貨車運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng)淺析

高雪

[摘 要]鐵路的運(yùn)輸安全至關(guān)重要，決定著廣大人民群眾的出行和國(guó)計(jì)民生物資的運(yùn)輸安全。TFDS-3智能系統(tǒng)新增加了車體圖像，增加了動(dòng)態(tài)檢查的范圍，能有有效提升檢車員發(fā)現(xiàn)列車故障的概率，保障列車的行車安全，并為實(shí)現(xiàn)列檢人機(jī)分工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文對(duì)TFDS-3智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。

[關(guān)鍵詞]貨車運(yùn)行故障；動(dòng)態(tài)圖像；檢測(cè)系統(tǒng)；TFDS-3

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.15.104

1 系統(tǒng)意義

鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈、國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施和大眾化交通工具。我國(guó)幅員遼闊、人口眾多、資源分布不均衡的國(guó)情，決定了鐵路是廣大人民群眾出行和國(guó)計(jì)民生物資運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ撸澡F路的運(yùn)輸安全至關(guān)重要。

TFDS-3是在目前TFDS-2系統(tǒng)上將原來(lái)的面陣相機(jī)升級(jí)成線陣掃描相機(jī)而成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一套集高速線陣掃描數(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)。采用線陣掃描相機(jī)，列車車體圖像無(wú)重復(fù)、無(wú)分隔，克服即有系統(tǒng)采集圖像存在的列車某些部件被分隔到兩幅相鄰圖像上的問(wèn)題。完整無(wú)拼接的圖像有利于列檢人員，減少列檢人員作業(yè)時(shí)的視覺(jué)疲勞。本系統(tǒng)采用高亮度紅外激光，結(jié)合加拿大DALSA公司的高速線陣掃描相機(jī)，高速連續(xù)采集列車圖像，系統(tǒng)將側(cè)架、車體、懸吊件側(cè)部拍成了一幅完整的圖片，使圖像實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫拼接，圖片的連續(xù)性和完整性較好。在極高速快門(mén)下使用高亮度紅外激光配合窄帶濾光片提高了擾陽(yáng)光干擾的效果，本系統(tǒng)光源是不可見(jiàn)，對(duì)行車司機(jī)無(wú)任何影響。新增加車體圖像，增加了動(dòng)態(tài)檢查的范圍，提升檢車員發(fā)現(xiàn)列車故障的幾率，保障列車的行車安全，并為實(shí)現(xiàn)列檢人機(jī)分工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

系統(tǒng)投入使用后將在以下幾個(gè)方面發(fā)揮重要作用：①實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)控，提高故障判別的可靠性；②替代人工室外檢查作業(yè)，減輕檢車員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高列檢作業(yè)質(zhì)量；③提高運(yùn)輸效率，為確保運(yùn)輸安全創(chuàng)造了條件；④實(shí)現(xiàn)分散檢測(cè)、集中報(bào)警；⑤實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，信息共享。

2 TFDS-3系統(tǒng)工程概況

2.1 總體目標(biāo)通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)手段、充分利用智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和信息化技術(shù)，著力構(gòu)筑防范措施直接有效、設(shè)備布局點(diǎn)線成網(wǎng)、數(shù)據(jù)共享上下交錯(cuò)、監(jiān)控跟蹤全程覆蓋的全路安全防范系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備對(duì)移動(dòng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)檢測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、數(shù)據(jù)集中、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，促進(jìn)車輛安全防范手段由傳統(tǒng)向現(xiàn)代跨越，由人控向機(jī)控跨越，由粗放管理向集約管理跨越。

2.2 TFDS-3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

TFDS-3系統(tǒng)由分布在全路各主要列檢所的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、鐵路總公司/鐵路局圖像信息復(fù)示系統(tǒng)共同組成。圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由軌邊信息采集設(shè)備，信息處理傳輸設(shè)備和列檢檢測(cè)中心組成；鐵路總公司/鐵路局圖像復(fù)示系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)器和復(fù)示終端組成。軌邊采集信息采集設(shè)備采集圖像數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸至列檢檢測(cè)中心，列檢檢測(cè)中心瀏覽圖片進(jìn)行故障檢測(cè)，同時(shí)將相關(guān)信息上傳至復(fù)示系統(tǒng)服務(wù)器。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

3.1 先進(jìn)的圖像識(shí)別技術(shù)

設(shè)備采用先進(jìn)的圖像處理及模式識(shí)別技術(shù)，在鐵道部組織的TFDS故障智能判別比武中以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)勝出，其中關(guān)門(mén)車自動(dòng)識(shí)別模塊被鐵道部認(rèn)可并在局交接口的各廠家TFDS設(shè)備上統(tǒng)一安裝使用，實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)車的自動(dòng)判別。

3.2 高速連續(xù)線陣掃描照相技術(shù)

不同于攝像技術(shù)，沒(méi)有攝像的中的場(chǎng)和幀的概念，沒(méi)有時(shí)間延遲，可以快速連續(xù)/非連續(xù)進(jìn)行拍攝。因此圖片可以精確定位。系統(tǒng)采用異步外同步方式控制攝像頭的采集，可以實(shí)現(xiàn)攝像頭以最高幀速在任意時(shí)刻抓拍，因此系統(tǒng)可以在高速情況下獲取到穩(wěn)定清晰的車輛部件圖像。

3.3 車輛的精確定位

前置過(guò)車處理計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集過(guò)車的車速和軸距信息，并結(jié)合嵌入式的車號(hào)信息采集技術(shù)，通過(guò)車輛表數(shù)據(jù)庫(kù)，可以快速準(zhǔn)確地進(jìn)行圖像的定位，并準(zhǔn)確地將圖像與車號(hào)信息實(shí)時(shí)匹配起來(lái)。

3.4 圖像采集設(shè)備改進(jìn)

采用符合部分標(biāo)準(zhǔn)的高分辨率數(shù)字相機(jī)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)圖像從采集到存儲(chǔ)的全數(shù)字化，由于數(shù)字信號(hào)的抗干擾性好，同時(shí)圖像的分辨率增加，因此提高了圖像清晰度，同時(shí)有利于提高識(shí)別精度。

3.5 定位精確性的提高

系統(tǒng)采用八個(gè)磁鋼，車輛信息采集設(shè)備可以準(zhǔn)確的計(jì)算列車通過(guò)速度，發(fā)出精確地控制脈沖信號(hào)。輔之以先進(jìn)的攝像技術(shù)，可以計(jì)算出照片與列車的精確位置關(guān)系，同時(shí)可以有效地區(qū)分客貨以及處理客貨混編車，使得系統(tǒng)更方便用戶使用。

3.6 采集軟件的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)算法調(diào)整

采集軟件采用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)算法，各采集通道的圖像處理算法和參數(shù)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的根據(jù)環(huán)境調(diào)整來(lái)減輕甚至消除陽(yáng)光干擾。過(guò)車過(guò)程中采集軟件對(duì)圖像的自動(dòng)分析來(lái)預(yù)測(cè)隨后的環(huán)境光線情況，通過(guò)預(yù)測(cè)的結(jié)果采集軟件采用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)算法調(diào)整圖像處理的算法和相關(guān)參數(shù)，以便系統(tǒng)能夠獲取到比較清晰的圖像。同時(shí)系統(tǒng)還提供了遠(yuǎn)程控制功能，室內(nèi)檢車員工長(zhǎng)只需選擇當(dāng)前的天氣狀況或圖像狀態(tài)，系統(tǒng)即可以根據(jù)指定該信息自動(dòng)修正動(dòng)態(tài)自適應(yīng)算法和相關(guān)參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整使得系統(tǒng)能夠獲取清晰的圖像。

3.7 實(shí)現(xiàn)同步檢車系統(tǒng)改進(jìn)了圖像信息采集方式，采用線程池和超線程及多點(diǎn)BT數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了邊采集邊圖像處理邊傳輸。因此在過(guò)車過(guò)程中，圖像即同步顯示在檢車中心的信息瀏覽終端上，室內(nèi)檢車員可以在過(guò)車過(guò)程中進(jìn)行同步檢車。同步檢車的實(shí)現(xiàn)大大縮短了接車和開(kāi)始工作的時(shí)間，為列檢爭(zhēng)取了時(shí)間，并能在距離列檢所較近的地方安裝TFDS設(shè)備，方便了設(shè)備維護(hù)，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和實(shí)用性。

3.8 數(shù)字圖像處理功能豐富提供數(shù)字圖像的放大、縮小、打印、調(diào)整對(duì)比度、調(diào)整亮度、灰度均衡、偽彩色顯示、濾波、圖像增強(qiáng)、枕形幾何失真校正、梯形幾何失真校正、JPEG壓縮存儲(chǔ)等功能。

3.9 系統(tǒng)配置靈活由于系統(tǒng)存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)列車的全車圖像信息，經(jīng)過(guò)設(shè)置可在任意一臺(tái)圖像工作站終端察看列車底部和下側(cè)面任意位置的圖像信息，根據(jù)列檢作業(yè)的需要定制查看內(nèi)容，可以隨時(shí)增減工作站的數(shù)量可察看內(nèi)容。

3.10 系統(tǒng)管理軟件的完善

自動(dòng)生成部頒標(biāo)準(zhǔn)要求的列檢主要臺(tái)賬和各種常用統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并具備自動(dòng)上傳故障的功能，預(yù)留了三級(jí)聯(lián)網(wǎng)和三級(jí)復(fù)示以及與5T系統(tǒng)和HMIS系統(tǒng)的接口。

4 系統(tǒng)工作流程

4.1 測(cè)速及獲得過(guò)車信息車輛信息采集設(shè)備通過(guò)布置于鋼軌上的車輪傳感器采集車輛信息。當(dāng)有列車經(jīng)過(guò)時(shí)，車輪傳感器產(chǎn)生正弦脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形濾波，輸入車輛信息采集計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算、車輛匹配，可以得到該列車通過(guò)時(shí)間、機(jī)車數(shù)量、總輛數(shù)、總軸數(shù)、平均速度等信息。

4.2 自動(dòng)獲得車號(hào)信息通過(guò)配置在車底的無(wú)線射頻標(biāo)簽和AEI工作站可以得到機(jī)車車型、車次、配屬段、列車屬性、車型、標(biāo)準(zhǔn)車號(hào)、換長(zhǎng)、制造日期、制造廠等信息。

4.3 照度補(bǔ)償車輛信息采集計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，在適當(dāng)時(shí)刻開(kāi)啟主動(dòng)補(bǔ)償光源，補(bǔ)償光照的不足，同時(shí)開(kāi)啟保護(hù)門(mén)。光源采用SG-15-01K80-50-R型激光光源，燈的開(kāi)啟由計(jì)算機(jī)控制，控制燈在機(jī)車駕駛艙始過(guò)照明地點(diǎn)的時(shí)刻開(kāi)啟，以利于在夜間不至于將燈光直射到司機(jī)，影響行車安全。在列車全部經(jīng)過(guò)后，由計(jì)算機(jī)控制關(guān)閉光源，關(guān)閉保護(hù)門(mén)。

4.4 圖像信息采集車輛信息采集設(shè)備根據(jù)車輛信息控制圖像信息采集設(shè)備進(jìn)行圖像信息采集，完成高速攝像機(jī)的整場(chǎng)曝光，曝光時(shí)間的長(zhǎng)短由計(jì)算機(jī)控制，以使高速攝像機(jī)接受的光通量達(dá)到最佳值，拍攝的圖像達(dá)到最佳效果。

4.5 圖像數(shù)據(jù)的處理和傳輸圖像采集設(shè)備將采集到的圖像進(jìn)行數(shù)字化濾波、增強(qiáng)、亮度均衡、管理等工作，并通過(guò)千兆網(wǎng)傳輸至列檢檢測(cè)分析中心服務(wù)器存儲(chǔ)。

4.6 圖像瀏覽、故障判別信息終端通過(guò)快速以太網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)連接于服務(wù)器，在室內(nèi)檢車員的控制下瀏覽、檢索、查看服務(wù)器處理過(guò)的列車圖像信息、過(guò)車信息、車號(hào)信息，進(jìn)行故障判別。

4.7 數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、上傳系統(tǒng)自動(dòng)生成車統(tǒng)15等列檢作業(yè)臺(tái)賬，自動(dòng)進(jìn)行故障信息統(tǒng)計(jì)、打印，自動(dòng)上傳故障信息，實(shí)現(xiàn)三級(jí)聯(lián)網(wǎng)、三級(jí)復(fù)示，實(shí)現(xiàn)貨車管理全程追蹤，全線聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)集中，信息共享的要求。