TFDS－3型故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)的應(yīng)用①

劉立強(qiáng)

(大秦鐵路股份有限公司太原北車輛段，山西 太原 030003)

0 引言

根據(jù)美國聯(lián)邦鐵路管理局(FAR)的數(shù)據(jù)顯示，超過1/3的鐵路貨車脫軌事故是因?yàn)闄C(jī)械部件的故障。而對這些機(jī)械部件的主要檢查手段就是通過人工對每一輛車的機(jī)械部件進(jìn)行檢查。人工檢測勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，檢測效果受環(huán)境、人的主觀感受影響大。所以，國產(chǎn)TFDS系統(tǒng)的開發(fā)研究正是為了解決人工檢查本身存在的各項(xiàng)弊端而出現(xiàn)的。我國TFDS系統(tǒng)從2001年即開始研發(fā)，其中大概經(jīng)過了四個(gè)發(fā)展階段，2001～2006年是TFDS早期設(shè)備的試驗(yàn)和運(yùn)用階段，系統(tǒng)采用的是1394接口相機(jī)，圖像分辨率為656×491，光源為碘鎢燈。2006～2008年是TFDS－1型系統(tǒng)的試驗(yàn)和運(yùn)用階段，系統(tǒng)采用的是1394接口相機(jī)，圖像分辨率為782×582，光源為HID氙氣燈。2008～2010年為TFDS－2型系統(tǒng)的試驗(yàn)和運(yùn)用階段，系統(tǒng)采用以太網(wǎng)接口相機(jī)，圖像分辨率為1400×1024，光源為LED頻閃燈，具備抗陽光干擾功能。2010年至今為TFDS－3型系統(tǒng)的試驗(yàn)和運(yùn)用階段，系統(tǒng)采用線陣相機(jī)，像素為140萬，最高拍攝速度為68000線/秒，光源為激光，圖片質(zhì)量清晰，實(shí)現(xiàn)了行車方向的無縫拼接。因此，近年來，關(guān)于TFDS系統(tǒng)的研究是鐵路行業(yè)貨車安全防范系統(tǒng)中的重要前沿課題，本文簡要介紹TFDS－3型貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)的應(yīng)用。

1 TFDS應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國鐵路行業(yè)傳統(tǒng)的TFDS系統(tǒng)大部分均采用LED頻閃燈作為補(bǔ)償光源，在實(shí)際運(yùn)用中，主要存在以下幾方面的問題:

1.1 陽光干擾環(huán)境下拍攝圖片質(zhì)量不佳

傳統(tǒng)的TFDS采用面陣相機(jī)及LED頻閃燈補(bǔ)償光源圖像采集時(shí)，沉箱和側(cè)箱需全部打開，LED頻閃燈補(bǔ)償光源光強(qiáng)利用率很低，受外界光線影響很大，當(dāng)陽光直射到攝像機(jī)鏡頭時(shí)，拍攝圖片存在曝光現(xiàn)象，圖片質(zhì)量大大降低。

1.2 圖片拼接效果不理想

傳統(tǒng)的TFDS采用面陣相機(jī)拍攝，每次抓拍的圖像均為一幅圖像，在行車方向存在拼接，同一部件分為兩張圖顯示，不利于固定位置的定位和故障自動(dòng)識(shí)別。

1.3 干擾后漏拍丟圖

當(dāng)受到外界干擾信號(hào)情況下，如一個(gè)干擾信號(hào)，傳統(tǒng)的TFDS設(shè)備漏拍的是一幅整圖，影響圖片的完整性，容易造成漏檢，給行車安全造成嚴(yán)重隱患。

2 TFDS－3型設(shè)備工作原理

TFDS－3型貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)采用線陣相機(jī)的廣角拍攝技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)等對運(yùn)行的列車進(jìn)行圖像采集，由控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與處理，計(jì)算出列車運(yùn)行速度，判斷出列車車種車型，取出系統(tǒng)所需要的車輛關(guān)鍵部位圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，以一車一檔的方式在窗口計(jì)算機(jī)中顯示，并能按要求打印、傳輸。通過人機(jī)結(jié)合的方式判別出車輛車體、轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置等部件及其零配件有無缺損、斷裂、丟失等故障，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)檢測車輛故障的目的。

TFDS－3系統(tǒng)的工作流程為:系統(tǒng)進(jìn)行自檢，等待列車到來，列車壓1#、2#車輪傳感器，控制箱對磁鋼信號(hào)進(jìn)行放大整形，控制箱輸出信號(hào)到車輛信息采集機(jī)，車輛信息采集機(jī)通過計(jì)算，傳遞命令給控制箱，控制箱負(fù)責(zé)保護(hù)門和補(bǔ)償光源打開，軌邊攝像機(jī)進(jìn)行圖片拍攝。采集結(jié)束后信息處理傳輸設(shè)備將圖像快速傳至列檢檢測中心，室內(nèi)檢車員進(jìn)行看圖、分析故障。下圖為TFDS－3型貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)工作流程圖(如圖1所示)。

圖1 系統(tǒng)工作流程圖

3 TFDS－3型設(shè)備組成

TFDS－3型貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)由軌邊探測設(shè)備、軌邊機(jī)房設(shè)備及列檢設(shè)備3部分組成，下圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(如圖2所示)。

3.1 軌邊探測設(shè)備

軌邊探測設(shè)備包括沉箱、側(cè)箱、分線箱，車輪傳感器組，AEI地面天線激光光源。主要完成開機(jī)檢測、光源補(bǔ)償、車號(hào)讀取和圖像采集。沉箱和側(cè)箱內(nèi)高速線陣相機(jī)陣列分別對貨車車底和側(cè)架、車體等部位進(jìn)行圖像拍攝，線陣相機(jī)共七臺(tái);AEI地面天線用來接收安裝在貨車底部的標(biāo)簽信息;激光光源給線陣相機(jī)拍攝時(shí)提供光照補(bǔ)償，每個(gè)相機(jī)配備一個(gè)光源。

3.2 軌邊機(jī)房設(shè)備

軌邊機(jī)房設(shè)備包括圖像采集計(jì)算機(jī)、車輛信息采集計(jì)算機(jī)、控制箱、車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、智能磁鋼板、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。軌邊機(jī)房設(shè)備主要負(fù)責(zé)通過軌邊的傳感器信號(hào)來控制高速數(shù)字相機(jī)陣列抓拍圖像，同時(shí)獲取列車的車號(hào)等過車信息，并將這些信息通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備高速傳輸?shù)搅袡z檢測中心。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 列檢設(shè)備

列檢設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器機(jī)柜和圖像瀏覽終端組成。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要完成抓拍圖像的接收、存儲(chǔ)和管理。圖像瀏覽終端主要完成圖像信息的顯示、故障信息的收集及動(dòng)態(tài)檢車員工作信息的記錄等工作。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2012年10月在北同蒲線軒崗上下行安裝了2臺(tái)哈爾濱科佳通用機(jī)電有限公司生產(chǎn)的TFDS－3型設(shè)備，大秦鐵路股份有限公司太原北車輛段負(fù)責(zé)該設(shè)備的日常維護(hù)、管理、使用，經(jīng)過近半年的試運(yùn)行，效果令人滿意。

4.1 應(yīng)用流程

1)列車到來后，由軌邊探測設(shè)備的車輪傳感器、軌邊機(jī)房設(shè)備的車輛信息采集計(jì)算機(jī)計(jì)算出列車軸距。如果是客車，系統(tǒng)進(jìn)入自鎖狀態(tài);如果是貨物列車，則控制光源打開和線陣相機(jī)進(jìn)行圖像采集，同時(shí)進(jìn)行計(jì)軸計(jì)輛和測速。

2)圖像采集后，軌邊機(jī)房內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過專用光纜通道將圖像快速傳輸至列檢網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，各圖像瀏覽終端檢車員進(jìn)行看圖檢測。

3)TFDS動(dòng)態(tài)檢測員發(fā)現(xiàn)貨車故障后，標(biāo)注故障位置，TFDS運(yùn)用軟件平臺(tái)自動(dòng)將故障圖片、故障名稱、方位、車次、車號(hào)、輛序、時(shí)間、發(fā)現(xiàn)人等信息傳輸至工長機(jī)，動(dòng)態(tài)檢車組長在工長機(jī)上確認(rèn)后，及時(shí)將情況向列檢值班員報(bào)告。

4)列檢值班員通知現(xiàn)場檢車員，現(xiàn)場檢車員對預(yù)報(bào)故障進(jìn)行檢查確認(rèn)后反饋給列檢值班員，列檢值班員將檢查確認(rèn)情況向動(dòng)態(tài)檢車組長進(jìn)行反饋，由動(dòng)態(tài)檢車組長錄入TFDS運(yùn)用軟件平臺(tái)，運(yùn)用軟件平臺(tái)自動(dòng)將故障信息自動(dòng)上傳至鐵路局車輛運(yùn)行安全監(jiān)測站、鐵道部查詢中心。

4.2 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)通過近半年的運(yùn)行，主要有以下幾方面特點(diǎn):

1)TFDS－3型設(shè)備拍攝圖像完整性好，實(shí)現(xiàn)了行車方向圖片的無縫拼接(如圖3、圖4所示)，較傳統(tǒng)TFDS系統(tǒng)圖片更直觀地反映列車各部件整體效果，便于動(dòng)態(tài)檢車員識(shí)別貨車故障，真正提高貨車安全防范能力。

圖3 行車方向圖片無縫拼接

圖4 行車方向圖片無縫拼接

2)TFDS－3型設(shè)備取景窗口很小，有效降低了沙塵、雨雪等惡劣環(huán)境對設(shè)備的影響。

3)TFDS－3型設(shè)備采用不可見近紅外線性激光光源，配合窄帶濾光片，很好地解決了陽光干擾問題。

4)TFDS－3型設(shè)備采用線陣相機(jī)拍攝車體圖像(如圖5所示)，可對定檢標(biāo)記室內(nèi)確認(rèn)，現(xiàn)場檢車員不必進(jìn)行現(xiàn)車確認(rèn)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)破損車的動(dòng)態(tài)檢查。

圖5 車體圖像

通過現(xiàn)場應(yīng)用，TFDS－3型貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)還應(yīng)該在動(dòng)態(tài)檢車員發(fā)現(xiàn)貨車故障，特別是攔停范圍內(nèi)的故障后，為了防止鐵路貨車發(fā)生重大事故，動(dòng)態(tài)檢車員、動(dòng)態(tài)檢車組長、列檢值班員在信息反饋的時(shí)效性方面必須提高;目前，隨著鐵路貨運(yùn)量的逐年增加，TFDS動(dòng)態(tài)檢車員的工作量和確保安全的壓力也將成倍增加。而動(dòng)態(tài)檢車員始終擺脫不了環(huán)境、心理、身體狀況及工作強(qiáng)度等各方面因素的影響，容易產(chǎn)生視覺疲勞，從而造成漏檢、誤檢，給行車安全造成影響。因此，在一些攔停范圍內(nèi)的故障部位實(shí)現(xiàn)TFDS故障自動(dòng)識(shí)別，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)判別鐵路貨車運(yùn)行故障勢在必行，還需要國內(nèi)相關(guān)研究貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)的科技工作者在以后的研究工作中做出大量工作。

5 結(jié)論

TFDS－3型貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)，有效改善及解決了傳統(tǒng)TFDS系統(tǒng)在圖像拼接、圖片質(zhì)量低、抗沙塵、雨雪及陽光干擾等方面存在的不足，拍攝的圖片清晰直觀，連續(xù)完整，實(shí)現(xiàn)了從人檢轉(zhuǎn)向機(jī)檢的目的，提高了列檢作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率，為列檢作業(yè)的人機(jī)分工和TFDS系統(tǒng)的故障自動(dòng)識(shí)別提供了強(qiáng)有力的保證。

［1］ 劉瑞揚(yáng).鐵路貨車運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測系統(tǒng)(TFDS)的原理及應(yīng)用［M］.北京:中國鐵道出版社，2005

［2］ 趙長波.鐵路貨車安全監(jiān)測與應(yīng)用概論［M］.北京:中國鐵道出版社，2010

［3］ 陳伯施，劉瑞揚(yáng).地對車安全監(jiān)控體系5T系統(tǒng)信息整合與應(yīng)用［M］.北京:中國鐵道出版社，2006