列、光波對射、雷達(dá)和圖像識別等檢測技術(shù)受限于鐵路線路周圍復(fù)雜環(huán)境或是光照、天氣的干擾。借助計算機輔助設(shè)計(cad)、計算機輔助工程(cae)、有限元分析(fea)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(pdm)等方式和數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬模型，除此之外，隨著物聯(lián)網(wǎng)(iot)、人工智能(ai)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensor?network)、射頻識別(rfid)、云計算(cloud?computing)、邊緣計算(edgecomputing)和第五代蜂窩移動通信(5g)等先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)物理世界與虛擬世界的集成相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生(digital?twins)技術(shù)在異物侵線檢測方面具有更廣泛的應(yīng)用前景。

3、數(shù)字孿生是一種集成了多物理、多尺度屬性，具有實時交互和高保真度特點的將數(shù)字空間同物理空間映射融合的技術(shù)。在軌道交通領(lǐng)域中，數(shù)字孿生已經(jīng)應(yīng)用在列車運行優(yōu)化、設(shè)備健康監(jiān)測、安全培訓(xùn)和應(yīng)急演練等方面，但是在研究線路異物侵線檢測方面，最熱門的還是圖像識別等技術(shù)，缺乏數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。線路異物侵線從我國軌道交通發(fā)展以來一直是一個引人關(guān)注的熱點安全問題，其輕則導(dǎo)致線路停運重則可能造成嚴(yán)重安全事故。如何做到準(zhǔn)確、快速異物檢測以及預(yù)警，以及是否可以實現(xiàn)對列車進(jìn)行主動控制，是我國軌道交通發(fā)展亟待解決的一個問題。

4、傳統(tǒng)的線路異物侵線檢測系統(tǒng)(方法)往往會因為外界條件影響或是自身檢測算法的不足導(dǎo)致檢測精度較差，產(chǎn)生誤報。例如，利用圖像差分的檢測算法對靜止的異物很難準(zhǔn)確檢測；振動光纖技術(shù)易受植被晃動、飛鳥、等干擾。而采用數(shù)字孿生技術(shù)的異物侵線檢測方法，由于孿生體與真實線路具有虛實交互映射的特性，且交互過程具有實時性，便天然使得基于數(shù)字孿生技術(shù)的異物侵線檢測具有更高的準(zhǔn)確性以及更優(yōu)的檢測速度。結(jié)合混合現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)操作人員與線路沉浸式交互，相比于一般的異物侵線檢測系統(tǒng)，更利于操作人員對異物侵線的實時感知以及更快的做出相應(yīng)處理措施。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決當(dāng)前線路異物侵線檢測技術(shù)受限因素過多、準(zhǔn)確率與速度欠缺的問題以及提升人機交互體驗感和侵線應(yīng)對反應(yīng)速度，本發(fā)明提供一種基于數(shù)據(jù)孿生驅(qū)動的異物侵線判識方法。

2、本發(fā)明的一種基于數(shù)據(jù)孿生驅(qū)動的異物侵線判識方法，具體為：

3、a、多維實體物理數(shù)據(jù)采集。

4、沿檢測線路布置多維三鑒復(fù)合傳感探測器，采集線路周圍受力、方向，位置三種數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合感知周圍變化，以此獲取動態(tài)感知數(shù)據(jù)；沿檢測線路布置圖像采集設(shè)備，獲取線路實時圖像數(shù)據(jù)；系統(tǒng)接入天氣、地理數(shù)據(jù)的api獲取實時環(huán)境數(shù)據(jù)。

5、b、構(gòu)建線路數(shù)字孿生體模型。

6、通過三維建模軟件與混合現(xiàn)實設(shè)備建立虛擬空間線路靜態(tài)模型，借助三維圖像物理引擎構(gòu)建出融合數(shù)據(jù)驅(qū)動的虛擬空間線路數(shù)字孿生體模型。數(shù)字孿生體模型具有與物理空間真實線路進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、自我迭代更新，反映物理空間線路真實情況的能力。

7、c、基于混合現(xiàn)實的異物侵線判識與危險評估。

8、通過混合現(xiàn)實設(shè)備，操作人員沉浸式監(jiān)測交互，真實感受線路周圍異常變化；發(fā)生異物侵線時快速對侵線位置信息進(jìn)行查看，查找侵線原因，以此結(jié)合列車調(diào)度信息，快速做出應(yīng)對策略及危險評估。

9、d、基于混合算法模型的異物侵線與預(yù)測。

10、將采集到的多維物理數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并分類，分為動態(tài)感知數(shù)據(jù)(方向、位置、受力三種狀態(tài)的數(shù)據(jù))、圖像數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)(天氣、地理)；使用基于深度學(xué)習(xí)與濾波算法的混合算法對動態(tài)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后數(shù)據(jù)結(jié)合圖像數(shù)據(jù)對異物侵線進(jìn)行準(zhǔn)確判別并進(jìn)行報警；動態(tài)感知數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)通過深度學(xué)習(xí)模型對是否可能發(fā)生異物侵線進(jìn)行預(yù)測并報警；誤報的數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)集，反饋回深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行優(yōu)化檢測環(huán)節(jié)，提高檢測速度與準(zhǔn)確性，增加整個系統(tǒng)魯棒性。

11、進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)采集設(shè)備成組布置，按照等距進(jìn)行多維三鑒復(fù)合傳感探測器布置，重點檢測區(qū)域額外布置，設(shè)定一定數(shù)量的探測器對應(yīng)圖像采集設(shè)備(如4個探測器與1個圖像采集設(shè)備為一組)，每個探測器應(yīng)有獨立標(biāo)號作為定位。

12、進(jìn)一步的，圖像采集設(shè)備由可見光攝像機、激光攝像機和紅外攝像機組成，后兩者在一定程度上提高了夜晚的成像效果，在霧天、夜晚等場景采集圖像數(shù)據(jù)依然具有可行性。

13、進(jìn)一步的，線路數(shù)字孿生體與真實線路數(shù)據(jù)交互方式為通過云服務(wù)處理后交互，將線路物理實體中實時狀態(tài)展示至線路數(shù)字孿生體中，數(shù)字孿生體通過數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，進(jìn)行控制反饋。

14、進(jìn)一步的，構(gòu)建線路數(shù)字孿生體模型具體為：通過三維建模軟件與混合現(xiàn)實設(shè)備建立靜態(tài)高保真軌道場景模型，模型導(dǎo)入三維圖像引擎中進(jìn)行二次開發(fā)，采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，封裝天氣類、地理類、異物類、車輛調(diào)度信息類，房屋結(jié)構(gòu)類(如車輛調(diào)度信息類包含始發(fā)站、終點站、行車時刻表、車輛型號等成員屬性)，結(jié)合混合算法處理后的多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驅(qū)動，建立線路數(shù)字孿生體模型；再基于持續(xù)性的物理空間真實線路數(shù)據(jù)采集對虛擬空間數(shù)字孿生體模型進(jìn)行迭代優(yōu)化，實現(xiàn)物理空間線路與虛擬空間的實時數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)映射。

15、進(jìn)一步的，基于混合現(xiàn)實的異物侵線判識與危險評估具體為：線路數(shù)字孿生體模型利用三維圖像引擎中為混合現(xiàn)實設(shè)備提供api，在混合現(xiàn)實設(shè)備中進(jìn)行數(shù)字孿生體模型部署，操作人員通過佩戴混合現(xiàn)實設(shè)備并且通過手勢對線路數(shù)字孿生模型進(jìn)行操作。

16、進(jìn)一步的，基于混合算法模型的異物侵線與預(yù)測具體為：當(dāng)可能發(fā)生侵線時，動態(tài)感知數(shù)據(jù)經(jīng)深度學(xué)習(xí)模型優(yōu)化過后的濾波算法得到侵線位置id，通過id調(diào)取對應(yīng)圖像數(shù)據(jù)傳入目標(biāo)檢測、目標(biāo)追蹤算法確定是否侵線，確認(rèn)侵線會發(fā)生報警，操作人員通過混合現(xiàn)實設(shè)備和線路數(shù)字孿生體進(jìn)行處理；當(dāng)常規(guī)狀態(tài)下，濾波算法處理后的動態(tài)感知數(shù)據(jù)，以及環(huán)境數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過深度學(xué)習(xí)模型對可能發(fā)生的線路侵線進(jìn)行預(yù)測，若是發(fā)生侵線概率超過設(shè)定的閾值，則會發(fā)生報警，操作人員可以通過混合現(xiàn)實設(shè)備和線路數(shù)字孿生體進(jìn)行侵線確認(rèn)。

17、本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：

18、本發(fā)明提供了一種具有虛實同步、虛實交互，以虛控實的數(shù)據(jù)孿生驅(qū)動的異物侵線判識系統(tǒng)。其在算法方面，比常見的異物侵線檢測算法更加快速且準(zhǔn)確，極大降低由于天氣等因素帶來的異物侵線誤報等情況，增加了基于深度學(xué)習(xí)的異物侵線預(yù)測，結(jié)合獲得的氣象、圖像等數(shù)據(jù)對可能發(fā)生的侵線進(jìn)行一個概率評估并報警；在交互方面，不在是單純的b/s或c/s架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)，在此基礎(chǔ)上增設(shè)混合現(xiàn)實(mr)設(shè)備，實現(xiàn)了操作人員沉浸式交互，更快地感知報警；在理論支撐方面，以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)與理論支撐點出發(fā)，將數(shù)字孿生“虛實同步、虛實交互、以虛控實”概念引入到異物侵線檢測中，通過對物理空間線路數(shù)據(jù)采集、虛擬空間線路建模并進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動等方式，實現(xiàn)一種新型、有別于傳統(tǒng)方法的異物侵線檢測，具有：實時性、預(yù)測性、準(zhǔn)確性。

19、本發(fā)明在線路異物侵線檢測與預(yù)測方面具有很大潛力，且基于數(shù)字孿生理論的異物侵線檢測系統(tǒng)在功能拓展上具有很大的延展性，不僅可以有效保障鐵路運輸安全，并且對其安全性、經(jīng)濟性具有重大意義。