TFDS-3型系统常见故障分析与解决方案设计

魏 勇

(成都铁路局 成都北车辆段， 四川成都 610512)

TFDS-3型系统常见故障分析与解决方案设计

魏 勇

(成都铁路局 成都北车辆段， 四川成都 610512)

随着铁路的不断发展，TFDS-3型系统被越来越多地运用于车辆运用检修中，特别是列检人机分工、纯机检作业的兴起，逐步改变现有车辆运用检修模式，精简了作业人员，改善了作业环境。减少TFDS-3型设备故障停时，总结归纳经验，以求在最短时间内查出故障点，采取相应的措施解决。

TFDS-3， 故障原因

货车故障轨边图像检测系统(以下简称TFDS)是通过对运行货车进行动态图像检测，以人机结合的方式，及时发现车辆关键部位故障，保障铁路运输安全的重要设施。TFDS-3型属于TFDS最新型号，是集高速线阵扫描数字图像采集技术、高亮度半导体激光光源技术、图像分隔技术、大容量图像数据实时处理技术和精确定位技术、自动控制技术于一体的智能系统。该系统提高了抗阳光干扰的效果，提升了发现列车故障的几率，加之其光源不可见特性，对行车司机无任何影响，保障了行车安全。

1 TFDS-3型常见故障类型及分析

TFDS-3型常见故障按故障现象分为以下4类：

(1) 曝光、光分布不均故障

(2) 图片重影、重复故障

(3) 相机稳定性故障

(4) 显示延时故障

1.1 曝光、光分布不均故障

(1)互钩差受阳光干扰问题。故障如图1所示。其原因为互钩差位置相机成像时易受阳光直射，若相机镜头光圈调整过大或曝光时间过长，易造成拍摄时曝光过强，导致阳光干扰图片成像明显；而转向架位置和侧部由于车体遮挡了大部分的太阳光线，故受阳光干扰较轻。

图1 互钩差受阳光干扰

(2) 沉箱相机光分布不均问题。故障如图2所示。

该问题集中发生在制动梁、摇枕工位。由于光源透过光学镜头所形成的直线光束的能量是分布均匀的，导致图片亮暗不均的原因在于相机与光源的远近重合度有差异，即相机的有效像素没有完全与光源能量最强、最集中的部位重合，相机拍摄区域与光源重合度示意图如图3所示。

图2 沉箱相机光分布不均

图3 相机拍摄区域与光源重合度示意图

1.2 图片重影、重复故障

(1)沉箱拍摄图片重影问题。故障如图4所示。该问题集中发生在中间工位。由于沉箱内中间相机与两侧相机的位置调整不合理，导致相机间光源照射到中间部零件而形成零件所映射的影子，沉箱底部各相机均将该影子成像到图片中显示出来。

图5为正确相机位置分布图，其中的3条横线分别为各相机光源发射的红外补偿光源，可以清晰的看到这样的摆放方式完全避开了光源之间的干扰。

图4 沉箱拍摄图片重影

图5 正确相机位置分布图

图6分别为两种错误相机位置分布图，第1种由于有光源之间的交叉干扰，左侧相机将中间相机光源打亮位置的阴影图像拍摄到相机中；第2种由于红外线性光源之间距离非常近，甚至有重叠部位，同样在相机拍摄图片时将造成相机间光源所打亮的阴影图像拍摄到相机中造成图片成像重叠。

图6 两种错误相机位置分布图

(2) 沉箱拍摄图片重复问题。故障如图7所示。由于沉箱底部3个相机同时采集图像，在相机视角的范围内有重复拍摄的部位，所以反映在图像上有重复搭接位置，示意图如图8所示。

1.3 相机稳定性故障

(1) 相机光圈和焦距参数调整好后易发生变化问题。该问题出现在设备运行一段时间后，相机调整参数自动变化，造成图片质量变差。分析其主要原因有两点：一是相机光圈与焦距在调整到合适位置后，没有及时的将其锁死(在光圈和焦距的调整位置有锁定的顶丝)；二是在相机长期的使用过程中，由于货车经过时产生的振动，致使其光圈和焦距的位置有所偏离。

图7 沉箱拍摄图片重复

图8 图像重复搭接示意图

(2) 相机网线RJ-45接头松动，断网重连后窜、丢图问题。该问题集中在过车中，某相机前部分车辆有图，后部分没图。经实际维修检测，发现因过车振动造成相机网线RJ-45接头松动，致使窜、丢图。其原因在于图像采集程序实时检测相机，一旦识别不到相机的IP，将立即导致图像采集程序无法响应，即便网络重连后图像采集程序也无法自动重连相机，造成采集程序一直处于宕机丢图状态。

1.4 显示延时故障

(1) 看图长时缓冲问题。该问题主要出现在对图片放大、翻页及标注故障时，往往缓冲时间每幅图长达3～5 s。经对比，发现TFDS-3型拍摄相同部位的单幅图片占用硬盘空间较TFDS-2型大1～2倍，TFDS 3.0浏览平台系统调阅图片时，将大量增加其图片拼接、定位负载(读、写)的压力，造成长时缓冲。同时，TFDS-3型看车部位也由TFDS-2型的9个部位增至14个部位，(新增中间部侧部1、中间部侧部2、车体侧面1、车体侧面2、车体侧面3、车体侧面其他)，按每部位最低3 s的时间标准作业，每辆车将增加15 s。

(2) 窜图、错图问题。在实际运用中经常发现TFDS 3.0浏览平台系统调阅图片发现图片“张冠李戴”或拼接错误等情况，经排查，发现其主要原因与TFDS构建的网络有直接关系。由于TFDS采集机、控制机、服务器等设备间均通过网络进行连接，大量图像及数据利用数字网络通道进行实时采集、控制、传输等，若TFDS内部局域网外的病毒、广播包等占用带宽数据进入TFDS内部局域网，将造成内部网络带宽被大量占用或影响，导致图片数据无法上传、图像失真、拼接错误等现象，如图9所示。

图9 占用带宽数据进入TFDS内部局域网

从图9中可以看出，1 min内采集机接收2 666个数据包，其中2 625个广播数据包、41个非广播数据包。而采集机本身发送仅37个广播包、2个非广播包。按照每套TFDS系统有3台采集机、1台控制机、2台服务器。可推理计算出，3号采集机接收的广播数据包应不超过700个广播数据包，但其却接收到2 625个广播数据包，应收到的数量仅26.7%(700÷2 625×100=26.7%)，其他的73.3%全是外部数据通信网络发送来的广播数据包，可想而知，物理网络链路上大量充斥外部无效数据包影响TFDS内部局域网络传输带宽。

2 TFDS-3型常见故障解决方案

2.1 曝光、光分布不均故障解决方案

2.1.1 调试要点。解决该问题应将核心放在调试相机上，其要点如下。

(1) 光圈调整。调整相机镜头光圈，并适当的降低相机的曝光时间，如果导致拍摄图片整体变暗，则需要重新调试相机与光源的配合度，在合适的光圈与曝光时间内达到拍摄的最佳效果。

(2) 位置调整。重新调试相机与光源的重合位置，保证相机的整个像素线宽度都集中在光源能量比较集中的位置，即相机的像素线与光源能量最集中的位置重合。

(3) 远近清晰度：调整适合的焦距，使其远处与近处的清晰度一致。

2.1.2 调试步骤

(1) 组合固定。将带有滤光片的相机与镜头安装拧紧，并同时将带有棱镜的光学镜头与相机一起安装在固定的L铁架上；

(2) 调整曝光。打开相机软件，在由目标参照物(运动中的物体，如：滚轮)的前提下，可根据运动物的速度调整软件曝光时间及拍摄速度，并打开光源；若无动态参照物，可再选取静态参照物。

(3) 微调镜头。旋转棱镜镜头，保证光源透过棱镜所形成的光束在运动物体的正中位置；在调试相机的软件中观看棱镜镜头的相对位置要与相机的拍摄位置重合(重合前在软件中是黑色的，重合后可以清晰的看到目标物体)，此过程需要微调整。

(4) 调整光圈。考虑到侧部相机阳光干扰问题，应适当的保证图片质量的前提下，减小光圈，在调整过程中应根据实际的不同情况，拧紧或松开各固定螺丝，使其在微妙的形变中达到相机与光源的最佳吻合度。

(5) 调整焦距。可以根据实际转向架、侧部、互钩差位置与相机的距离调整焦距，以达到远处与近处的清晰度保持一致。

2.2 图片重影、重复故障解决方案

2.2.1 重影调整方法

(1) 调整底部没有拍到影子的相机位置，保证底部3个相机之间没有任何的光源交叉。

(2) 如果调整底部相机位置后仍有重影现象，并且没有丝毫的变化，可以适当调整侧面相机的位置。

(3) 再重复以上步骤，直至达到最佳效果。

2.2.2 重复调整方法。在底部图像正常拍摄且保证图像没有任何盲区情况下，各相机之间必然会有重叠部位，在硬件上暂时没有更好的解决方案。可以在软件3.0平台上可以将重叠的部位图像切掉，但会破坏原图片的正常比例，即原图片为1 400×1 024像素，切割后的图片会减小像素比例，不建议采用软件方法。

2.3 相机稳定性故障解决方案

(1) 锁定相机。在调整相机光圈与焦距到适合的位置后，应及时锁定，并确认锁定后的光圈与焦距是否与之前一致；

(2) 振动试验(该项适用于出厂设置，现场无法解决)。考虑到铁路设备的特殊性，相机在出厂之前要做适当的振动试验，保证在持续时间的震动过程后，检验相机是否与之前的拍摄效果相同。在提供现场时应封装集成。

(3) 网口绑扎。在确认TFDS工作正常后，应将相机与网线RJ-45接头绑扎固定，减少振动影响，清理规整沉箱内线缆，防止出现打结，紧绷等现象。

(4) 重启程序。由于目前厂家还没有更好的自动重连相机方法，故当相机连接中断后，应及时重启图像采集程序，等找到连接此计算机的所有相机后，方可正常使用。

2.4 显示延时故障解决方案

2.4.1 解决长时缓冲。通过调整和优化采集程序参数，将位深度由24位调整为8位，降低图片文件大小。

2.4.2 降低窜图、错图。采用网路物理隔离措施，增加服务器网卡和48口交换机，改变TFDS组网环境，如图10所示。TFDS服务器不在同一网卡设置使用双IP(内、外网络IP)，而采用新增网卡接入数据通信网络，原双机热备IP网卡接入内部局域网，使内、外网络物理隔离，从而达到“净化TFDS内部局域网络，避免对采集机传控制机图片数据的影响”的目的。

图10 TFDS网路物理隔离示意图

3 结束语

随着TFDS系统在车辆运用检修中应用越来越广泛，当TFDS设备发生故障后，如何迅速定位故障，采取何种处置方法，将成为设备维护的重中之重。虽然TFDS故障的表现形式多种多样，但万变不离其中，只要正确弄清故障现象，选择合适的信号流程切入点进行排查，就能准确地找出原因，并采取相应的措施缩短故障停时，保证行车安全可控。

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，工程师(

2015-05-14)

U272

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.32