貨車運行故障動態圖像檢測系統淺析

高雪

[摘 要]鐵路的運輸安全至關重要，決定著廣大人民群眾的出行和國計民生物資的運輸安全。TFDS-3智能系統新增加了車體圖像，增加了動態檢查的范圍，能有有效提升檢車員發現列車故障的概率，保障列車的行車安全，并為實現列檢人機分工打下了堅實的基礎。本文對TFDS-3智能系統的結構和特點進行了介紹。

[關鍵詞]貨車運行故障；動態圖像；檢測系統；TFDS-3

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

1 系統意義

鐵路是國民經濟的大動脈、國家重要基礎設施和大眾化交通工具。我國幅員遼闊、人口眾多、資源分布不均衡的國情，決定了鐵路是廣大人民群眾出行和國計民生物資運輸的重要工具，所以鐵路的運輸安全至關重要。

TFDS-3是在目前TFDS-2系統上將原來的面陣相機升級成線陣掃描相機而成的系統，該系統是一套集高速線陣掃描數字圖像采集技術、高亮度半導體激光光源技術、圖像分隔技術、大容量圖像數據實時處理技術和精確定位技術、自動控制技術于一體的智能系統。采用線陣掃描相機，列車車體圖像無重復、無分隔，克服即有系統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題。完整無拼接的圖像有利于列檢人員，減少列檢人員作業時的視覺疲勞。本系統采用高亮度紅外激光，結合加拿大DALSA公司的高速線陣掃描相機，高速連續采集列車圖像，系統將側架、車體、懸吊件側部拍成了一幅完整的圖片，使圖像實現了無縫拼接，圖片的連續性和完整性較好。在極高速快門下使用高亮度紅外激光配合窄帶濾光片提高了擾陽光干擾的效果，本系統光源是不可見，對行車司機無任何影響。新增加車體圖像，增加了動態檢查的范圍，提升檢車員發現列車故障的幾率，保障列車的行車安全，并為實現列檢人機分工打下了堅實的基礎。

系統投入使用后將在以下幾個方面發揮重要作用：①實現人機聯控，提高故障判別的可靠性；②替代人工室外檢查作業，減輕檢車員的勞動強度，提高列檢作業質量；③提高運輸效率，為確保運輸安全創造了條件；④實現分散檢測、集中報警；⑤實現網絡監測，信息共享。

2 TFDS-3系統工程概況

2.1 總體目標通過采用先進技術手段、充分利用智能化技術、網絡化技術和信息化技術，著力構筑防范措施直接有效、設備布局點線成網、數據共享上下交錯、監控跟蹤全程覆蓋的全路安全防范系統，最終實現地面設備對移動設備的動態檢測、遠程診斷、數據集中、聯網運行，促進車輛安全防范手段由傳統向現代跨越，由人控向機控跨越，由粗放管理向集約管理跨越。

2.2 TFDS-3系統總體結構

TFDS-3系統由分布在全路各主要列檢所的圖像數據處理系統、鐵路總公司/鐵路局圖像信息復示系統共同組成。圖像數據處理系統由軌邊信息采集設備，信息處理傳輸設備和列檢檢測中心組成；鐵路總公司/鐵路局圖像復示系統由數據服務器和復示終端組成。軌邊采集信息采集設備采集圖像數據通過網絡設備傳輸至列檢檢測中心，列檢檢測中心瀏覽圖片進行故障檢測，同時將相關信息上傳至復示系統服務器。

3 系統特點

3.1 先進的圖像識別技術

設備采用先進的圖像處理及模式識別技術，在鐵道部組織的TFDS故障智能判別比武中以絕對優勢勝出，其中關門車自動識別模塊被鐵道部認可并在局交接口的各廠家TFDS設備上統一安裝使用，實現關門車的自動判別。

3.2 高速連續線陣掃描照相技術

不同于攝像技術，沒有攝像的中的場和幀的概念，沒有時間延遲，可以快速連續/非連續進行拍攝。因此圖片可以精確定位。系統采用異步外同步方式控制攝像頭的采集，可以實現攝像頭以最高幀速在任意時刻抓拍，因此系統可以在高速情況下獲取到穩定清晰的車輛部件圖像。

3.3 車輛的精確定位

前置過車處理計算機實時采集過車的車速和軸距信息，并結合嵌入式的車號信息采集技術，通過車輛表數據庫，可以快速準確地進行圖像的定位，并準確地將圖像與車號信息實時匹配起來。

3.4 圖像采集設備改進

采用符合部分標準的高分辨率數字相機，實現了系統圖像從采集到存儲的全數字化，由于數字信號的抗干擾性好，同時圖像的分辨率增加，因此提高了圖像清晰度，同時有利于提高識別精度。

3.5 定位精確性的提高

系統采用八個磁鋼，車輛信息采集設備可以準確的計算列車通過速度，發出精確地控制脈沖信號。輔之以先進的攝像技術，可以計算出照片與列車的精確位置關系，同時可以有效地區分客貨以及處理客貨混編車，使得系統更方便用戶使用。

3.6 采集軟件的動態自適應算法調整

采集軟件采用動態自適應算法，各采集通道的圖像處理算法和參數動態自適應的根據環境調整來減輕甚至消除陽光干擾。過車過程中采集軟件對圖像的自動分析來預測隨后的環境光線情況，通過預測的結果采集軟件采用動態自適應算法調整圖像處理的算法和相關參數，以便系統能夠獲取到比較清晰的圖像。同時系統還提供了遠程控制功能，室內檢車員工長只需選擇當前的天氣狀況或圖像狀態，系統即可以根據指定該信息自動修正動態自適應算法和相關參數，自動調整使得系統能夠獲取清晰的圖像。

3.7 實現同步檢車系統改進了圖像信息采集方式，采用線程池和超線程及多點BT數據傳輸技術實現了邊采集邊圖像處理邊傳輸。因此在過車過程中，圖像即同步顯示在檢車中心的信息瀏覽終端上，室內檢車員可以在過車過程中進行同步檢車。同步檢車的實現大大縮短了接車和開始工作的時間，為列檢爭取了時間，并能在距離列檢所較近的地方安裝TFDS設備，方便了設備維護，提高了系統的工作穩定性和實用性。

3.8 數字圖像處理功能豐富提供數字圖像的放大、縮小、打印、調整對比度、調整亮度、灰度均衡、偽彩色顯示、濾波、圖像增強、枕形幾何失真校正、梯形幾何失真校正、JPEG壓縮存儲等功能。

3.9 系統配置靈活由于系統存儲經過列車的全車圖像信息，經過設置可在任意一臺圖像工作站終端察看列車底部和下側面任意位置的圖像信息，根據列檢作業的需要定制查看內容，可以隨時增減工作站的數量可察看內容。

3.10 系統管理軟件的完善

自動生成部頒標準要求的列檢主要臺賬和各種常用統計報表，并具備自動上傳故障的功能，預留了三級聯網和三級復示以及與5T系統和HMIS系統的接口。

4 系統工作流程

4.1 測速及獲得過車信息車輛信息采集設備通過布置于鋼軌上的車輪傳感器采集車輛信息。當有列車經過時，車輪傳感器產生正弦脈沖信號，經過整形濾波，輸入車輛信息采集計算機，經過計算、車輛匹配，可以得到該列車通過時間、機車數量、總輛數、總軸數、平均速度等信息。

4.2 自動獲得車號信息通過配置在車底的無線射頻標簽和AEI工作站可以得到機車車型、車次、配屬段、列車屬性、車型、標準車號、換長、制造日期、制造廠等信息。

4.3 照度補償車輛信息采集計算機經過精確計算，在適當時刻開啟主動補償光源，補償光照的不足，同時開啟保護門。光源采用SG-15-01K80-50-R型激光光源，燈的開啟由計算機控制，控制燈在機車駕駛艙始過照明地點的時刻開啟，以利于在夜間不至于將燈光直射到司機，影響行車安全。在列車全部經過后，由計算機控制關閉光源，關閉保護門。

4.4 圖像信息采集車輛信息采集設備根據車輛信息控制圖像信息采集設備進行圖像信息采集，完成高速攝像機的整場曝光，曝光時間的長短由計算機控制，以使高速攝像機接受的光通量達到最佳值，拍攝的圖像達到最佳效果。

4.5 圖像數據的處理和傳輸圖像采集設備將采集到的圖像進行數字化濾波、增強、亮度均衡、管理等工作，并通過千兆網傳輸至列檢檢測分析中心服務器存儲。

4.6 圖像瀏覽、故障判別信息終端通過快速以太網絡傳輸系統連接于服務器，在室內檢車員的控制下瀏覽、檢索、查看服務器處理過的列車圖像信息、過車信息、車號信息，進行故障判別。

4.7 數據自動統計、上傳系統自動生成車統15等列檢作業臺賬，自動進行故障信息統計、打印，自動上傳故障信息，實現三級聯網、三級復示，實現貨車管理全程追蹤，全線聯網，數據集中，信息共享的要求。