货车运行故障动态图像检测系统浅析

高雪

[摘 要]铁路的运输安全至关重要，决定着广大人民群众的出行和国计民生物资的运输安全。TFDS-3智能系统新增加了车体图像，增加了动态检查的范围，能有有效提升检车员发现列车故障的概率，保障列车的行车安全，并为实现列检人机分工打下了坚实的基础。本文对TFDS-3智能系统的结构和特点进行了介绍。

[关键词]货车运行故障；动态图像；检测系统；TFDS-3

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

1 系统意义

铁路是国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具。我国幅员辽阔、人口众多、资源分布不均衡的国情，决定了铁路是广大人民群众出行和国计民生物资运输的重要工具，所以铁路的运输安全至关重要。

TFDS-3是在目前TFDS-2系统上将原来的面阵相机升级成线阵扫描相机而成的系统，该系统是一套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。采用线阵扫描相机，列车车体图像无重复、无分隔，克服即有系统采集图像存在的列车某些部件被分隔到两幅相邻图像上的问题。完整无拼接的图像有利于列检人员，减少列检人员作业时的视觉疲劳。本系统采用高亮度红外激光，结合加拿大DALSA公司的高速线阵扫描相机，高速连续采集列车图像，系统将侧架、车体、悬吊件侧部拍成了一幅完整的图片，使图像实现了无缝拼接，图片的连续性和完整性较好。在极高速快门下使用高亮度红外激光配合窄带滤光片提高了扰阳光干扰的效果，本系统光源是不可见，对行车司机无任何影响。新增加车体图像，增加了动态检查的范围，提升检车员发现列车故障的几率，保障列车的行车安全，并为实现列检人机分工打下了坚实的基础。

系统投入使用后将在以下几个方面发挥重要作用：①实现人机联控，提高故障判别的可靠性；②替代人工室外检查作业，减轻检车员的劳动强度，提高列检作业质量；③提高运输效率，为确保运输安全创造了条件；④实现分散检测、集中报警；⑤实现网络监测，信息共享。

2 TFDS-3系统工程概况

2.1 总体目标通过采用先进技术手段、充分利用智能化技术、网络化技术和信息化技术，着力构筑防范措施直接有效、设备布局点线成网、数据共享上下交错、监控跟踪全程覆盖的全路安全防范系统，最终实现地面设备对移动设备的动态检测、远程诊断、数据集中、联网运行，促进车辆安全防范手段由传统向现代跨越，由人控向机控跨越，由粗放管理向集约管理跨越。

2.2 TFDS-3系统总体结构

TFDS-3系统由分布在全路各主要列检所的图像数据处理系统、铁路总公司/铁路局图像信息复示系统共同组成。图像数据处理系统由轨边信息采集设备，信息处理传输设备和列检检测中心组成；铁路总公司/铁路局图像复示系统由数据服务器和复示终端组成。轨边采集信息采集设备采集图像数据通过网络设备传输至列检检测中心，列检检测中心浏览图片进行故障检测，同时将相关信息上传至复示系统服务器。

3 系统特点

3.1 先进的图像识别技术

设备采用先进的图像处理及模式识别技术，在铁道部组织的TFDS故障智能判别比武中以绝对优势胜出，其中关门车自动识别模块被铁道部认可并在局交接口的各厂家TFDS设备上统一安装使用，实现关门车的自动判别。

3.2 高速连续线阵扫描照相技术

不同于摄像技术，没有摄像的中的场和帧的概念，没有时间延迟，可以快速连续/非连续进行拍摄。因此图片可以精确定位。系统采用异步外同步方式控制摄像头的采集，可以实现摄像头以最高帧速在任意时刻抓拍，因此系统可以在高速情况下获取到稳定清晰的车辆部件图像。

3.3 车辆的精确定位

前置过车处理计算机实时采集过车的车速和轴距信息，并结合嵌入式的车号信息采集技术，通过车辆表数据库，可以快速准确地进行图像的定位，并准确地将图像与车号信息实时匹配起来。

3.4 图像采集设备改进

采用符合部分标准的高分辨率数字相机，实现了系统图像从采集到存储的全数字化，由于数字信号的抗干扰性好，同时图像的分辨率增加，因此提高了图像清晰度，同时有利于提高识别精度。

3.5 定位精确性的提高

系统采用八个磁钢，车辆信息采集设备可以准确的计算列车通过速度，发出精确地控制脉冲信号。辅之以先进的摄像技术，可以计算出照片与列车的精确位置关系，同时可以有效地区分客货以及处理客货混编车，使得系统更方便用户使用。

3.6 采集软件的动态自适应算法调整

采集软件采用动态自适应算法，各采集通道的图像处理算法和参数动态自适应的根据环境调整来减轻甚至消除阳光干扰。过车过程中采集软件对图像的自动分析来预测随后的环境光线情况，通过预测的结果采集软件采用动态自适应算法调整图像处理的算法和相关参数，以便系统能够获取到比较清晰的图像。同时系统还提供了远程控制功能，室内检车员工长只需选择当前的天气状况或图像状态，系统即可以根据指定该信息自动修正动态自适应算法和相关参数，自动调整使得系统能够获取清晰的图像。

3.7 实现同步检车系统改进了图像信息采集方式，采用线程池和超线程及多点BT数据传输技术实现了边采集边图像处理边传输。因此在过车过程中，图像即同步显示在检车中心的信息浏览终端上，室内检车员可以在过车过程中进行同步检车。同步检车的实现大大缩短了接车和开始工作的时间，为列检争取了時间，并能在距离列检所较近的地方安装TFDS设备，方便了设备维护，提高了系统的工作稳定性和实用性。

3.8 数字图像处理功能丰富提供数字图像的放大、缩小、打印、调整对比度、调整亮度、灰度均衡、伪彩色显示、滤波、图像增强、枕形几何失真校正、梯形几何失真校正、JPEG压缩存储等功能。

3.9 系统配置灵活由于系统存储经过列车的全车图像信息，经过设置可在任意一台图像工作站终端察看列车底部和下侧面任意位置的图像信息，根据列检作业的需要定制查看内容，可以随时增减工作站的数量可察看内容。

3.10 系统管理软件的完善

自动生成部颁标准要求的列检主要台账和各种常用统计报表，并具备自动上传故障的功能，预留了三级联网和三级复示以及与5T系统和HMIS系统的接口。

4 系统工作流程

4.1 测速及获得过车信息车辆信息采集设备通过布置于钢轨上的车轮传感器采集车辆信息。当有列车经过时，车轮传感器产生正弦脉冲信号，经过整形滤波，输入车辆信息采集计算机，经过计算、车辆匹配，可以得到该列车通过时间、机车数量、总辆数、总轴数、平均速度等信息。

4.2 自动获得车号信息通过配置在车底的无线射频标签和AEI工作站可以得到机车车型、车次、配属段、列车属性、车型、标准车号、换长、制造日期、制造厂等信息。

4.3 照度补偿车辆信息采集计算机经过精确计算，在适当时刻开启主动补偿光源，补偿光照的不足，同时开启保护门。光源采用SG-15-01K80-50-R型激光光源，灯的开启由计算机控制，控制灯在机车驾驶舱始过照明地点的时刻开启，以利于在夜间不至于将灯光直射到司机，影响行车安全。在列車全部经过后，由计算机控制关闭光源，关闭保护门。

4.4 图像信息采集车辆信息采集设备根据车辆信息控制图像信息采集设备进行图像信息采集，完成高速摄像机的整场曝光，曝光时间的长短由计算机控制，以使高速摄像机接受的光通量达到最佳值，拍摄的图像达到最佳效果。

4.5 图像数据的处理和传输图像采集设备将采集到的图像进行数字化滤波、增强、亮度均衡、管理等工作，并通过千兆网传输至列检检测分析中心服务器存储。

4.6 图像浏览、故障判别信息终端通过快速以太网络传输系统连接于服务器，在室内检车员的控制下浏览、检索、查看服务器处理过的列车图像信息、过车信息、车号信息，进行故障判别。

4.7 数据自动统计、上传系统自动生成车统15等列检作业台账，自动进行故障信息统计、打印，自动上传故障信息，实现三级联网、三级复示，实现货车管理全程追踪，全线联网，数据集中，信息共享的要求。