CN105882683A - 基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统和方法，属于铁路货物列车技术检查领域。本发明在列检室外设置轻型轨道、便携式移动装置、激光装置、光学图像采集装置和无线发射装置；室内设置无线接收装置、通讯管理服务器、控制服务器和中心服务器。本发明通过控制运行在轻型轨道上的便携式移动装置，自动采集车辆底部的图像和视频数据并进行数据处理，输出车辆各个部件的当前状态、试风测试结果和维修处理结果，做到了铁路列车技术检查的自动化和智能化。本发明可以代替人工户外看车作业，能够保证列检的高质量、准确性和可靠性，能够适应各种气候条件和自然环境，高强度的作业，提高了列检的工作效率。

Description

基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统和方法

技术领域

本发明属于铁路货物列车技术检查(以下简称：列检)领域，具体涉及机器视觉技术、自动化控制技术、模式识别技术、铁路车辆检修规程、铁路车辆技术的检查检测系统和方法。

背景技术

列车技术检查，简称列检，是列车编组完毕、开车之前，或列车到达后、尚未解体之前，在车站上对整列车进行的技术检查。列车开车前的检查为始发检查，列车到达后的检查为到达检查。列车只停留短时间或有加挂、甩车作业时，对该列车也须进行检查，称为通过列车检查或中转列车检查。列检，由列车检修所来承担。根据需要分别设有：主要列检所、区段列检所、一般列检所。列检内容是：走行部分的转向架及制动系统是否出现问题与故障，并及时排除。

货物列车技术检查是中国铁路总公司在货车检修中明确的一项检修任务，列车运行前进行的货物列车技术检查是保证运输安全最后一道安全防线，该任务按照车辆的到达与始发规定了相应的检修内容和车辆配件磨耗限度，并对制动试验规定了明确的试验时间和质量标准。

目前车辆部门采用人工作业方式进行的列检，在铁路沿线设置了大量的列检所，并配备了大量技术工人日以继夜、风雨无阻的进行工作。货物列车技术检查采用人工作业方式，存在以下几个方面的问题：(1)通过作业技术工人在现场来回的位移获取车辆信息，判别车辆有无故障，该人工肉眼的单一模式无法实现完整、准确的发现问题所在；(2)现场技术工人工作时间长、劳动强度大、气候条件复杂的环境下，易产生疲劳感，从而导致人为的漏检、误检、漏修；(3)车辆制动系统测试是在规定的时间内完成，目前靠人工在轨边重复单一的跑动观察制动试风过程状态，容易对制动测试进行误判，给车辆运行带来严重的事故隐患；(4)由于技术工人疲劳、作业过程的反复，往往在处理故障中，难免产生违反作业过程，而且缺乏严谨的监督机制、复查机制，在故障处理后滋生二次故障隐患，甚至造成开车后发生列车事故或人员伤亡。

综上所述，现有的人工列检作业方式单一重复、故障率高、作业环境不友好，低下的工作效率难以应对重要和繁重的列检工作。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统和方法。本发明结合机器视觉技术、自动化控制技术和模式识别技术，实现对铁路货物列车技术检查的自动化和智能化。本发明提供的检查检测系统通过控制轨上(或轨边)的便携式可移动装置来代替技术工人在轨边的跑动作业，同时采用激光定位装置和光学图像采集设备获取车辆信息，经过处理分析后，输出车辆当前状态的结果，从而快速、准确、智能的完成列检作业。

本发明提供的基于机器视觉的列车技术检查检测系统由室外设备和室内设备组成。室外设备包括轻型轨道、便携式移动装置、激光装置、光学图像采集装置和无线发射装置；室内设备包括无线接收装置、通讯管理服务器、控制服务器和中心服务器，所述的无线发射装置和无线接收装置构成无线网络传输系统。

轻型轨道是放置在铁道枕木上的2根小型钢轨，所述小型钢轨的尺寸根据便携式移动装置尺寸而定，其主要功能是承载所述的便携式移动装置在作业过程中的位移。所述小型钢轨间的宽度小于现有铁轨宽度，依靠重力平行放置在现有两根铁轨中间，在等距离的地方由固定杆来固定2根钢轨之间的宽度。

便携式移动装置运行在轻型轨道上，具有移动、制动、位移里程编码计数的功能，自带充电电源，不依赖现有的铁路轨道等设施；因为其设计简单易携带，检测作业时放置在轻型轨道上即可，闲置时可搬离作业现场，不影响列车的正常发车和接车。

激光装置部署在便携式移动装置上，可以进行激光发射，可以接收激光遇到被测距物体时返回的光速信号，可以计算激光装置与被测距物体之间的距离。

光学图像采集装置部署在便携式移动装置上，可以采集车辆底部、内侧部数字图像以及数字视频。所述的数字图像可以为可见光、红外等波段的图像；采集的角度可自由变换。

无线发射装置部署在便携式移动装置上，无线接收装置部署在列检室，与通讯管理服务器实现数据交互，具有数据、信号传输的功能。

通讯管理服务器部署在列检控制室，负责室内外所有通讯网络的数据传输和交换。

控制服务器部署在列检控制室，主要功能是控制信号下达和反馈、数据存储、采集控制程序部署。在所述控制服务器上设置数据采集处理模块，主要功能是通过用户交互界面，控制和操作整个系统；根据列检先验知识，处理数据，并输出处理结果。

中心服务器部署在列检控制室，与控制服务器进行数据交互，主要功能是数据运算、数据分析处理程序部署，同时具有管理相关程序和其他网络系统的交互功能。

本发明还提供一种基于机器视觉的铁路列车技术检查检测方法，具体包括以下几个步骤：

第一步：设备装置安装就绪。

第二步：控制指令下达。

第三步：作业数据采集。

第四步：作业数据反馈。

第五步：作业数据处理分析。

第六步：列检结果反馈及管理。

第七步：结果复示。

本发明的优点在于：

(1)本发明提出基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统和方法，通过控制运行在轻型轨道上的便携式移动装置，自动采集车辆底部的图像和视频数据，结合数字图像处理和模式识别技术，分析和计算图像和视频数据，并输出车辆各个部件的当前状态、试风测试结果和维修处理结果，做到了铁路列车技术检查的自动化和智能化。

(2)本发明可以代替人工户外看车作业，成为列检作业的方式，能够保证列检的高质量、准确性和可靠性，能够适应各种气候条件和自然环境，高强度的作业，提高了列检的工作效率。

(3)本发明的各个部分都进行模块化，各模块装置易拆、易装，便携智能，满足作业生产线上的实际应用需求。

附图说明

图1为本发明基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统的总体结构图。

图2A为本发明室外轨边作业装置布置示意图。

图2B为列车轨道和轻型轨道的正视图。

图3为本发明基于机器视觉的铁路列车技术检查检测方法流程图。

图4为本发明中作业数据处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供一种基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统，所述系统如图1所示，包括室外设备和室内设备，所述的室外设备包括轻型轨道、便携式移动装置、激光装置、光学图像采集装置和无线发射装置；所述的室内设备包括无线接收装置、通讯管理服务器、控制服务器和中心服务器。所述的室内设备和室外设备是相对于列检室的。

如图2A和图2B所示，轻型轨道是放置在铁道枕木上的2根小型钢轨，所述小型钢轨的尺寸与便携式移动装置尺寸相配合，其主要功能是承载所述的便携式移动装置在作业过程中的沿轨道的位移。轻型轨道便于拆卸，在需要时部署铺设即可使用，不影响铁路轨道的正常使用。所述轻型轨道的宽度小于铁路轨道的宽度，高度不高于正常铁路轨道的高度。

便携式移动装置运行在轻型轨道上，具有移动、制动、位移里程编码计数的功能，自带充电电源，不依赖现有的铁路轨道等设施；因为其设计简单易携带，检测作业时放置在轻型轨道上即可，闲置时可搬离作业现场，不影响列车的正常发车和接车。所述的便携式移动装置的高度远小于列车底部距离地面的高度。

所述的激光装置和光学图像采集装置均部署在便携式移动装置上，所述的激光装置采用测距仪，发射出的激光，遇到被测距物体时返回，返回激光仍由激光装置中测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，计算激光装置与被测距物体之间的距离。所述的光学图像采集装置用于采集车辆底部和内侧部数字图像以及数字视频，采集的角度可自由变换。所述的数字图像可以是可见光图像或红外图像等。

所述的无线发射装置与室内设备中的无线接收装置一起构成无线网络传输装置，分别作为发射端和接收端，所述的无线发射装置部署在便携式移动装置上，用于将储存并发射激光装置和图像采集装置的数据，包括测距仪的数据、数字图像或数字视频等。所述的无线接收装置部署在列检室内，用于接收室外设备的数字图像或数字视频以及测距仪的数据信号，具有数据、信号传输的功能。

所述的通讯管理服务器、控制服务器和中心服务器均部署在列检室内。通讯管理服务器负责列检室内外所有通讯网络的数据传输和交换，包括与无线接收装置之间的数据交互，向中心服务器的数据传输，以及接收控制服务器的控制信号。所述的控制服务器将控制信号下达和反馈控制信号给通讯管理服务器、接收中心服务器处理结果并存储，并与复示终端连接，将需要显示的数据发送给复示终端。所述的中心服务器与控制服务器进行数据交互，主要功能是数据运算、数据分析处理程序部署，同时具有管理相关程序和其他网络系统的交互功能。

在所述的控制服务器上设置有数据采集处理模块，主要功能是通过用户交互界面，控制和操作整个系统；根据列检先验知识，处理数据，并输出处理结果。

基于所述的检查检测系统，本发明还提供一种所述的检查检测方法，结合图3所示流程，具体步骤如下：

第一步：完成检查检测装置就位准备工作，在既有列检线路中铺设专用的轻型轨道，将便携式移动装置放置于轻型轨道上进行移动作业，对货物列车进行图像或视频采集。

第二步：控制指令下达。控制服务器发送控制信号给通讯管理服务器，通讯管理服务器与无线接收装置数据交互，通过无线网络传输装置向便携式移动装置发送控制指令，所述的控制指令包括但不限于：便携式移动装置的上电、位移、位移距离，光学图像采集装置启动、激光装置启动、制动、重置、断电等。

第三步：作业数据采集。便携式移动装置根据控制指令进行作业，并采集作业数据。所述的作业数据包括不限于：配件状态检查数据、试风测试数据、维修跟踪数据。其中，

(1)车底配件状态检查数据：主要通过便携式移动装置位移的过程中，光学图像采集装置针对性的采集列车车底图像得到。所述的车底配件包括：基础制动中的拉杆、杠杆、圆销、开口销、闸调器、人力制动机等故障和空气制动中的塞门、集尘器、制动缸、风缸、风缸吊架及卡带以及车体中的地板、车轮、闸瓦及插销、制动梁端轴、制动梁安全链、摇枕圆弹簧、摇枕、安全吊、制动梁梁体、心盘螺栓、固定杠杆支点座及固定杠杆支点、圆销、开口销、移动杠杆等。

(2)试风测试数据：分为2个阶段获取，第一阶段称为巡航阶段，在此阶段，便携式移动装置在列车底部匀速位移(一般选取位移速度为3～9m/s)，通过本装置自带的位移里程编码计数器采集位置里程数据和位移数据，通过激光装置采集激光数据，通过光学图像采集装置采集车辆制动系统的初始图像数据；第二阶段称为试风阶段，在此阶段，列检试风大闸交替给待检列车的制动缸进行加压和缓解，便携式移动装置通过光学图像采集装置不断采集此阶段制动缸鞲鞴的图像数据。

(3)维修跟踪数据：主要通过光学图像采集装置，对技术工人在维系故障部件的过程进行视频数据采集。

第四步：作业数据反馈。指令动作完成后，便携式移动装置通过无线网络传输装置发送作业数据，无线接收装置将接收到的作业数据发送给通讯管理服务器。所述的作业数据包括但不限于：位置里程数据、位移数据、图像数据、视频数据、激光数据。同时，数据传输并存储在中心服务器上。

第五步：作业数据处理分析。通讯管理服务器将采集到的数据分发给中心服务器，中心服务器根据实时数据和相关模型处理作业数据，处理过程具体如图4所示，输出处理结果包括但不限于：计轴计辆、关键部件激光定位、车辆配件当前状态、故障配件识别、制动系统试风结果、修理过程跟踪考核结果。

所述的作业数据的处理如图4所示，首先对数据分类判断，划分为试风测试数据、车底配件状态检查数据和维修跟踪数据。如果试风测试数据为巡航作业状态，则进行巡航作业分析处理，输出计轴计辆、关键部件定位结果。如果试风测试数据为试风作业状态，则进行试风作业分析处理，输出制动缸作业状态是否正常、鞲鞴作业状态是否正常的结果以及故障报警结果。对于车底配件状态检查数据，进行配件状态分析处理，输出车底部和内侧部配件状态是否正常结果，以及故障报警结果。对于维修跟踪数据，进行维修作业过程及处理结果分析处理，输出维修人员在作业过程中是否规范的考核结果。

第六步：列检结果反馈管理。中心服务器将处理结果传输到控制服务器，并存储处理结果。

第七步：结果复示。在列检室的复示终端展示给用户或管理员所需要的处理结果。

Claims (5)

1.基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统，其特征在于：由室外设备和室内设备组成，室外设备包括轻型轨道、便携式移动装置、激光装置、光学图像采集装置和无线发射装置；室内设备包括无线接收装置、通讯管理服务器、控制服务器和中心服务器，所述的无线发射装置和无线接收装置构成无线网络传输系统；

轻型轨道是放置在铁道枕木上的小型钢轨，所述小型钢轨的尺寸根据便携式移动装置尺寸而定，所述小型钢轨间的宽度小于铁轨宽度，放置在两根铁轨中间；激光装置、无线发射装置和光学图像采集装置布置在便携式移动装置上，便携式移动装置运行在轻型轨道上；

通讯管理服务器与无线接收装置之间的数据交互，向中心服务器的数据传输，以及接收控制服务器的控制信号；所述的控制服务器将控制信号下达和反馈给通讯管理服务器，接收中心服务器处理结果并存储，并与复示终端连接，将需要显示的数据发送给复示终端；所述的中心服务器进行数据处理并将将数据处理结果发送给控制服务器。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统，其特征在于：所述的激光装置采用测距仪，发射出的激光，遇到被测距物体时返回，返回激光仍由激光装置中测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，计算激光装置与被测距物体之间的距离。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的铁路列车技术检查检测系统，其特征在于：所述的光学图像采集装置用于采集车辆底部和内侧部数字图像以及数字视频，采集的角度可自由变换。

4.一种基于机器视觉的铁路列车技术检查检测方法，具体包括以下几个步骤：

第一步：检查检测系统安装就绪；

第二步：控制指令下达：控制服务器发送控制信号给通讯管理服务器，通讯管理服务器与无线接收装置数据交互，通过无线网络传输装置向便携式移动装置发送控制指令；

第三步：作业数据采集；

第四步：作业数据反馈；

第五步：作业数据处理分析；

第六步：列检结果反馈及管理：中心服务器将处理结果传输到控制服务器，并存储处理结果；

第七步：结果复示：在列检室的复示终端展示给用户或管理员所需要的处理结果。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的铁路列车技术检查检测方法，其特征在于：所述的作业数据包括配件状态检查数据、试风测试数据和维修跟踪数据。