TFDS－3型故障轨边图像检测系统的应用①

2013-08-28刘立强

华北科技学院学报 2013年2期

刘立强

(大秦铁路股份有限公司太原北车辆段，山西太原 030003)

0 引言

根据美国联邦铁路管理局(FAR)的数据显示，超过1/3的铁路货车脱轨事故是因为机械部件的故障。而对这些机械部件的主要检查手段就是通过人工对每一辆车的机械部件进行检查。人工检测劳动强度大，效率低，检测效果受环境、人的主观感受影响大。所以，国产TFDS系统的开发研究正是为了解决人工检查本身存在的各项弊端而出现的。我国TFDS系统从2001年即开始研发，其中大概经过了四个发展阶段，2001～2006年是TFDS早期设备的试验和运用阶段，系统采用的是1394接口相机，图像分辨率为656×491，光源为碘钨灯。2006～2008年是TFDS－1型系统的试验和运用阶段，系统采用的是1394接口相机，图像分辨率为782×582，光源为HID氙气灯。2008～2010年为TFDS－2型系统的试验和运用阶段，系统采用以太网接口相机，图像分辨率为1400×1024，光源为LED频闪灯，具备抗阳光干扰功能。2010年至今为TFDS－3型系统的试验和运用阶段，系统采用线阵相机，像素为140万，最高拍摄速度为68000线/秒，光源为激光，图片质量清晰，实现了行车方向的无缝拼接。因此，近年来，关于TFDS系统的研究是铁路行业货车安全防范系统中的重要前沿课题，本文简要介绍TFDS－3型货车故障轨边图像检测系统的应用。

1 TFDS应用现状

目前，我国铁路行业传统的TFDS系统大部分均采用LED频闪灯作为补偿光源，在实际运用中，主要存在以下几方面的问题:

1.1 阳光干扰环境下拍摄图片质量不佳

传统的TFDS采用面阵相机及LED频闪灯补偿光源图像采集时，沉箱和侧箱需全部打开，LED频闪灯补偿光源光强利用率很低，受外界光线影响很大，当阳光直射到摄像机镜头时，拍摄图片存在曝光现象，图片质量大大降低。

1.2 图片拼接效果不理想

传统的TFDS采用面阵相机拍摄，每次抓拍的图像均为一幅图像，在行车方向存在拼接，同一部件分为两张图显示，不利于固定位置的定位和故障自动识别。

1.3 干扰后漏拍丢图

当受到外界干扰信号情况下，如一个干扰信号，传统的TFDS设备漏拍的是一幅整图，影响图片的完整性，容易造成漏检，给行车安全造成严重隐患。

2 TFDS－3型设备工作原理

TFDS－3型货车故障轨边图像检测系统采用线阵相机的广角拍摄技术、计算机及网络技术、图像自动识别技术等对运行的列车进行图像采集，由控制系统进行分析与处理，计算出列车运行速度，判断出列车车种车型，取出系统所需要的车辆关键部位图像进行存储，以一车一档的方式在窗口计算机中显示，并能按要求打印、传输。通过人机结合的方式判别出车辆车体、转向架、制动装置、车钩缓冲装置等部件及其零配件有无缺损、断裂、丢失等故障，从而达到动态检测车辆故障的目的。

TFDS－3系统的工作流程为:系统进行自检，等待列车到来，列车压1#、2#车轮传感器，控制箱对磁钢信号进行放大整形，控制箱输出信号到车辆信息采集机，车辆信息采集机通过计算，传递命令给控制箱，控制箱负责保护门和补偿光源打开，轨边摄像机进行图片拍摄。采集结束后信息处理传输设备将图像快速传至列检检测中心，室内检车员进行看图、分析故障。下图为TFDS－3型货车故障轨边图像检测系统工作流程图(如图1所示)。

图1 系统工作流程图

3 TFDS－3型设备组成

TFDS－3型货车故障轨边图像检测系统由轨边探测设备、轨边机房设备及列检设备3部分组成，下图为系统结构示意图(如图2所示)。

3.1 轨边探测设备

轨边探测设备包括沉箱、侧箱、分线箱，车轮传感器组，AEI地面天线激光光源。主要完成开机检测、光源补偿、车号读取和图像采集。沉箱和侧箱内高速线阵相机阵列分别对货车车底和侧架、车体等部位进行图像拍摄，线阵相机共七台;AEI地面天线用来接收安装在货车底部的标签信息;激光光源给线阵相机拍摄时提供光照补偿，每个相机配备一个光源。

3.2 轨边机房设备

轨边机房设备包括图像采集计算机、车辆信息采集计算机、控制箱、车号自动识别系统、智能磁钢板、网络设备等。轨边机房设备主要负责通过轨边的传感器信号来控制高速数字相机阵列抓拍图像，同时获取列车的车号等过车信息，并将这些信息通过网络设备高速传输到列检检测中心。

图2 系统结构示意图

3.3 列检设备

列检设备由网络服务器机柜和图像浏览终端组成。网络服务器主要完成抓拍图像的接收、存储和管理。图像浏览终端主要完成图像信息的显示、故障信息的收集及动态检车员工作信息的记录等工作。

4 现场应用

2012年10月在北同蒲线轩岗上下行安装了2台哈尔滨科佳通用机电有限公司生产的TFDS－3型设备，大秦铁路股份有限公司太原北车辆段负责该设备的日常维护、管理、使用，经过近半年的试运行，效果令人满意。

4.1 应用流程

1)列车到来后，由轨边探测设备的车轮传感器、轨边机房设备的车辆信息采集计算机计算出列车轴距。如果是客车，系统进入自锁状态;如果是货物列车，则控制光源打开和线阵相机进行图像采集，同时进行计轴计辆和测速。

2)图像采集后，轨边机房内网络设备通过专用光缆通道将图像快速传输至列检网络服务器，各图像浏览终端检车员进行看图检测。

3)TFDS动态检测员发现货车故障后，标注故障位置，TFDS运用软件平台自动将故障图片、故障名称、方位、车次、车号、辆序、时间、发现人等信息传输至工长机，动态检车组长在工长机上确认后，及时将情况向列检值班员报告。

4)列检值班员通知现场检车员，现场检车员对预报故障进行检查确认后反馈给列检值班员，列检值班员将检查确认情况向动态检车组长进行反馈，由动态检车组长录入TFDS运用软件平台，运用软件平台自动将故障信息自动上传至铁路局车辆运行安全监测站、铁道部查询中心。

4.2 应用效果

该系统通过近半年的运行，主要有以下几方面特点:

1)TFDS－3型设备拍摄图像完整性好，实现了行车方向图片的无缝拼接(如图3、图4所示)，较传统TFDS系统图片更直观地反映列车各部件整体效果，便于动态检车员识别货车故障，真正提高货车安全防范能力。

图3 行车方向图片无缝拼接

图4 行车方向图片无缝拼接

2)TFDS－3型设备取景窗口很小，有效降低了沙尘、雨雪等恶劣环境对设备的影响。

3)TFDS－3型设备采用不可见近红外线性激光光源，配合窄带滤光片，很好地解决了阳光干扰问题。

4)TFDS－3型设备采用线阵相机拍摄车体图像(如图5所示)，可对定检标记室内确认，现场检车员不必进行现车确认，减轻劳动强度。同时可实现破损车的动态检查。

图5 车体图像

通过现场应用，TFDS－3型货车故障轨边图像检测系统还应该在动态检车员发现货车故障，特别是拦停范围内的故障后，为了防止铁路货车发生重大事故，动态检车员、动态检车组长、列检值班员在信息反馈的时效性方面必须提高;目前，随着铁路货运量的逐年增加，TFDS动态检车员的工作量和确保安全的压力也将成倍增加。而动态检车员始终摆脱不了环境、心理、身体状况及工作强度等各方面因素的影响，容易产生视觉疲劳，从而造成漏检、误检，给行车安全造成影响。因此，在一些拦停范围内的故障部位实现TFDS故障自动识别，通过计算机自动判别铁路货车运行故障势在必行，还需要国内相关研究货车故障轨边图像检测系统的科技工作者在以后的研究工作中做出大量工作。