CN111006592A - 一种机车车钩高度监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车车钩高度监测装置及方法，对射触发模块把机车通过的光变化转换电信号的变化并发送给PLC模块，PLC模块将电信号发送给车钩识别模块和车号识别模块，车钩识别模块对机车车钩拍照，车号识别模块对机车车牌拍照；数据采集模块采集车钩识别模块和车号识别模块拍摄的照片并将照片发送至总服务器，总服务器将处理后的数据按需推送给客户端，本发明实现了机车的车钩高度的不停车测量，测量精度高，将测量高度的与车牌号码绑定，作为唯一标识存储于服务器中，达到随时随地可查询，追溯的目的。

Description

一种机车车钩高度监测装置及方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种机车车钩高度监测装置及方法。

背景技术

车钩高度指从铁轨水平面到车钩中心线的垂直高度。《铁路列车运用维修规程》及《铁路客车段修规程》对车钩高度均作了严格的规定：车钩检测出厂合格高度限度为880±10mm(根据铁标TB/T 3044-2002 TB/T 3046-2002)，即同一车辆车钩高相差不得超过10mm。车钩高度超过允许误差范围时，车钩连挂的钩舌的受力面积将会随之减少，由此而引发车钩的自然分离现象，导致脱钩事故，危及行车安全，后果是不堪想象，不但严重威胁行车的安全，同时也给人民的生命和财产造成严重损失。

通过对影响车钩高度的因素分析发现，相关零部件磨耗是造成车钩高度误差的关键。影响车钩高度的有2个关键部位，一是心盘部位高度变化，二是车钩托梁部位高度的变化。研究人员通过计算心盘高度、车钩托梁高度的变化对车钩高度影响，从而在检修落成前精确的计算出心盘垫板的厚度，落成后调整的部位及零部件厚度尺寸，保证了车钩中心线高度，完成了车钩高度的调整。因此前期的车钩高度的测量精确程度成为后期检修人员检修的关键，如果前期测量数据不准确，将会给后期的检修工作带来不必要的麻烦，甚至是漏检、错检等情况发生。

现阶段各机务段、车辆段测量车钩高度的方法是，由检修工人手持“钩高尺”，置于水平铁轨面上并垂直于铁轨平面，然后由数名检修工人肉眼读取，并交给相关人员做好记录，通常完成车钩高度的测量需要三至四人，其工作效率低下。由于工具的误差，视觉的误差等，车钩高度测量精度也得不到有效的保证。如遇到下雪天，沙尘暴或者刮风等恶劣条件的影响，检测的车钩高度精度更加无法保证，对工人来说费时、费力，并且测量数据精度不一定能满足检修的工作要求。其次车钩数据的记录的工作是由人工完成，其对数据的记录，可追溯性较差，对以后整备、辅修、检修工作均造成非常大的困扰。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种机车车钩高度监测装置及方法，可以自动测量车钩高度、识别机车车号、存储相关测量数据，实时监测、显示车钩高度数据，并建立数据库来存储，以便于随时查阅，追踪，是有效预防机车车钩高度异常，保证机车安全运行。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机车车钩高度监测装置，包括启停对射触发模块，PLC模块，车钩识别模块和车号识别模块；对射触发模块把机车通过的光变化转换电信号的变化并发送给PLC模块，PLC模块将电信号发送给车钩识别模块和车号识别模块，车钩识别模块对机车车钩拍照，车号识别模块对机车车牌拍照；还包括数据采集模块、总服务器和客户端；数据采集模块采集车钩识别模块和车号识别模块拍摄的照片并将照片发送至总服务器，总服务器将处理后的数据按需推送给客户端。

车钩识别模块包括安装支架、补光灯阵列和高清运动相机；车号识别模块包括包括安装支架、补光灯阵列和高清运动相机，通过神经网络筛选最佳图片(AI)并采用傅里叶卷积变换算法对筛选出的图片进行处理，最终计算出精确的车钩高度数据。

射触发模块依次通过光电传感器检查和光电模拟器将光信号转换为电信号。

车号识别模块为DFID卡车号识别模块；车号识别模块分别设有中段车牌读取和高段车牌读取的相机，所述相机为超广角相机并以矫正畸变的形式通过OCR字符来识别车牌。

车号识别模块包括AEI信号获取子模块、视频采集子模块、车号识别子模块、识别结果输出及显示子模块。

一种机车车钩高度监测方法，采用两套以上上述机车车钩高度监测装置，包括如下步骤：

(一)机车经过，触发对射触发模块依次通过光电传感器检查和光电模拟器将光信号转换为电信号；

(二)该电信号被PLC模块编辑后发送给车钩识别模块和车号识别模块，驱使车钩识别模块和车号识别模块的相机开始拍摄照片的工作，其中车号识别模块分别设有用于中段车牌读取和高段车牌读取的相机；

(三)高清运动相机阵列拍摄的照片通过数据采集模块采集存储，采集后的图片信息经过通讯总线，发送给总服务器；

(四)总服务器利用人工智能算法筛选判断出合格的图片，即识别出车钩机构和车牌图案；

(五)合格的图片再经过图像算法分析计算出车钩高度和机车牌号；

(六)不同机车牌号对应的车钩高度信息再转换成可视化图像和文字，按需要推送展现给每一个装有客户端的电脑或手机。

采用本发明的产生的有益效果为：

1、本发明实现了内燃机车、电力机车、和谐机车的车钩高度的不停车测量，完善了段内机车车钩监控手段，使得以前单纯依靠人工测量转变为机器测量，测量准确，测量精度高，同时又具有信息化，自动化，节能环保，安全可靠的特点。

2、本发明将测量高度的与车牌号码绑定，作为唯一标识存储于服务器中，达到随时随地可查询，追溯的目的。

3、提升对车钩高度异常时监测的及时性，当车钩高度异常及时提醒相关人员处理，保障机车运行安全。

4、简化人工车钩测量流程，做到基本无人工参与，只需要在客户端点击开始按钮即可完成车钩高度的测量，从真正意义上实现技术控制机车质量的目的，为机车运行状态的大数据分析奠定基础，提升机车智能化管理水平。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为机车车钩高度监测装置结构示意图

图3为车钩高度监测流程示意图

图4为本发明同机车的相对位置关系示意图

101-对射触发模块；102-背景漫反射板；201-PLC模块；301-车钩识别模块；302-车号识别模块；401- 数据采集模块；501-总服务器；601-客户端；701-机车；702-中段车号；703-高段车号；704-机车车钩。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1和图2，本发明所述的机车车钩高度监测装置硬件分为：对射触发模块101，可编程控制(PLC) 模块201，车钩识别模块301，车号识别模块302，数据采集模块401，总服务器501，客户端601，车钩识别模块301主要完成对车钩高度的精确测量所需要的高清晰度图像的拍摄。

本发明所述的机车车钩高度监测装置硬件更好的方案还包括以下部分组成：安装支架、补光灯阵列、车钩相机、对射触发模块、数据采集模块以及高性能数据处理工作站。

数据采集模块401、总服务器501、客户端601均采用工业级工控机，该工控机性能稳定、可靠，可以实现对复杂运算的处理，处理速度可以满足整个模块的应用。

对射触发模块101或称为对射开关，其监测探头是采用激光(传感器)发射信号，经过涂有特定颜色的背景漫反射板102反射回信号来达成一个回路。如果机车经过，则该回路被遮挡，此时它把被测量的光变化转换电信号的变化并发送给PLC模块201。

参考图4，对射触发模块101和背景漫反射板分别设置于机车701两侧。由于机车类型不同，其牌号位于机身的位置也不同，总的来说集中在中段车号702和高段车号703的位置。而不同类型的机车其首尾的机车车钩704位置比较一致。

背景漫反射板102的颜色采用了统一的模式，该背景颜色可以满足复杂的环境变化对相机视觉测量车钩高度部分的影响，使得测量值更加的准确无误。

对射触发模块101采用了信号遮挡触发和补光的设计原理，设计思路新颖可靠，可以满足视觉对机车车钩高度信号的采集处理，当车钩高度超过或低于阀限值时，模块发出声光报警，提醒乘务员注意检修。

PLC(可编程控制)模块201负责提取探头反馈的火车经过信号转换的电信号，并将电信号发送给车钩识别模块301和车号识别模块302，准确操控着两个模块启用和关闭。

车钩识别模块301由工业相机、补光灯阵列组成。工业相机置于于机车行进车轨侧边2～3m处，在机车通过对射开关中间，对射开关被遮挡时及遮挡消失时的瞬间，工业相机进行拍照，智能软件根据拍摄的照片对车钩高度进行识别，并上报由总服务器501组建的云平台，本发明通过对射开关识别机车经过摄像头的时机，拍摄图片，并通过智能算法识别车钩离铁轨高度。对射开关刚被遮挡时工业相机拍照，同时辅助灯源(补光灯阵列)打开(辅助灯源点亮保持1分钟)，这个照片将识别为机车一端车钩高度；等机车离开工业相机拍摄区域时，对射开关遮挡消失，此时工业相机再次进行拍照，并将此照片识别为另一端车钩高度。识别过程为首先通过神经网络筛选最佳图片(AI)，然后采用傅里叶卷积变换算法对筛选出的图片进行处理，通过高度信息计算最终得到精确的车钩高度数据。

车号识别模块302采用车牌号码视觉识别的模式，由工业相机、补光灯组成。本发明通过对射开关识别机车经过摄像头的时机，拍摄图片，并通过智能算法识别车牌编号。

参考图4，车号识别模块302和车钩识别模块301安装于同一垂直位置，车号识别模块302距离车钩识别模块301高度上高出1.3m，其同步测量得到的车钩高度与车牌信息作为一一对应的信息记录在总服务器501里面并按需要传输到终端即客户端601上。

车号识别模块302采用了目前国内外尖端的视觉监测模块DFID卡车号识别模块，上述模块技术比较成熟、可靠，可以满足机车严酷的使用条件，为机车运行了提供了一个坚强的后盾。

作为本发明的优化方案，车号识别模块302包括AEI信号获取子模块、视频采集子模块、车号识别子模块、识别结果输出及显示子模块，车号识别模块302主要完成对车号的识别。

通过车号识别模块302识别出的机车牌号主要作为机车的唯一识别标识使用。因为是动态采集，故采用高清运动相机来处理。

由于机车有和谐、东风、韶山等各种不同的式样，字体范围变化非常巨大，采用超广角相机并矫正畸变的形式并通过OCR字符来识别车牌。

本发明采用多台相机，首创多字体，多类型车牌识别，由于机车车牌不同于汽车车牌，其车型多，字体种类多，字体高度变化、同车型印刷字体也不同，车牌有白色，红色，蓝色，也有凹凸形式的打印方式，在加上环境变化明显，造成整体识别非常复杂。目前专门针对火车站的机车车牌识别，独立开发了一套火车车号识别模块来满足现场使用环境。

车钩识别模块301，车号识别模块302等硬件完成对车钩高度、机车车号图像的采集，数据采集模块 401将采集的数据保存在高速数据处理工作站中的磁盘阵列上。

总服务器501：本发明采用局域网虚拟服务器设计方案，将识别到的车牌信息，智能计算出的车钩离铁轨高度(车钩高度)、拍照并保存的车钩图片和车牌图片全部上传到局域网。检修人员或管理人员可以借助电脑客户端或手机客户端调取局域网服务器里保存的车钩信息进行查询、统计等操作。

总服务器501采用access服务器架构搭建的服务器平台，可存储30年的数据信息，并可扩充存储容量，理论上无限制存储，同时支持100组客户端同时上线，不同时上线的不限制数量支持，总服务器501 采用多线程架构，运转速度提升70％。

客户端601具有多线程多客户端运行功能，包括电脑客户端或手机客户端。市场现有的局域网内部通讯，同时登陆下，基本会限制在20台。而本发明的客户端采用最新架构设计，可同时登陆100台客户端。通过客户端601可以实现随时查车钩高度信息，实现自定义车钩高度信息查询，实现语音报警功能，.实现图像文字报警功能。

电脑客户端包括电脑APP或电脑网页，设置完善、简洁，用户体验度较高，经过简单的技术培训，任何检验人员、检修人员都可以完成对APP的操作和辨识，因此普及起来较为简单、方便。

本发明所述的机车车钩高度监测装置软件部分主要对车钩识别模块、车号识别模块获取的照片进行数据处理。数据处理首先对采集到的图片进行预处理分析与车号定位，然后进行车号的分割、识别与关联，最终以手机APP或网页的形式发送到检修人员或管理人员手中，检修人员或管理人员根据接收到的数据情况进行工作安排，保证检修进度，按时完成机车、车辆的出库检修工作。

参考图4，数据处理首创人工智能(AI)车钩测量方案，利用目前最先进的人工智能方案来正确识别出车钩。常规的光学测量方案由于机车701运行速度的差异，机车车钩704与机车701车体位置的差异，到达位置会有偏差。为达到普遍适用性，目前采用持续采集图像的方式，利用人工智能算法筛选出正确的车钩，再进行高度测量。通过本发明研发的机车车钩高度测量模块，在全国内尚属首次。

参考图1至图4，通过采用本发明所述的机车车钩高度监测装置进行车钩高度监测的方法步骤如下：

(一)机车经过，触发对射触发模块101依次通过光电传感器检查和光电模拟器将光信号转换为电信号；

(二)该电信号被PLC模块201编辑后发送给车钩识别模块301和车号识别模块302，驱使车钩识别模块301和车号识别模块302的高清运动相机阵列开始拍摄照片的工作，其中车号识别模块302分别设有中段车号702读取和高段车号703读取的高清运动相机阵列；

(三)高清运动相机阵列拍摄的照片通过数据采集模块401采集存储，采集后的图片信息经过通讯总线，发送给总服务器501；

(四)总服务器501利用人工智能算法筛选判断出合格的图片，即识别出车钩机构和车牌图案；

(五)合格的图片再经过图像算法分析计算出车钩高度和机车牌号；

(六)不同机车牌号对应的车钩高度信息再转换成可视化图像和文字，按需要推送展现给每一个装有客户端601的电脑或手机。

本发明实现了内燃机车、电力机车、和谐机车的车钩高度的不停车测量，完善了段内机车车钩监控手段，使得以前单纯依靠人工测量转变为机器测量，测量准确，测量精度高，同时又具有信息化，自动化，节能环保，安全可靠的特点。

本发明将测量高度的与车牌号码绑定，作为唯一标识存储于服务器中，达到随时随地可查询，追溯的目的。提升对车钩高度异常时监测的及时性，当车钩高度异常及时提醒相关人员处理，保障机车运行安全。简化人工车钩测量流程，做到基本无人工参与，只需要在客户端点击开始按钮即可完成车钩高度的测量，从真正意义上实现技术控制机车质量的目的，为机车运行状态的大数据分析奠定基础，提升机车智能化管理水平。

本发明对车钩高度的测量精度在0.1mm以内，解决了因人工测量车钩高度而异造成的测量误差，提升车钩高度测量的准确性。

实现车钩高度测量数据、测量人员的可追溯性，即使相隔3年以上，通过调阅相关存储数据，让可以阅览车钩高度数据，通过对车钩高度大数据平台的分析整理，研究出一套适用于机车车钩高度变化的曲线图，通过曲线图对所有机车车钩高度实施预防措施，可以实现公司内部推广，建立起一套基于大数据库基础上的机车、车辆车钩高度检、修办法。

本发明实现了段内局域网组网，工作人员只需停留在微机管控室就可以完成对全段各个机构停留机车车钩高度的监测，发现机车车钩高度异常，需要进行检修时，及时的联系相关检修人员前往处理，真正意义上实现了从技术上控制机车参数，以合格的机车服务于铁路客、货运。

本发明还针对复杂环境做出了应对方案，设备的主电器柜内加装有加热模块和散热模块，这样就使得设备的适用性更加的广阔，设备满足不同的环境因素，设备的放置地不受限制，可以更好、更全面的普及。

本发明的电源部分采用独立的设计思路，各部分电源之间相互独立，在总电源及分支电源之间加装有空气开关断路器，使得整个产品安全性能有了一定的提升。

本发明采用模块化设计，方便检修维护及故障处理，针对现使用现场设计了标准布线方式。

本发明通过查阅国标、铁标、铁道部段规并结合机车具体情况制定了改造施工方案。

以上内容是结合具体实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于此。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种机车车钩高度监测装置，其特征在于：包括启停对射触发模块(101)，PLC模块(201)，车钩识别模块(301)和车号识别模块(302)；对射触发模块(101)把机车通过的光变化转换电信号的变化并发送给PLC模块(201)，PLC模块(201)将电信号发送给车钩识别模块(301)和车号识别模块(302)，车钩识别模块(301)对机车车钩拍照，车号识别模块(302)对机车车牌拍照；还包括数据采集模块(401)、总服务器(501)和客户端(601)；数据采集模块(401)采集车钩识别模块(301)和车号识别模块(302)拍摄的照片并将照片发送至总服务器(501)，总服务器(501)将处理后的数据按需推送给客户端(601)。

2.根据权利要求1所述的机车车钩高度监测装置，其特征在于：车钩识别模块(301)包括安装支架、补光灯阵列和高清运动相机；车号识别模块(302)包括包括安装支架、补光灯阵列和高清运动相机，通过神经网络筛选最佳图片(AI)并采用傅里叶卷积变换算法对筛选出的图片进行处理，最终计算出精确的车钩高度数据。

3.根据权利要求1所述的机车车钩高度监测装置，其特征在于：射触发模块(101)依次通过光电传感器检查和光电模拟器将光信号转换为电信号。

4.根据权利要求1所述的机车车钩高度监测装置，其特征在于：车号识别模块(302)为DFID卡车号识别模块；车号识别模块(302)分别设有中段车牌读取和高段车牌读取的相机，所述相机为超广角相机并以矫正畸变的形式通过OCR字符来识别车牌。

5.根据权利要求1所述的机车车钩高度监测装置，其特征在于：车号识别模块(302)包括AEI信号获取子模块、视频采集子模块、车号识别子模块、识别结果输出及显示子模块。

6.一种机车车钩高度监测方法，其特征在于：采用两套以上根据权利要求1至5任一权利要求所述的机车车钩高度监测装置，包括如下步骤：

(一)机车经过，触发对射触发模块(101)依次通过光电传感器检查和光电模拟器将光信号转换为电信号；

(二)该电信号被PLC模块(201)编辑后发送给车钩识别模块(301)和车号识别模块(302)，驱使车钩识别模块(301)和车号识别模块(302)的相机开始拍摄照片的工作，其中车号识别模块(302)分别设有用于中段车号读取和高段车号读取的相机；

(三)高清运动相机阵列拍摄的照片通过数据采集模块(401)采集存储，采集后的图片信息经过通讯总线，发送给总服务器(501)；

(四)总服务器(501)利用人工智能算法筛选判断出合格的图片，即识别出车钩机构和车牌图案；

(五)合格的图片再经过图像算法分析计算出车钩高度和机车牌号；

(六)不同机车牌号对应的车钩高度信息再转换成可视化图像和文字，按需要推送展现给每一个装有客户端(601)的电脑或手机。

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