一种铁路机车调车作业安全防控系统的利记博彩app

专利名称：一种铁路机车调车作业安全防控系统的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及铁路机车应用领域，特别涉及一种铁路机车调车作业安全防控系统。
背景技术：
当机车进行出入库或转场等单机作业时，由于机车乘务员瞭望问题致使机车冒进调车信号引发的挤坏道岔等调车作业事故，已经成为机务安全控制当中的重要环节。目前，迫切需要在铁路机车调车安全方面给出一种解决方法，防止机车冒进，以准确的控制机车调车，达到安全准确的目的。

实用新型内容本实用新型提供的一种铁路机车调车作业安全防控系统，以防止机车冒进，对调车作业实现安全自动预警。本实用新型提供了一种铁路机车调车作业安全防控系统，包括通过网线相连接的工控主机和图像采集装置，所述工控主机和图像采集装置均设置的机车内，由车载110伏直流电供电；所述工控主机经485连线与列控装置相连接，实时读取机车运行参数；在监测到机车进入调车状态时，工控主机向图像采集装置发送控制信号，控制图像采集装置采集经路信息，并将采集到的图像返回工控主机；所述工控主机从采集回的图像中识别调车信号灯颜色，若信号灯颜色为蓝色或红色，则向与之相连的语音装置发送控制信号，控制输出语音提示警告；工控主机从列控装置实时读取机车速度，当小于制动距离时机车速度未达到减速要求时，工控主机通过485通信电源模块强制输出IlOV直流电到排风阀控制排风系统，进行紧急刹车。本实用新型提供的一种铁路机车调车作业安全防控系统，包括通过网线相连接的工控主机和图像采集装置，所述工控主机和图像采集装置均设置的机车内，由车载110伏直流电供电，可见系统无需安装地面设备，仅需在机车上安装作业安全防控系统；结构简单，安装方便，仅涉及机务部门，投资少。上述结构通过对机车调车状态下调车信号灯、钢轨及道岔信息的图像进行检测及信息判断，并对变化位置及变化趋势进行拟合分类，最终对各类信号灯及道岔信息运行异常提出预警并提交给调车操作员进行最终确认。系统通过检查机车调车作业中信号灯和道岔信息的变化过程，实现了调车作业的安全自动预警功能， 将事故消除在萌芽状态，提高了机车调车作业的安全运行防范水平。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例提供的一种铁路机车调车作业安全防控系统结构框图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。参见图1，本实用新型实施例提供了铁路机车调车作业安全防控系统，包括通过网线相连接的工控主机10和图像采集装置11，所述工控主机和图像采集装置均设置在机车内，由车载110伏直流电供电；所述工控主机经485连线与列控装置12相连接，实时读取机车运行参数；在监测到机车进入调车状态时，工控主机向图像采集装置发送控制信号，控制图像采集装置采集经路信息，并将采集到的图像返回工控主机；所述工控主机从采集回的图像中识别调车信号灯颜色，若信号灯颜色为蓝色或红色，则向与之相连的语音装置13发送控制信号，控制输出语音提示警告。工控主机从列控装置实时读取当前机车速度，并从采集回的图像中计算出目标与车头的距离，当该距离小于制动距离时，当前机车速度未达到减速要求时，强制输出制动指令，即通过485通信电源模块强制输出IlOV直流电到排风阀控制排风，控制排风系统进行紧急刹车。所述工控主机通过颜色定位法及目标属性分析对信号灯进行检测。所述工控主机根据当前机车速度，采用三角函数计算目标与车头的距离。所述控制所述图像采集装置采集经路信息具体为根据机车运行速度控制所述图像采集装置按预置频率进行经路信息采集。所述图像采集装置由高清工业相机和广角镜头组成；所述图像采集装置通过机械封装及可调支架，安装于机车驾驶室内司机左前方；通信及供电缆布置于机车底部。所述工控主机在进行图像识别和分析时，采用图像去雾处理技术，对采集的图像进行去雾处理；和/或，对采集到的图像样本进行降噪和增强处理。所述系统还包括与所述工控主机相连接的显示装置16，显示工控主机从采集回的图像中识别出的钢轨及道岔的开口方向，根据此信息判断前方调车信号是否属于该机车行走经路。本实用新型实施例中，优选的，利用7阶不变矩提取区域联合纹理特征对铁轨进行检测；采用Delaimay三角剖分法进行道岔开口方向的分析与判断。进一步的，所述系统还包括与所述工控主机相连接的存储装置14，记录列控信息和图像信息，便于事后分析。进一步的，所述系统还包括数据分析装置15，与所述存储装置相连接，利用离线的数据分析软件，对存储装置内记录的列控信息与图像信息进行整理分析。帮助运用部门掌握该车辆的结合道路视频数据的详细运行状态、分析乘务员的危险驾驶倾向、进行确定的事件回放与查证、掌握机车运行调度效率等信息。下面详细描述本实用新型实施例提供的铁路机车调车作业安全防控系统为了引导司机安全驾驶，达到安全作业的目的，采用智能视频分析技术和图像识别技术，自主研发了铁路调车信号检测系统，通过对车辆行进中拍摄的前方视频图像进行处理来获取道岔状态信息，从而判断出列车的前方行进路线以及该路线沿途信号灯的状态，并根据距离和速度进行语音报警提示。当判断机车要冒进时，系统可自动控制排风系统进行紧急刹车，减少事故发生。系统采用先进的图像处理算法，仅需在机车上安装检测摄像头和处理装置，无需地面设备及无线通信设备，尤其适用于长交路局外单机转场作业等场合。图像采集装置由200w像素的高清工业相机和广角镜头组成，通过机械封装及可调支架，安装于驾驶室内司机左前方，向前探照。机车I、II端各安装一套采集装置，主控装置位于机车I端副驾左前机柜内部，通信及供电缆布置于机车底部。主控装置及采集装置皆通过车载110VDC供电。本实用新型实施例提供的作业安全防控功能实现(1)经路图像采集机车进入调车状态时，系统自动启动高清工业相机开始集经路信息，主要拍摄区域为当前机车前方钢轨5-80m，由于信号灯大多位于行车方向左侧(有极个别位于右侧的情况)，所以拍摄区域会向左偏移。系统可以根据机车实时速度动态调整采集频率，机车高速行进时系统可以自动提高采集帧率，以提高反应速度；机车低速行进时系统可以降低采集帧率，以节省储存空间。系统图像采集最大帧率为6帧/秒。(2)预采集/判断工控主机通过485连线机车TAX2箱，实时读取机车运行相关信息。用于自动启动系统、待机、采集帧率调整、制动排风设备及其它设备的运行判断。(3)视频信息处理采集到的每一帧图像通过千兆网线回传，由工控主机计算分析处理进行图像识另IJ。通过识别图像中的轨道信息，判断所属调车信号灯的位置，进而识别信号灯颜色。(4)控制排风设备当识别出信号灯状态为蓝灯(或红灯)时系统语音提示警告。当进入制动距离速度未达到减速要求时，系统则强制输出制动指令，即通过485通信电源模块输出110VDC到排风阀控制排风，以达到减速安全行驶的目的。本实用新型实施例提供的铁路机车调车作业安全防控系统，其硬件环境及参数如下摄像设备高清工业检测相机；镜头2套；视频处理主机1套CPU主频不低于2. OG ；CPU 2 核以上；内存要求2G及以上。该系统主要完成如下功能1)系统能自动搜索当前列车经路对应的信号灯；
5[0044]2)系统能自动检测信号灯颜色及道岔状态；3)系统能自动根据距离和车速进行语音提示，防止超速和冒进信号；4)系统能自动测距，根据距离减速刹车，防止挤道岔；5)系统能自动记录LKJ列控信息和视频图像信息，便于事后分析；6)系统可以自动进入和退出调车状态，自动判断司机换端，无需人工设置；7)系统具有解锁功能；8)系统有效监控距离5 60m ；9)系统适应车速0 30km/h ；10)系统测距误差小于3米。系统主要具有如下特点(1)系统无需安装地面设备，仅需在机车上安装作业安全防控系统；(2)系统可以通过检测钢轨与道岔状态自动判断当前列车经路，寻找调车信号灯， 自动判断信号灯颜色；(3)系统实时检测信号灯颜色，可以预防突然变灯造成的事故；(4)系统自动测距，自动判断刹车距离，防止超速冒进；(5)系统与LKJ列控装置结合，实时获取列车信息，可自动减速刹车；(6)系统采用先进图像处理算法，可以适应白天、夜间、雨雾天气等恶劣天气；( 7 )系统结构简单，安装方便，仅涉及机务部门，投资少。进一步的，本实施例所述系统，还包括图像去雾处理雾天作业情况，可见度低，只能看出物体的大概轮廓，如果在此时作业，司机很难准确判断调车信号状态。而，采用图像去雾处理技术，对采集的图像进行去雾增强处理，可得较为清晰的物体轮廓、形状。本实施例提供的作业安全防控系统中，可以进一步的识别分析铁轨和道岔开口方向，以及信号灯等信息，并在显示屏上显示。系统实现并验证了多种彩色图像处理、视频处理、自动量测等技术，解决了一般条件下可能会遇到的各种技术难点，系统关键技术详细介绍如下。本系统不仅可全面检测出蓝灯(或红灯)目标，实现低漏检率，同时，通过铁轨检测算法和道岔信息的判断，可进一步判断出当前机车行走经路并确认该机车对应的调车信号，便于驾驶司机准确辨认对应调车信号，误报率低。并且，系统可自动测算目标与机车距离，不但可为机车司机提供报警距离，便于司机及时判断时下操作。而且当判断机车要冒进时，系统可自动控制排风系统进行紧急刹车，并发出紧急警报以提示驾驶人员，减少事故发生。1、信号灯检测信号灯的检测，主要通过颜色定位法进行检测，并通过目标属性进行识别。其中， 颜色定位法主要根据调车信号灯固有颜色模式，利用机器视觉的方法首先进行模型训练、 分类，判定重点颜色所在的图像区域。然后对可疑区域求取面积、形状、纹理等属性，依照调车信号灯先验知识，粗略筛除非目标区域，保留疑似目标区域。检测出铁轨并且判断出道岔之后就能够确定列车的行进路线(道岔及铁轨的检测将在后续章节介绍)，该方法可对疑似目标区域进一步确认并得到信号灯所处的位置，在这基础上判断信号灯的状态就不会将临线的信号灯误判成当前列车的信号灯。该方法充分结合分类识别理论并依据可靠调车信号灯先验知识，可做到零漏报，且误报率低。2、铁轨检测首先在铁轨检测主要利用7阶不变矩提取区域联合纹理特征的方法进行铁轨的检测，铁轨特征经过区域联合纹理变换之后，可以表现得比较稳定，在铁轨附近的其他干扰目标则表现的比较杂乱，所以在这一特征下可以比较稳定的检测出铁轨。其次，为了在纹理区域中获得与基元相关的信息需要对该区域取样，取样的过程实际上是在纹理区域中抽取一组水平线，对位于水平线上的像素点的灰度级别求一阶导数即，略去的点以允许基元中各像素的灰度具有一定的变化范围。将这些点按照导数的一正一负配对，这些点对将水平线分成一组小线段。称左端点导数为正且右端点导数为负的线段为“明线段”其长度为1435毫米内距，标准轨道的长度为1435毫米。最后，将明暗线段基元的灰度分布分别归一化，并根据纹理分析的结果将归一化后的分布假设为轨距像素的分布及背景像素的分布。至此二值化阈值的选取问题转化为两类模式即轨距像素P与背景像素q的划分问题。由于轨道像素及背景像素无法准确获得， 所以我们根据模式识别技术中的最大最小准则来获取二值化阈值。采用高清工业相机分别在白天、傍晚、夜间、雾天、雨天等天气情况下针对不同车辆拍摄的彩色图像，随车拍摄了大量数据，实验证明该方法能够100%准确检测出轨道。3、图像预处理经大量实验验证，需对采集到的图像样本分别进行降噪和增强处理。图像降噪主要采用形态滤波方法，又称数学形态或图像代数，是以形态为基础对图像进行分析的数学工具。数学形态学是一种用于数学图像处理和模式识别的新理论和新方法。它是具有积分几何和随机集论建立起来的数学方法。通过数学形态变换将一个复杂的图像信号分解为具有物理意义的各个部分，将其与背景剥离，同时保持信号主要的形状特征。该方法进行信号处理时只取决于待处理信号的局部形状特征，要比传统的线性滤波更为有效。利用数学形态学构成低通滤波器，其实原始信号伴随比较强的噪声，甚至发生了严重的畸变，但其基本轨道及信号灯形状仍可以被识别、重构及增强。基于数学形态学的形态滤波器的基本思想是用具有一定形态的结构元素去度量和提取图像中的对应形状已达到对图像的分析和识别的目的。数学形态学的运算以腐蚀和膨胀这两种基本运算为基础， 引用了其他常用的开运算、闭运算等数学形态运算。因调车信号的检测易受外界环境的影响，如雨、雾、霾等，这里我们主要对图像数据进行去雾处理。项目组人员到现场收集了大量的机车调车作业的图像信息并实验，最终采取基于单一通道的去雾处理方法。该方法通过在云雾场景中有效估计光学变换矩阵，去除云雾干扰，增加图像可视性，恢复场景。4、道岔信息铁轨检测出来之后如果前方出现道岔，需要提取出前方道岔的开口方向。道岔判断部分主要采用的是Delaimay三角剖分法进行道岔形状的分析与判断。Delaimay三角剖分法精度与稳定性高，非常适合于道岔这种不确定几何边界的非规则目标形状分析。所以这里选择Delaimay三角剖分法对道岔形状进行分析和判断。Delaunay三角剖分的定义为如果点集的一个三角剖分只包含Delaimay边，那么该三角剖分称为Delaimay三角剖分。要满足Delaimay三角剖分的定义，必须符合下面两个重要的准则1)空圆特性=DeIaunay三角网是唯一的，在Delaimay三角形网中任一三角形的外接圆范围内不会有其它点存在。2)最大化最小角特性在散点集可能形成的三角剖分中，Delaimay三角剖分所形成的三角形的最小角最大。从这个意义上讲，Delaimay三角网是“最接近于规则化的”的三角网。具体来说是指在两个相邻的三角形构成凸四边形的对角线，在相互交换后，六个内角的最小角不再增大。经典的Delaimay剖分算法主要有两类1)增量算法又称为Delaimay空洞算法或加点法，其思路为从一个三角形开始， 每次增加一个点，保证每一步得到的当前三角形是局部优化的三角形。2)局部变换法又称为换边或换面法，其思路为构造非优化的三角网，然后对两个共边三角形形成的凸四边形迭代换边优化。迄今为止关于Delaimay三角剖分已经出现了很多算法，主要有分治算法、逐步插入法、三角网生长法等。其中三角网生长算法由于效率较低，目前较少采用；分治算法最为高效，但算法相对比较复杂；逐点插入法实现简单，但它的时间复杂度差。特别是近些年， 随着计算机水平的不断提升，又出现了各种各样的改进算法。该系统主要根据逐步插入法的原理，进行Delaimay三角剖分。其基本步骤为1)获取点集坐标数组；2)获取点集外围边界； 3 )根据边界及内部点生成三角网。5、距离测算根据车体的移动速度，采用三角函数来测试距离。检测范围是5-60m。运动图像识别的车轨道，利用一种局部的近似弧长参数化插值方法，把图像移动范围内的轨道路线当作两条不断延伸的弧线，把平面内的弧线分为无数的小三角形，对曲线的弧长函数进行分段逼近，段与段之间是相互独立的，且差值曲线在插值点处的弧长与原参数曲线的真实长度相等，最后利用三角函数来测算距离。本实用新型提供的一种铁路机车调车作业安全防控系统，包括通过网线相连接的工控主机和图像采集装置，所述工控主机和图像采集装置均设置的机车内，由车载110伏直流电供电，可见系统无需安装地面设备，仅需在机车上安装作业安全防控系统；结构简单，安装方便，仅涉及机务部门，投资少。上述结构通过对机车调车状态下调车信号灯、钢轨及道岔信息的图像进行检测及信息判断，并对变化位置及变化趋势进行拟合分类，最终对各类信号灯及道岔信息运行异常提出预警并提交给调车操作员进行最终确认。系统通过检查机车调车作业中信号灯和道岔信息的变化过程，实现了调车作业的安全自动预警功能， 将事故消除在萌芽状态，提高了机车调车作业的安全运行防范水平。铁路机车调车作业安全防控系统技术的提出和实现将从根本上改变调车操作员的作业模式及原有事故处理手段，该系统旨在辅助机车司机进行安全监测，安全作业，具有深远的实际意义。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……，，限定的要素，并不排除在包括所述要素的装置或者设备中还存在另外的相同要素。 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种铁路机车调车作业安全防控系统，其特征在于，包括通过网线相连接的工控主机和图像采集装置，所述工控主机和图像采集装置均设置的机车内，由车载110伏直流电供电；所述工控主机经485连线与列控装置相连接，实时读取机车运行参数；在监测到机车进入调车状态时，工控主机向图像采集装置发送控制信号，控制图像采集装置采集经路信息，并将采集到的图像返回工控主机；所述工控主机从采集回的图像中识别调车信号灯颜色，若信号灯颜色为蓝色或红色，则向与之相连的语音装置发送控制信号，控制输出语音提示警告；当小于制动距离时，所述工控主机从列控装置读取的机车速度未达到减速要求，则通过485通信电源模块强制输出IlOV直流电到排风阀控制排风系统，进行紧急刹车。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述控制所述图像采集装置采集经路信息具体为根据机车运行速度控制所述图像采集装置按预置频率进行经路信息采集。
3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述图像采集装置由高清工业相机和广角镜头组成。
4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述图像采集装置通过机械封装及可调支架，安装于机车驾驶室内司机左前方；通信及供电缆布置于机车底部。
5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括与所述工控主机相连接的显示装置，显示工控主机从采集回的图像中识别出的钢轨及道岔的开口方向，根据此信息判断前方调车信号灯是否属于该机车行走经路。
6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括与所述工控主机相连接的存储装置，记录列控信息和图像信息，便于事后分析。
7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述系统还包括数据分析装置，与所述存储装置相连接，对所述存储装置内记录的列控信息与图像信息进行整理分析。
专利摘要本实用新型公开一种铁路机车调车作业安全防控系统，涉及铁路机车应用领域。包括通过网线相连接的工控主机和图像采集装置，均设置的机车内，由车载110伏直流电供电；主机经485连线与列控装置相连，在监测到进入调车状态时，向图像采集装置发送控制信号，控制图像采集装置采集经路信息；主机从图像中识别调车信号灯颜色，若为蓝色或红色，向与之相连的语音装置发送控制信号。主机从列控装置读取机车速度，当小于制动距离时机车速度未达到减速要求，通过485通信电源模块强制输出110V直流电到排风阀紧急刹车。无需安装地面设备，仅需在机车上安装；结构简单安装方便，投资少。实现安全自动预警功能，提高机车调车作业安全运行防范水平。
文档编号B61L27/00GK202294882SQ20112035059
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者宋野, 李骏, 王新宇, 董雪松, 袁宁, 许皓, 郑煜 申请人:北京华兴致远科技发展有限公司, 苏州艾特光视电子技术有限公司