CN111114587A - 一种车站接发列车预警***及其图像预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车站接发列车预警***，包括信息采集装置、监控信息处理装置和预警装置，所述信息采集装置能够采集到站列车的图像信息，所述监控信息处理装置能够实现监控信息的处理分析，所述预警装置能够实现异常图像的实时预报警；有益效果在于：采用该车站接发列车预警***能够高效的检测列车状态，实时性强，并可以智能分析及预警，实现信息的集中处理、集中展示，使用方便，降低了工作人员的劳动强度。

Description

一种车站接发列车预警***及其图像预处理方法
技术领域
本发明涉及车站接发列车预警***领域，具体涉及一种车站接发列车预警***及其图像预处理方法。
背景技术
长期以来，我国铁路车辆检修手段陈旧、技术装备落后，目前完全采用传统的单纯人工立岗外勤接车的作业模式，列检作业基本靠检车员“手摸、锤敲、眼看、耳听、鼻闻”，效率低，作业质量无法保证，货物列车运行安全存在安全隐患。已经无法满足铁路快速发展和确保安全的需要。传统接发列车作业中主要存在以下问题：
随着列车运行速度的提高，单纯依靠外勤用目视的方法来监视列车，对货物撒漏、列尾装置丢失、动车注水口开启、尾管未吊起等安全隐患，难以及时发现并准确判断；
外勤目视的方法，受到天气和站立位置等客观条件限制，无法实现全方位、全天候的监视列车状态；难以发现列车运行过程中的安全隐患；
依靠人工判断隐患，往往受到业务素质、实践经验等因素的干扰，容易造成误判错判，影响列车安全运行。
客货混跑干线、繁忙干线的外勤人员工作劳动强度大，疲劳状态下接发列车作业的质量下降，存在不能发现列车运行风险的安全隐患；
恶劣环境、跳线接车的情况下，外勤人员存在人身安全问题。
推进列车运行安全智能监测预警***应用，采用先进设备监视列车运行，运用先进的科学技术和智能化处理手段，可以实现对铁路客货运输全方位、全时段、全覆盖的综合检测监控预警，已成为时代发展的必然趋势，因此我们设计一种车站接发列车预警***及其图像预处理方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种车站接发列车预警***及其图像预处理方法，采用该预警***能够实现到站列车的图像信息采集、监控信息的处理和列车异常识别预警，有效的提高了工作人员检修的效率，实现监控预警的智能化，使用方便。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种车站接发列车预警***，包括
信息采集装置，所述信息采集装置设在车站铁轨旁，所述信息采集装置包括设备架，所述设备架设有两层，上层结构和下层结构均安装有高清线阵相机，所述上层结构上还设有辅助照明用灯和高清面阵相机，所述设备架后方设有设备控制箱，且所述设备控制箱上设有交换机和配电箱，所述设备控制箱与所述交换机电连接，所述设备控制箱与所述高清线阵相机、高清线阵相机和辅助照明用灯电连接；所述设备架上安装有声音探头，所述设备架一侧为铁轨，所述铁轨上设有启动磁钢、测速磁钢、车号天线和热轮探测器；所述启动磁钢、测速磁钢、车号天线与所述设备控制箱电连接，且所述测速磁钢与所述高清线阵相机的上下位置对应；
监控信息处理装置，所述监控信息处理装置设在车站监控室，所述监控信息处理装置包括监控信息处理终端，所述监控信息处理终端与显示终端和数据储存器电连接；
预警装置，所述预警装置通过路由器发射的无线信号与监控信息处理终端信号连接，且能够实现车门开启识别报警、车窗开启识别报警、烟雾识别报警、异物悬挂识别报警、篷布飘起识别报警、异响识别报警，列尾装置丢失识别报警、夜间客车尾灯不亮识别报警、货物撒漏识别报警，动车注水口开启识别报警、尾管吊起不规范识别报警、客车及货车轮温超过警戒值识别报警。
进一步地，所述辅助照明用灯通过具有扭转功能的金属软管与所述设备架连接。
进一步地，所述配电箱设有两个，且均与UPS电源电连接。
进一步地，所述设备架包括两根竖直支柱和两根水平支柱，且两个竖直支柱与两根水平支柱焊接形成“井”字形结构。
进一步地，所述车门开启识别报警、车窗开启识别报警、烟雾识别报警、异物悬挂识别报警、篷布飘起识别报警、异响识别报警，列尾装置丢失识别报警、夜间客车尾灯不亮识别报警、货物撒漏识别报警，动车注水口开启识别报警、尾管吊起不规范识别报警、客车及货车轮温超过警戒值识别报警采用声光报警器报警。
进一步地，所述显示终端为电脑、平板或手机。
采用上述结构，所述信息采集装置能够现场采集列车的图像信息，所述监控信息处理装置能够实现图像信息的处理分析，并通过所述预警装置进行报警提示。
一种基于车站接发列车预警***的图像预处理方法，所述监控信息处理终端将图像信息采用Retinex算法为基础的合成处理，主要原理用下面的公式描述：
Figure BDA0001847985670000041
Figure BDA0001847985670000042
R为输出图像；
MSR为图像增强算法；
i(x,y)像素坐标值；
k表示尺度序号；
I为原始输入图像；
F为高斯函数；
N为尺度的数量；
W为每个尺度的权重，一般都为1/N；
σ为高斯分配标准偏离；
Kernel是核函数。
且将图像中的重点区域自动选取并分割出来进行处理，并采用角点检测、多阈值的自动分割与K-Mean自动分割三种方法相结合，核心为以K-Mean为基础，用下列公式表示：
c(i)＝arg minj(x(i)-Cj)2，
Figure BDA0001847985670000043
Ci为中心函数，X为了输入的灰度值。
采用该处理方法，目的是对采集到的高清图像，进行有目的的区域增强，灰度变换，以期能使图像中的相关信息得到放大或减小，自动的改变一些本来无法观测区域的清晰度，使图像的利用价值更高，更加能用于之后的图像处理和识别。
综上，本发明的有益效果在于：采用该车站接发列车预警***能够高效的检测列车状态，实时性强，并可以智能分析及预警，实现信息的集中处理、集中展示，使用方便，降低了工作人员的劳动强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明信息采集装置的结构示意图；
图2是本发明控制***结构图。
附图标记说明如下：
1、信息采集装置；101、铁轨；102、热轮探测器；103、设备架；104、声音探头；105、车号天线；106、测速磁钢；107、启动磁钢；108、配电箱；109、设备控制箱；110、交换机；111、高清线阵相机；112、高清面阵相机；113、辅助照明用灯；2、监控信息处理装置；201、显示终端；202、监控信息处理终端；203、数据储存器；204、路由器；3、预警装置；4、列车。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
参见图1-图2所示，本发明提供了一种车站接发列车4预警***，包括
信息采集装置1，所述信息采集装置1设在车站铁轨101旁，所述信息采集装置1包括设备架103，所述设备架103设有两层，上层结构和下层结构均安装有高清线阵相机111，所述上层结构上还设有辅助照明用灯113和高清面阵相机112，所述设备架103后方设有设备控制箱109，且所述设备控制箱109上设有交换机110和配电箱108，所述设备控制箱109与所述交换机110电连接，所述设备控制箱109与所述高清线阵相机111、高清线阵相机111和辅助照明用灯113电连接；所述设备架103上安装有声音探头104，所述声音探头104对列车4通过时车体部件摩擦声音，轮轴摩擦声音进行采集，所述设备架103一侧为铁轨101，所述铁轨101上设有启动磁钢107、测速磁钢106、车号天线105和热轮探测器102，热轮探测器102对列车4通过时的每辆车的车轮温度进行采集；所述启动磁钢107、测速磁钢106、车号天线105与所述设备控制箱109电连接，且所述测速磁钢106与所述高清线阵相机111的上下位置对应；
当列车4进站触发所述启动磁钢107时，所述启动磁钢107的输出端会产生脉冲信号，所述设备控制箱109控制所述辅助照明用灯113开始照明，所述高清线阵相机111设有两个，分别安装在所述设备架103的不同高度，能够对列车4全面的拍摄，所述高清面阵相机112能够对列车4进站信息采集记录；列车4出站时，所述测速磁钢106能够实时对火车测速，车速可以换算得到线阵相机的扫描行频；所述车号天线105能够自动识别出每节车厢车号，通过启动磁钢107、测速磁钢106和车号天线105，就能够实现每节车厢的车位检测；
监控信息处理装置2，所述监控信息处理装置2设在车站监控室，所述监控信息处理装置2包括监控信息处理终端202，所述监控信息处理终端202与显示终端201和数据储存器203电连接；监控信息处理终端202能够实现监测数据的处理，并通过显示终端201显示和通过数据储存器203进行储存。
预警装置3，所述预警装置3通过路由器204发射的无线信号与监控信息处理终端202信号连接，且能够实现车门开启识别报警、车窗开启识别报警、烟雾识别报警、异物悬挂识别报警、篷布飘起识别报警、异响识别报警，列尾装置丢失识别报警、夜间客车尾灯不亮识别报警、货物撒漏识别报警，动车注水口开启识别报警、尾管吊起不规范识别报警、客车及货车轮温超过警戒值识别报警；
所述预警装置3目的为发现疑似问题及时向周边部署了监测预警***的车站进行预警；
利用车号天线105采集列车4车种和车型信息，为更加精准的识别，我们在处理图像时优选地采用直方图相似度提起算法，对图像的灰度(或变换后)的直方图进行比较。演示公式如下：
Figure BDA0001847985670000081
G,S是两个直方图,N是直方图的位数。
可以有效地描述该区域有问题或无问题的图像状态。
对于烟雾识别，我们根据烟雾性状特征的识别，方法可以用以下步骤说明：
第一步：解码图片，去除背景；
第二步：滤波处理，获得二值化前景图；
第三步：二值图像形态学操作处理；
第四步：图像相关区域的轮廓特征提取和纹理特征提取；
第五步：根据特征信息判断是否存在烟雾；
第六步：预警并返回识别结果。
烟雾识别精准度高。
对于列尾装置丢失识别，对采集到的图像中列尾出现的部分进行分类器检测，由于一个相机只有一个方向能看到列尾装置，因此定义两个区域，一个是进入区域，一个是离开区域，使用帧差法分析图像运动信息，只有当进入区域无运动，离开区域有运动时才进行分类器检测，这样当车速正常的情况下，可以不使用跳帧就能保证图像缓冲区不溢出，能够有效提高分类器检测率，从而提高最终的检测率。
为方便调节辅助照明用灯113的照射角度，所述辅助照明用灯113通过具有扭转功能的金属软管与所述设备架103连接。
为方便提供持续的电源，所述配电箱108设有两个，且均与UPS电源电连接。
为能够稳定的支撑各个采集部件，所述设备架103包括两根竖直支柱和两根水平支柱，且两个竖直支柱与两根水平支柱焊接形成“井”字形结构。
所述车门开启识别报警、车窗开启识别报警、烟雾识别报警、异物悬挂识别报警、篷布飘起识别报警、异响识别报警，列尾装置丢失识别报警、夜间客车尾灯不亮识别报警、货物撒漏识别报警，动车注水口开启识别报警、尾管吊起不规范识别报警、客车及货车轮温超过警戒值识别报警采用声光报警器报警。
所述显示终端201为电脑、平板或手机。
采用上述结构，所述信息采集装置1能够现场采集列车4的图像信息，所述监控信息处理装置2能够实现图像信息的处理分析，并通过所述预警装置3进行报警提示。
一种基于车站接发列车4预警***的图像预处理方法，所述监控信息处理终端202将图像信息采用Retinex算法为基础的合成处理，主要原理用下面的公式描述：
Figure BDA0001847985670000091
Figure BDA0001847985670000092
R为输出图像；
MSR为图像增强算法；
i(x,y)像素坐标值；
k表示尺度序号；
I为原始输入图像；
F为高斯函数；
N为尺度的数量；
W为每个尺度的权重，一般都为1/N；
σ为高斯分配标准偏离；
Kernel是核函数。
且将图像中的重点区域自动选取并分割出来进行处理，并采用角点检测、多阈值的自动分割与K-Mean自动分割三种方法相结合，核心为以K-Mean为基础，用下列公式表示：
c(i)＝arg minj(x(i)-Cj)2，
Figure BDA0001847985670000101
Ci为中心函数，X为了输入的灰度值。
采用该处理方法，目的是对采集到的高清图像，进行有目的的区域增强，灰度变换，以期能使图像中的相关信息得到放大或减小，自动的改变一些本来无法观测区域的清晰度，使图像的利用价值更高，更加能用于之后的图像处理和识别。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种车站接发列车预警***，其特征在于，包括
信息采集装置，所述信息采集装置设在车站铁轨旁，所述信息采集装置包括设备架，所述设备架设有两层，上层结构和下层结构均安装有高清线阵相机，所述上层结构上还设有辅助照明用灯和高清面阵相机，所述设备架后方设有设备控制箱，且所述设备控制箱上设有交换机和配电箱，所述设备控制箱与所述交换机电连接，所述设备控制箱与所述高清线阵相机、高清线阵相机和辅助照明用灯电连接；所述设备架上安装有声音探头，所述设备架一侧为铁轨，所述铁轨上设有启动磁钢、测速磁钢、车号天线和热轮探测器；所述启动磁钢、测速磁钢、车号天线与所述设备控制箱电连接，且所述测速磁钢与所述高清线阵相机的上下位置对应；
监控信息处理装置，所述监控信息处理装置设在车站监控室，所述监控信息处理装置包括监控信息处理终端，所述监控信息处理终端与显示终端和数据储存器电连接；
预警装置，所述预警装置通过路由器发射的无线信号与监控信息处理终端信号连接，且能够实现车门开启识别报警、车窗开启识别报警、烟雾识别报警、异物悬挂识别报警、篷布飘起识别报警、异响识别报警，列尾装置丢失识别报警、夜间客车尾灯不亮识别报警、货物撒漏识别报警，动车注水口开启识别报警、尾管吊起不规范识别报警、客车及货车轮温超过警戒值识别报警。
2.根据权利要求1所述一种车站接发列车预警***，其特征在于，所述辅助照明用灯通过具有扭转功能的金属软管与所述设备架连接。
3.根据权利要求1所述一种车站接发列车预警***，其特征在于，所述配电箱设有两个，且均与UPS电源电连接。
4.根据权利要求1所述一种车站接发列车预警***，其特征在于，所述设备架包括两根竖直支柱和两根水平支柱，且两个竖直支柱与两根水平支柱焊接形成“井”字形结构。
5.根据权利要求1所述一种车站接发列车预警***，其特征在于，所述车门开启识别报警、车窗开启识别报警、烟雾识别报警、异物悬挂识别报警、篷布飘起识别报警、异响识别报警，列尾装置丢失识别报警、夜间客车尾灯不亮识别报警、货物撒漏识别报警，动车注水口开启识别报警、尾管吊起不规范识别报警、客车及货车轮温超过警戒值识别报警采用声光报警器报警。
6.根据权利要求1所述一种车站接发列车预警***，其特征在于，所述显示终端为电脑、平板或手机。
7.一种基于权利要求1-6任一所述车站接发列车预警***的图像预处理方法，其特征在于，所述监控信息处理终端将图像信息采用Retinex算法为基础的合成处理，主要原理用下面的公式描述：
Figure FDA0001847985660000021
Figure FDA0001847985660000022
R为输出图像；
MSR为图像增强算法；
i(x,y)像素坐标值；
k表示尺度序号；
I为原始输入图像；
F为高斯函数；
N为尺度的数量；
W为每个尺度的权重；
σ为高斯分配标准偏离；
Kernel是核函数；
且将图像中的重点区域自动选取并分割出来进行处理，并采用角点检测、多阈值的自动分割与K-Mean自动分割三种方法相结合，核心为以K-Mean为基础，用下列公式表示：
c(i)＝arg minj(x(i)-Cj)2，
Figure FDA0001847985660000031
Ci为中心函数，X为了输入的灰度值。
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