TFDS-3型系統(tǒng)常見故障分析與解決方案設(shè)計(jì)

魏 勇

(成都鐵路局 成都北車輛段， 四川成都 610512)

TFDS-3型系統(tǒng)常見故障分析與解決方案設(shè)計(jì)

魏 勇

(成都鐵路局 成都北車輛段， 四川成都 610512)

隨著鐵路的不斷發(fā)展，TFDS-3型系統(tǒng)被越來越多地運(yùn)用于車輛運(yùn)用檢修中，特別是列檢人機(jī)分工、純機(jī)檢作業(yè)的興起，逐步改變現(xiàn)有車輛運(yùn)用檢修模式，精簡(jiǎn)了作業(yè)人員，改善了作業(yè)環(huán)境。減少TFDS-3型設(shè)備故障停時(shí)，總結(jié)歸納經(jīng)驗(yàn)，以求在最短時(shí)間內(nèi)查出故障點(diǎn)，采取相應(yīng)的措施解決。

TFDS-3， 故障原因

貨車故障軌邊圖像檢測(cè)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱TFDS)是通過對(duì)運(yùn)行貨車進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)，以人機(jī)結(jié)合的方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛關(guān)鍵部位故障，保障鐵路運(yùn)輸安全的重要設(shè)施。TFDS-3型屬于TFDS最新型號(hào)，是集高速線陣掃描數(shù)字圖像采集技術(shù)、高亮度半導(dǎo)體激光光源技術(shù)、圖像分隔技術(shù)、大容量圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理技術(shù)和精確定位技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)于一體的智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)提高了抗陽(yáng)光干擾的效果，提升了發(fā)現(xiàn)列車故障的幾率，加之其光源不可見特性，對(duì)行車司機(jī)無任何影響，保障了行車安全。

1 TFDS-3型常見故障類型及分析

TFDS-3型常見故障按故障現(xiàn)象分為以下4類：

(1) 曝光、光分布不均故障

(2) 圖片重影、重復(fù)故障

(3) 相機(jī)穩(wěn)定性故障

(4) 顯示延時(shí)故障

1.1 曝光、光分布不均故障

(1)互鉤差受陽(yáng)光干擾問題。故障如圖1所示。其原因?yàn)榛ャ^差位置相機(jī)成像時(shí)易受陽(yáng)光直射，若相機(jī)鏡頭光圈調(diào)整過大或曝光時(shí)間過長(zhǎng)，易造成拍攝時(shí)曝光過強(qiáng)，導(dǎo)致陽(yáng)光干擾圖片成像明顯；而轉(zhuǎn)向架位置和側(cè)部由于車體遮擋了大部分的太陽(yáng)光線，故受陽(yáng)光干擾較輕。

圖1 互鉤差受陽(yáng)光干擾

(2) 沉箱相機(jī)光分布不均問題。故障如圖2所示。

該問題集中發(fā)生在制動(dòng)梁、搖枕工位。由于光源透過光學(xué)鏡頭所形成的直線光束的能量是分布均勻的，導(dǎo)致圖片亮暗不均的原因在于相機(jī)與光源的遠(yuǎn)近重合度有差異，即相機(jī)的有效像素沒有完全與光源能量最強(qiáng)、最集中的部位重合，相機(jī)拍攝區(qū)域與光源重合度示意圖如圖3所示。

圖2 沉箱相機(jī)光分布不均

圖3 相機(jī)拍攝區(qū)域與光源重合度示意圖

1.2 圖片重影、重復(fù)故障

(1)沉箱拍攝圖片重影問題。故障如圖4所示。該問題集中發(fā)生在中間工位。由于沉箱內(nèi)中間相機(jī)與兩側(cè)相機(jī)的位置調(diào)整不合理，導(dǎo)致相機(jī)間光源照射到中間部零件而形成零件所映射的影子，沉箱底部各相機(jī)均將該影子成像到圖片中顯示出來。

圖5為正確相機(jī)位置分布圖，其中的3條橫線分別為各相機(jī)光源發(fā)射的紅外補(bǔ)償光源，可以清晰的看到這樣的擺放方式完全避開了光源之間的干擾。

圖4 沉箱拍攝圖片重影

圖5 正確相機(jī)位置分布圖

圖6分別為兩種錯(cuò)誤相機(jī)位置分布圖，第1種由于有光源之間的交叉干擾，左側(cè)相機(jī)將中間相機(jī)光源打亮位置的陰影圖像拍攝到相機(jī)中；第2種由于紅外線性光源之間距離非常近，甚至有重疊部位，同樣在相機(jī)拍攝圖片時(shí)將造成相機(jī)間光源所打亮的陰影圖像拍攝到相機(jī)中造成圖片成像重疊。

圖6 兩種錯(cuò)誤相機(jī)位置分布圖

(2) 沉箱拍攝圖片重復(fù)問題。故障如圖7所示。由于沉箱底部3個(gè)相機(jī)同時(shí)采集圖像，在相機(jī)視角的范圍內(nèi)有重復(fù)拍攝的部位，所以反映在圖像上有重復(fù)搭接位置，示意圖如圖8所示。

1.3 相機(jī)穩(wěn)定性故障

(1) 相機(jī)光圈和焦距參數(shù)調(diào)整好后易發(fā)生變化問題。該問題出現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，相機(jī)調(diào)整參數(shù)自動(dòng)變化，造成圖片質(zhì)量變差。分析其主要原因有兩點(diǎn)：一是相機(jī)光圈與焦距在調(diào)整到合適位置后，沒有及時(shí)的將其鎖死(在光圈和焦距的調(diào)整位置有鎖定的頂絲)；二是在相機(jī)長(zhǎng)期的使用過程中，由于貨車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，致使其光圈和焦距的位置有所偏離。

圖7 沉箱拍攝圖片重復(fù)

圖8 圖像重復(fù)搭接示意圖

(2) 相機(jī)網(wǎng)線RJ-45接頭松動(dòng)，斷網(wǎng)重連后竄、丟圖問題。該問題集中在過車中，某相機(jī)前部分車輛有圖，后部分沒圖。經(jīng)實(shí)際維修檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)因過車振動(dòng)造成相機(jī)網(wǎng)線RJ-45接頭松動(dòng)，致使竄、丟圖。其原因在于圖像采集程序?qū)崟r(shí)檢測(cè)相機(jī)，一旦識(shí)別不到相機(jī)的IP，將立即導(dǎo)致圖像采集程序無法響應(yīng)，即便網(wǎng)絡(luò)重連后圖像采集程序也無法自動(dòng)重連相機(jī)，造成采集程序一直處于宕機(jī)丟圖狀態(tài)。

1.4 顯示延時(shí)故障

(1) 看圖長(zhǎng)時(shí)緩沖問題。該問題主要出現(xiàn)在對(duì)圖片放大、翻頁(yè)及標(biāo)注故障時(shí)，往往緩沖時(shí)間每幅圖長(zhǎng)達(dá)3～5 s。經(jīng)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)TFDS-3型拍攝相同部位的單幅圖片占用硬盤空間較TFDS-2型大1～2倍，TFDS 3.0瀏覽平臺(tái)系統(tǒng)調(diào)閱圖片時(shí)，將大量增加其圖片拼接、定位負(fù)載(讀、寫)的壓力，造成長(zhǎng)時(shí)緩沖。同時(shí)，TFDS-3型看車部位也由TFDS-2型的9個(gè)部位增至14個(gè)部位，(新增中間部側(cè)部1、中間部側(cè)部2、車體側(cè)面1、車體側(cè)面2、車體側(cè)面3、車體側(cè)面其他)，按每部位最低3 s的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，每輛車將增加15 s。

(2) 竄圖、錯(cuò)圖問題。在實(shí)際運(yùn)用中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)TFDS 3.0瀏覽平臺(tái)系統(tǒng)調(diào)閱圖片發(fā)現(xiàn)圖片“張冠李戴”或拼接錯(cuò)誤等情況，經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)其主要原因與TFDS構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)有直接關(guān)系。由于TFDS采集機(jī)、控制機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備間均通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，大量圖像及數(shù)據(jù)利用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、控制、傳輸?shù)龋鬞FDS內(nèi)部局域網(wǎng)外的病毒、廣播包等占用帶寬數(shù)據(jù)進(jìn)入TFDS內(nèi)部局域網(wǎng)，將造成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)帶寬被大量占用或影響，導(dǎo)致圖片數(shù)據(jù)無法上傳、圖像失真、拼接錯(cuò)誤等現(xiàn)象，如圖9所示。

圖9 占用帶寬數(shù)據(jù)進(jìn)入TFDS內(nèi)部局域網(wǎng)

從圖9中可以看出，1 min內(nèi)采集機(jī)接收2 666個(gè)數(shù)據(jù)包，其中2 625個(gè)廣播數(shù)據(jù)包、41個(gè)非廣播數(shù)據(jù)包。而采集機(jī)本身發(fā)送僅37個(gè)廣播包、2個(gè)非廣播包。按照每套TFDS系統(tǒng)有3臺(tái)采集機(jī)、1臺(tái)控制機(jī)、2臺(tái)服務(wù)器。可推理計(jì)算出，3號(hào)采集機(jī)接收的廣播數(shù)據(jù)包應(yīng)不超過700個(gè)廣播數(shù)據(jù)包，但其卻接收到2 625個(gè)廣播數(shù)據(jù)包，應(yīng)收到的數(shù)量?jī)H26.7%(700÷2 625×100=26.7%)，其他的73.3%全是外部數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的廣播數(shù)據(jù)包，可想而知，物理網(wǎng)絡(luò)鏈路上大量充斥外部無效數(shù)據(jù)包影響TFDS內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬。

2 TFDS-3型常見故障解決方案

2.1 曝光、光分布不均故障解決方案

2.1.1 調(diào)試要點(diǎn)。解決該問題應(yīng)將核心放在調(diào)試相機(jī)上，其要點(diǎn)如下。

(1) 光圈調(diào)整。調(diào)整相機(jī)鏡頭光圈，并適當(dāng)?shù)慕档拖鄼C(jī)的曝光時(shí)間，如果導(dǎo)致拍攝圖片整體變暗，則需要重新調(diào)試相機(jī)與光源的配合度，在合適的光圈與曝光時(shí)間內(nèi)達(dá)到拍攝的最佳效果。

(2) 位置調(diào)整。重新調(diào)試相機(jī)與光源的重合位置，保證相機(jī)的整個(gè)像素線寬度都集中在光源能量比較集中的位置，即相機(jī)的像素線與光源能量最集中的位置重合。

(3) 遠(yuǎn)近清晰度：調(diào)整適合的焦距，使其遠(yuǎn)處與近處的清晰度一致。

2.1.2 調(diào)試步驟

(1) 組合固定。將帶有濾光片的相機(jī)與鏡頭安裝擰緊，并同時(shí)將帶有棱鏡的光學(xué)鏡頭與相機(jī)一起安裝在固定的L鐵架上；

(2) 調(diào)整曝光。打開相機(jī)軟件，在由目標(biāo)參照物(運(yùn)動(dòng)中的物體，如：滾輪)的前提下，可根據(jù)運(yùn)動(dòng)物的速度調(diào)整軟件曝光時(shí)間及拍攝速度，并打開光源；若無動(dòng)態(tài)參照物，可再選取靜態(tài)參照物。

(3) 微調(diào)鏡頭。旋轉(zhuǎn)棱鏡鏡頭，保證光源透過棱鏡所形成的光束在運(yùn)動(dòng)物體的正中位置；在調(diào)試相機(jī)的軟件中觀看棱鏡鏡頭的相對(duì)位置要與相機(jī)的拍攝位置重合(重合前在軟件中是黑色的，重合后可以清晰的看到目標(biāo)物體)，此過程需要微調(diào)整。

(4) 調(diào)整光圈?？紤]到側(cè)部相機(jī)陽(yáng)光干擾問題，應(yīng)適當(dāng)?shù)谋ＷC圖片質(zhì)量的前提下，減小光圈，在調(diào)整過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際的不同情況，擰緊或松開各固定螺絲，使其在微妙的形變中達(dá)到相機(jī)與光源的最佳吻合度。

(5) 調(diào)整焦距。可以根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)向架、側(cè)部、互鉤差位置與相機(jī)的距離調(diào)整焦距，以達(dá)到遠(yuǎn)處與近處的清晰度保持一致。

2.2 圖片重影、重復(fù)故障解決方案

2.2.1 重影調(diào)整方法

(1) 調(diào)整底部沒有拍到影子的相機(jī)位置，保證底部3個(gè)相機(jī)之間沒有任何的光源交叉。

(2) 如果調(diào)整底部相機(jī)位置后仍有重影現(xiàn)象，并且沒有絲毫的變化，可以適當(dāng)調(diào)整側(cè)面相機(jī)的位置。

(3) 再重復(fù)以上步驟，直至達(dá)到最佳效果。

2.2.2 重復(fù)調(diào)整方法。在底部圖像正常拍攝且保證圖像沒有任何盲區(qū)情況下，各相機(jī)之間必然會(huì)有重疊部位，在硬件上暫時(shí)沒有更好的解決方案?？梢栽谲浖?.0平臺(tái)上可以將重疊的部位圖像切掉，但會(huì)破壞原圖片的正常比例，即原圖片為1 400×1 024像素，切割后的圖片會(huì)減小像素比例，不建議采用軟件方法。

2.3 相機(jī)穩(wěn)定性故障解決方案

(1) 鎖定相機(jī)。在調(diào)整相機(jī)光圈與焦距到適合的位置后，應(yīng)及時(shí)鎖定，并確認(rèn)鎖定后的光圈與焦距是否與之前一致；

(2) 振動(dòng)試驗(yàn)(該項(xiàng)適用于出廠設(shè)置，現(xiàn)場(chǎng)無法解決)?？紤]到鐵路設(shè)備的特殊性，相機(jī)在出廠之前要做適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)試驗(yàn)，保證在持續(xù)時(shí)間的震動(dòng)過程后，檢驗(yàn)相機(jī)是否與之前的拍攝效果相同。在提供現(xiàn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)封裝集成。

(3) 網(wǎng)口綁扎。在確認(rèn)TFDS工作正常后，應(yīng)將相機(jī)與網(wǎng)線RJ-45接頭綁扎固定，減少振動(dòng)影響，清理規(guī)整沉箱內(nèi)線纜，防止出現(xiàn)打結(jié)，緊繃等現(xiàn)象。

(4) 重啟程序。由于目前廠家還沒有更好的自動(dòng)重連相機(jī)方法，故當(dāng)相機(jī)連接中斷后，應(yīng)及時(shí)重啟圖像采集程序，等找到連接此計(jì)算機(jī)的所有相機(jī)后，方可正常使用。

2.4 顯示延時(shí)故障解決方案

2.4.1 解決長(zhǎng)時(shí)緩沖。通過調(diào)整和優(yōu)化采集程序參數(shù)，將位深度由24位調(diào)整為8位，降低圖片文件大小。

2.4.2 降低竄圖、錯(cuò)圖。采用網(wǎng)路物理隔離措施，增加服務(wù)器網(wǎng)卡和48口交換機(jī)，改變TFDS組網(wǎng)環(huán)境，如圖10所示。TFDS服務(wù)器不在同一網(wǎng)卡設(shè)置使用雙IP(內(nèi)、外網(wǎng)絡(luò)IP)，而采用新增網(wǎng)卡接入數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，原雙機(jī)熱備IP網(wǎng)卡接入內(nèi)部局域網(wǎng)，使內(nèi)、外網(wǎng)絡(luò)物理隔離，從而達(dá)到“凈化TFDS內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)，避免對(duì)采集機(jī)傳控制機(jī)圖片數(shù)據(jù)的影響”的目的。

圖10 TFDS網(wǎng)路物理隔離示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著TFDS系統(tǒng)在車輛運(yùn)用檢修中應(yīng)用越來越廣泛，當(dāng)TFDS設(shè)備發(fā)生故障后，如何迅速定位故障，采取何種處置方法，將成為設(shè)備維護(hù)的重中之重。雖然TFDS故障的表現(xiàn)形式多種多樣，但萬(wàn)變不離其中，只要正確弄清故障現(xiàn)象，選擇合適的信號(hào)流程切入點(diǎn)進(jìn)行排查，就能準(zhǔn)確地找出原因，并采取相應(yīng)的措施縮短故障停時(shí)，保證行車安全可控。

TFDS-3 System Common Fault Analysis and Solution Design

WEIYong

(Chengdu North Car Depot, Chengdu Railway Bureau, Chengdu 610512 Sichuan, China)

With the continuous development of railway, TFDS-3 type system has been increasingly applied to the vehicle use maintenance, especially the column man-machine division of labor, the rise of pure machine operation, gradually change the existing vehicle maintenance mode, to streamline the homework personnel, improve the working environment. How to reduce the TFDS-3 type equipment malfunction stopped, sums up experience, in order to find out the fault point, inside the shortest time is take corresponding measures to solve the long-term problem in us.

TFDS-3; the cause of the problem solution

1008-7842 (2015) 06-0123-04

男，工程師(

2015-05-14)

U272

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.32