CN102307299A - 一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统，包括图像采集模块、图像处理模块和车载图像接收显示终端，线路图像采集模块由沿线路架设的摄像机组成，负责采集线路沿线一定距离内的线路图像；车载图像接收显示终端负责接收并显示列车前方一定距离内摄像机的原始图像或经图像处理中心处理后的列车前方图像；图像处理模块主要负责沿线架设的摄像机图像的处理。本发明的有益效果是：作为现有主要依靠轨道电路、地面应答器、轨旁电缆等设施的车载ATP/ATO系统的补充，同时为司机和自动驾驶系统提供超视距图像信息，依靠性能互补的非轨道电路方法提高列车运行控制系统的冗余度和可靠性。

Description

一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统

技术领域

本发明涉及轨道交通列车远程瞭望控制领域，特别是列车运行过程中司机的一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统。

背景技术

由于我国幅员辽阔，铁路多穿行于山区、丘陵地带，泥石流、落石等地质灾害严重威胁着铁路运输安全，近年来多起列车脱轨导致的恶性事故均由此引起。由于列车速度快，目前列车司机仅能依靠轨道电路、地面应答器、轨旁电缆等地面设施提供的信号进行列车控制。即使是在平原地带，司机双眼的视野范围也很有限，即便发现了影响行车安全的因素，采取措施也为时已晚。除了干线铁路以外，随着城市规模的日益加大，城市轨道交通被认为是解决交通拥堵最好的方式之一。不断减小的行车间隔对轨道交通信号与控制系统，特别是对列车间距和速度监控的可靠性提出了越来越高的要求。一旦这些设备因外界或自身因素发生故障，极易造成追尾等恶性事故。

目前，在国内外的轨道交通中，摄像机或激光雷达被用于在道口、车站等关键位置实施安全监控。例如：中国铁道科学研究院电子计算技术研究所于革等人开发了一套基于AV-FMS(主动视觉和固视微扫)的铁路平交道口安全监控系统，可以计算列车的速度，并估计其到达道口的时间，当发现道口情况异常时，系统立即启动紧急预案，把异常信息传送给列车司机。西南交通大学的兰培强等人提出一套利用道口架设的摄像机对穿越铁路道口的行人及时准确检测的系统。在国外，日本、新加坡等国也基于立体相机或激光技术开发了道口或车站的障碍物监控系统。

上述设备均是基于单台摄像机实现对道口、车站这些固定位置的监控，无法实现对整条线路的监控。在国外，昆士兰理工大学的Frederic Maire针对澳大利亚铁路维修列车编队运行的情况，利用Matlab设计并仿真了一个基于图像的防撞系统模型，利用车载摄像机获取列车前方线路的景象，用于估计本列车与前方列车的距离，防止两辆维护车辆的碰撞事故。但是，车载摄像机的拍摄距离有限，其有效防护距离在140米以内。这样的距离对正常运行的列车，尤其对于高速列车是不够的，以CRH3为例，其常用制动距离为6500米以上，紧急制动距离也在3500米，因此必须为司机提供前方几公里的图像才能起到远程瞭望的目的。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明通过在铁路沿线布置多台沿线架设的摄像机分别获取各自监控范围内的景象，利用原始图像序列或图像拼接合成技术实现轨道交通的远程瞭望。该系统融合了机器视觉技术、图像拼接融合技术和现代通讯技术，对保证轨道交通的行车安全具有重要意义。这种新的远距离瞭望技术不依赖现有的任何测速定位设备，可以同时为司机和自动驾驶系统提供超视距的图像信息，大大提高列车运行控制系统的冗余度和可靠性，对我国轨道交通线路环境的智能监测、铁路防灾及城市轨道交通安全水平的提高、具有自主知识产权的CBTC技术的再创新具有重要意义。

本发明的技术方案是：一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统，包括线路图像采集模块、图像处理模块和车载图像接收显示终端，线路图像采集模块由沿线路架设的摄像机组成，每个摄像机采集线路沿线一定距离内的线路图像，相邻摄像机的布置要实现影像对完整线路或部分关键路段的无缝覆盖；图像处理模块主要负责沿线架设的摄像机图像的集中获取并可以将相邻沿线架设的多个摄像机的图像进行拼接合成；车载图像接收显示终端实时获取列车信息，并传送给图像处理模块，图像处理模块将线路图像采集模块输出的列车前方线路图像传输给车载图像接收显示终端进行显示。

所述沿线架设的摄像机根据上、下行线路分别架设沿线的摄像机。

所述车载图像接收显示终端在图像处理模块不使用时，直接从列车前方沿线架设的多个摄像机获取原始图像序列。

所述图像处理模块设置在地面构成地面监控中心或集成在车载图像接收显示终端或集成在沿线架设的摄像机内；

所述图像处理模块单独在地面使用时构成地面监控中心，线路沿线架设的摄像机与地面监控中心通过有线和或无线方式连接。

所述地面监控中心负责线路沿线架设的摄像机的原始图像的获取、图像拼接和车地无线通信，在接收到某列车发送的行驶线路、位置及速度后将列车前方一定距离内的原始图像或拼接图像传至车载图像接收显示终端。

所述图像处理模块位于车载图像接收显示终端内，根据列车位置从监控中心或从摄像机直接接收列车前方的图像序列，由车载图像接收显示终端内的图像处理模块实现图像的拼接和显示。

所述图像处理模块位于沿线架设的摄像机内，每台沿线架设的摄像机内的图像处理模块负责采集并拼接自身及前方一定距离内沿线架设的多台摄像机的图像，列车行驶过程中，由车载接收显示终端向列车前方最邻近摄像机发送请求，该沿线架设的摄像机内的图像处理模块发送拼接好的自身及前方沿线架设的多台摄像机的图像供车载图像接收显示终端进行显示。

本发明的优点效果：本发明利用轨道沿线布置的多台摄像机全程提供列车前方线路景象，可以解决列车在弯道、站台、平交道口、桥梁、隧道等关键地段或目视距离以外不能及时发现安全隐患的问题，从而提高司机处置危险的能力，避免事故的发生，保障行车安全。

该系统融合了机器视觉技术、图像拼接融合技术和现代通讯技术，对保证轨道交通的行车安全具有重要意义。这种新的远距离瞭望技术不依赖现有的任何测速定位设备，可以同时为司机和自动驾驶系统提供超视距的图像信息，大大提高列车运行控制系统的冗余度和可靠性，对我国轨道交通线路环境的智能监测、铁路防灾及城市轨道交通安全水平的提高、具有自主知识产权的CBTC技术的再创新具有重要意义。

附图说明

图1为本发明一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统结构示意框图；

图2为本发明一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统实施例1结构示意框图；

图3为本发明一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统实施例2结构示意框图；

图4为本发明一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统实施例3结构示意框图；

图5为本发明一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统实施例4结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供的轨道交通远程瞭望系统，包括线路图像采集模块、车载图像接收显示终端和图像处理模块。线路图像采集模块由沿线路架设的摄像机组成，负责采集线路沿线的景象。每台沿线路架设的摄像机顺序编号并采集一定距离内的线路图像，沿线路架设的摄像机的布置首先要实现对线路全程或关键路段的无缝覆盖，其次还要满足相邻摄像机拍摄到的图像具有足够的重合区域，使得相邻图像可以做进一步的图像配准和图像拼接，以获得高质量的拼接图像。沿线路架设的摄像机通过网络相连，并连接到负责图像拼接处理的图像处理模块上。车载图像接收显示终端负责列车运行过程中将列车前方数公里内的原始图像序列或拼接图像显示给司机，司机可以根据该图像控制列车，一旦发现危及行车安全的情况即可提前采取相应的措施，保证行车安全。列车每通过一台沿线路架设的摄像机，车载图像接收显示终端会自动地将显示图像更新为列车前方的最新图像；图像处理模块主要负责沿线摄像机图像的集中获取并可以将相邻多个摄像机的图像进行拼接合成，该模块设置较为灵活，既可以不包含在系统中，还可以单独在地面使用构成地面监控中心，也可以集成在车载图像接收显示终端或沿线的每个摄像机内。

根据是否存在图像处理模块以及图像处理模块放置位置的不同，系统的具体实施方式可以有下列四种：

实施例一：系统不包含图像处理模块，车载图像接收显示终端直接接收并显示列车前方多个沿线路架设的摄像机的原始图像序列，其结构如图2所示。这种情况下车载图像接收显示终端既可以通过地面监控中心获取图像，也可以直接从各沿线路架设的摄像机获取图像，司机可以在车载图像接收显示终端上直接观察多个独立的图像序列判断前方线路情况。

实施例二：当图像处理模块在地面单独使用时构成地面监控中心，监控中心负责线路图像的获取、图像拼接和车地无线通信的全部工作，其结构如图3所示。地面监控中心负责通过网络从沿线路架设的摄像机处提取前方线路的图像信息，对获取的多幅图像进行配准、融合完成图像的拼接处理，得到由多幅图像合成的前方线路的景象信息。车载图像接收显示终端通过无线网络将列车位置等信息传送至地面监控中心，地面监控中心根据传来的列车位置确定列车前方的图像序列，完成图像的拼接，并将拼接后的图像传至车载图像接收显示终端上显示。

实施例三：当图像处理模块位于车载图像接收显示终端内时，系统的结构如图4所示。这种方式与前者的不同在于车地通讯的过程中，地面监控中心只根据传来的列车位置确定所要使用的列车前方的图像序列，并依次传到车载图像接收显示终端，由车载图像接收显示终端完成图像的拼接和显示。该方式下还可以不借助地面监控中心，由每台沿线路架设的摄像机广播自己的图像，列车根据自己的位置有选择的接收并将这些图像信息排序，完成图像拼接与显示。

实施例四：当图像处理模块分散位于沿线路架设的摄像机内时，其系统如图5所示。这种方式在每台沿线路架设的摄像机处的图像处理模块需要采集并拼接自身及前方多个沿线路架设的相邻摄像机的图像，当列车运行到沿线路架设的摄像机的有效距离后，该摄像机向车载图像接收显示终端发送拼接好的图像。由于系统中每台沿线路架设的摄像机都负责拼接和发送图像，可以降低地面监控中心的网络负担，有效防止地面监控中心故障造成的系统瘫痪，提高系统的可靠性。但本方法中每台沿线路架设的摄像机内部均有图像处理及无线发送模块，提高了终端设备的成本及复杂度。

Claims (9)

1.一种轨道交通远程瞭望系统，包括线路图像采集模块、图像处理模块和车载图像接收显示终端，其特征在于：其中，线路图像采集模块由沿线路架设的摄像机组成，每个摄像机获取线路沿线一定距离内的线路图像；图像处理模块负责沿线摄像机图像输出的处理；车载图像接收显示终端负责获取列车行驶线路、位置及速度等列车信息，接收并显示列车前方的线路图像；车载图像接收显示终端实时获取列车信息，并传送给图像处理模块，图像处理模块将线路图像采集模块输出的列车前方线路图像传输给车载图像接收显示终端进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种轨道交通远程瞭望系统，其特征在于：图像处理模块可以将列车前方一个或多个摄像机的图像输出传输给车载图像接收显示终端。

3.根据权利要求2所述的一种轨道交通远程瞭望系统，其特征在于：图像处理模块传输给车载图像接收显示终端的列车前方线路图像是通过拼接合成多个摄像机的图像输出而获得的。

4.根据权利要求2所述的一种轨道交通远程瞭望系统，其特征在于：图像处理模块可以根据列车的位置和刹车距离，计算车载图像接收显示终端所需的前方线路图像在沿线路方向上覆盖的距离，以此确定列车前方摄像机的数目。

5.根据权利要求2所述的一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统，其特征在于：所述车载显示接收模块将图像处理模块传来的多个摄像机的图像输出进行拼接合成后进行显示。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统，其特征在于：所述图像处理模块安装在地面监控中心，线路沿线架设的摄像机与位于地面监控中心的图像处理模块通过有线或无线方式连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统，其特征在于：所述沿线架设的每台摄像机处配备图像处理模块，该图像处理模块负责采集并拼接自身及前方一定距离内多台摄像机的图像，列车行驶过程中，由车载接收显示模块向列车前方最邻近相机发送请求，该摄像机内的图像处理模块发送拼接好的自身及前方多台相机的图像供车载图像接收显示终端进行显示。

8.根据权利要求1所述的一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统，其特征在于：所述沿线架设的摄像机根据上、下行线路分别架设摄像机。

9.根据权利要求8所述的一种基于图像的轨道交通远程瞭望系统，其特征在于：所述沿线架设的摄像机要保证相邻摄像机能够实现影像对线路全线或部分关键路段的无缝覆盖。

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