CN114212122A - 一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统及方法，涉及调车作业技术领域，用以解决现有技术不能实现调车作业辅助驾驶的问题。本发明的技术要点包括：系统包括视觉信号采集及测距子系统、信号传输子系统、分析计算子系统、显示及提示子系统、强制控制子系统；视觉信号采集及测距子系统用于采集列车前方图像信息和与前方障碍物的距离信息；分析计算子系统用于对图像信息或距离信息进行分析计算，获得图像比对结果或障碍物检测结果；显示及提示子系统用于显示图像并发出报警信号；强制控制子系统用于当列车没有对报警信号做出即时反应时对运行中的列车进行紧急制动。本发明能够实现调车辅助驾驶，并在极限情况下机械干预驾驶。
Description
技术领域
本发明涉及调车作业技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统及方法。
背景技术
站段专用线调车作业中，机车司机因调车任务繁重、工作环境艰苦、作息时间不规律等原因，常年处于高负荷和紧张的工作状态，身体极易疲劳；站段专用线中线路信号不比正线行车信号，缺乏主动识别与自动控制设施；这极大增加了调车作业的安全风险。基于机器视觉的相关技术发展与毫米波雷达技术的普及，将其应用到站段专用线调车作业中，能够减轻司机的驾驶工作量，帮助司机监测调车线路上的潜在危险，减小事故的发生率。基于机器视觉的智能处理方法，具有计算速度快、建设成本低和分类能力强等显著特点，非常适合应用于调车机车防控系统。轨道交通图像辅助驾驶技术的应用有着自身的特点，最重要的是保证算法的有效性和实时性。机器视觉初步应用以辅助司机驾驶为主，目前已经安装使用的“6A”系统中的自动视频监控及记录子系统(Automatic Video Display and RecordSystem，AVDR)能够对前方的铁轨区域路况进行监控记录，但并不包含计算、分析和报警等提取图像关键信息的功能，无法实现调车辅助驾驶的目的。
机器视觉相关技术是未来多年内十分重要的研究发展方向，进一步提高调车作业前方行人、车辆、设备设施的识别智能化程度，所以进行调车作业安全防控系统的研究具有到较大的社会价值及现实意义。国外研究中，使用多传感器比如激光雷达，无线电雷达，摄像机用于检测铁轨以及异物，但调车机车制动距离长，需要检测的范围也就更大，远距离、高精度的多传感器成本太高，限制了雷达等方案的应用。国内研究中，利用方向模板进行边缘增强，选取合适的铁轨位置和行人，通过创建铁轨分段线性模型确定铁轨区域。复杂模型可以得到前方铁轨的准确位置，但是对噪声点也更加敏感，计算复杂度也更高，不适合实时性检测任务。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提出一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统及方法，用以解决现有技术不能实现调车作业辅助驾驶的问题。
根据本发明一方面，提出一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统，该系统包括视觉信号采集及测距子系统、信号传输子系统、分析计算子系统、显示及提示子系统；其中，
所述视觉信号采集及测距子系统用于采集列车前方图像信息和与前方障碍物的距离信息；
所述信号传输子系统用于将图像信息和距离信息传输到分析计算子系统；
所述分析计算子系统用于对图像信息或距离信息进行分析计算，获得图像比对结果或障碍物检测结果；
所述显示及提示子系统用于根据图像比对结果或障碍物检测结果显示图像并发出报警信号；
所述视觉信号采集及测距子系统的输出连接所述信号传输子系统的输入，所述信号传输子系统的输出连接分析计算子系统的输入，所述分析计算子系统的输出连接显示及提示子系统的输入。
进一步地，还包括强制控制子系统，所述强制控制子系统的输入连接所述分析计算子系统的输出，所述强制控制子系统用于当列车没有对报警信号做出即时反应时，根据图像比对结果或障碍物检测结果对运行中的列车进行紧急制动，以保证调车作业安全。
进一步地，还包括地面调度中心，所述地面调度中心与所述分析计算子系统通过无线方式进行实时通信。
进一步地，所述视觉信号采集及测距子系统包括高清摄像头、激光测距仪和雷达；所述信号传输子系统采用无线方式进行通信；所述显示及提示子系统包括显示器和语音播报模块。
进一步地，所述强制控制子系统包括调车机上采用空气减压制动的制动机构，所述制动机构的制动总风管上接出接头连接排风电磁阀，所述排风电磁阀根据所述分析计算子系统的输出控制指令开启或关闭。
进一步地，当所述障碍物检测结果为在与前方障碍物的距离低于预设安全距离阈值时，所述显示及提示子系统显示与前方障碍物的实时距离并同时进行语音报警，并根据障碍物检测结果中与前方障碍物的不同距离设置分段加强的语音报警信号。
根据本发明另一方面，提出一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、采集列车前方图像信息和与前方障碍物的距离信息；
步骤二、对图像信息或距离信息进行分析计算，获得图像比对结果或障碍物检测结果；
步骤三、根据图像比对结果或障碍物检测结果显示图像并发出报警信号。
进一步地，还包括步骤四、当列车没有对报警信号做出即时反应时，根据图像比对结果或障碍物检测结果对运行中的列车进行紧急制动，以保证调车作业安全。
进一步地，步骤三中所述障碍物检测结果为在与前方障碍物的距离低于预设安全距离阈值时，显示与前方障碍物的实时距离并同时进行语音报警，并根据障碍物检测结果中与前方障碍物的不同距离设置分段加强的语音报警信号。
本发明的有益技术效果是：
本发明采用高清摄像、激光测距、毫米波雷达全景扫描、无线传输、视觉识别、情景判断、控制软件、调车机运行紧急情况下的强制控制等多项先进技术，能够实现调车机作业的负责主驾驶作用，特别是调车机运行紧急情况下的强制制动控制部分，实现了调车机运行紧急情况下的自动控制。本发明提供了驾驶员对前方路况的视频，便于司机观察和操控机车；连挂时可提供与前车的距离，便于司机控制车速；发现障碍时可实现语音报警，报出障碍类型、与运行车辆之间的距离，提醒司机注意观察、谨慎驾驶；在提示无效的情况下，危险距离运行车辆小于设定的距离时，强制介入驾驶，实施紧急停车，确保调车作业安全；本发明系统具备无线传输功能，可将调车作业的实时情况传送到调度指挥中心，便于指挥和监控和调度命令的下达。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明中信号传输子系统的通信示意图；
图3是本发明中强制控制子系统的控制示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，在下文中将结合附图对本发明的示范性实施方式或实施例进行描述。显然，所描述的实施方式或实施例仅仅是本发明一部分的实施方式或实施例，而不是全部的。基于本发明中的实施方式或实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式或实施例，都应当属于本发明保护的范围。
铁路专用线调车与正线行车有很大的区别，首先是没有信号引导；其次是推进情况下，由于前方车辆的遮挡，司机根本无法了解前方线路状况，极易造成调车事故；第三是连挂时很难判断第一辆车与前方车列的距离，给司机驾驶带来了很大的困难。为解决调车作业中，机车司机因运输生产任务繁重、工作环境艰苦、作息时间不规律等原因，造成了常年处于高负荷和紧张的工作状态、身体极易疲劳，增加了调车作业的安全风险的问题，本发明实施例提供一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统，即一种基于机器视觉的智能化调车作业管理系统。
本发明实施例中机器视觉初步应用以辅助司机驾驶为主，安装使用的系统中的自动视频监控及记录子系统，能够对前方的铁轨区域路况进行监控记录，从监控系统中提取图像关键信息，通过计算、分析和报警等的功能，指导司机操作，实现调车辅助驾驶，并在极限情况下机械干预驾驶。
该系统由采集子系统(即视觉信号采集及测距子系统)、传输子系统(即信号传输子系统)、分析计算子系统、显示及提示子系统、强制控制子系统及地面辅助设施组成，如图1所示。视觉信号采集及测距子系统包括高清摄像头、激光跟踪测距仪、雷达，并具备无线发射信息的功能，该子系统由调车员携带，作业时用磁力吸座吸在列车最前方车辆的正前方，采集列车前进方向的视觉信号及与目标或障碍物的距离，并将采集到的信息发送出去；该子系统的工作能源采用可充电锂电池。例如，高清摄像头可采用Huawei/华为HQ1；激光测距可采用艾沃斯Z5；充电锂电池可采用锐鹰260Wh锂电池。
信号传输子系统结构示意图如图2所示。采集到的信息传输全部采用无线方式传输，例如采用华为WiFi6无线传输模块进行传输；摄像头、激光跟踪测距仪提取的现场信息均用无线传输的方式传送到调车作业控制主机，由调车作业控制主机进行分析、计算，再由调车作业控制主机将现场调车作业的图像场景用无线传输的方式传送到地面调度指挥中心，在地面调度指挥中心的大屏上显示，这样做的理由是调车作业是一个移动的作业方式，且移动范围较大，将调车作业控制主机安装在调车机上，可以随车移动，因信号采集系统的能源有限，这样可以缩短信号采集系统的传送距离，进而减少能源消耗；在调车机上电源相对充足，有能力将作业的实时信号传送到调度指挥中心，也方便调度指挥中心与调车机之间的联系。
分析计算子系统由工业控制计算机实现，工业控制计算机例如采用Dell/戴尔XPS8940的计算机，并安装在调车机上；其功能包括：接受地面调度指挥中心的调度指挥命令，播报并显示调度指挥命令；接受视觉信号采集及测距子系统传来的图像和测距信息；分析和处理各种信息；输出信息处理结果，如图像、语音提示、必要时参与驾驶控制；将作业的实时信号传送到调度指挥中心；记录、并保存调车作业的相关信息。
调车机上设置显示器和语音播报模块，利用地面调度指挥中心的计算机和大屏组成显示及提示子系统，该子系统的任务是显示、播报传送的作业信息；显示图像并发出报警信号。司机室主机为Dell/戴尔OPtiplex7080MT。
强制控制子系统结构示意图如图3所示。强制控制子系统是安装在调车机上的一套控制系统，对调车机的运行实施强制控制的子系统，该子系统受分析计算子系统控制，分析计算子系统根据接受到的图像及测距信息，经过分析计算得出结论，进行显示和提示，极端情况下，在显示提示无效的情况下对调车机的运行实施强制干预，进行紧急制动，保证调车作业安全。调车机的制动机构是采用空气制动的，并且是减压制动，在调车机的制动总风管上接出接头接上排风电磁阀，电磁阀在计算机通过IO板的控制下实现排风，达到制动总风管减压、机车制动的目的。
地面辅助设施设置道岔及走向标识，线路端头挡车器标识，脱轨器设置标识，库门标识，库内端头标识等标识，供视觉信号采集及测距子系统采集信号，提供给分析计算子系统分析计算。
本发明另一实施例提供一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、采集列车前方图像信息和与前方障碍物的距离信息；
步骤二、对图像信息或距离信息进行分析计算，获得图像比对结果或障碍物检测结果；
步骤三、根据图像比对结果或障碍物检测结果显示图像并发出报警信号；其中，障碍物检测结果为在与前方障碍物的距离低于预设安全距离阈值时，显示与前方障碍物的实时距离并同时进行语音报警，并根据障碍物检测结果中与前方障碍物的不同距离设置分段加强的语音报警信号；
步骤四、当列车没有对报警信号做出即时反应时，根据图像比对结果或障碍物检测结果对运行中的列车进行紧急制动，以保证调车作业安全。
本发明实施例所述一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助方法的功能可以由前述一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统说明，因此本实施例未详述部分可参见以上系统实施例，在此不再赘述。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
Claims (9)
1.一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统，其特征在于，包括视觉信号采集及测距子系统、信号传输子系统、分析计算子系统、显示及提示子系统；其中，
所述视觉信号采集及测距子系统用于采集列车前方图像信息和与前方障碍物的距离信息；
所述信号传输子系统用于将图像信息和距离信息传输到分析计算子系统；
所述分析计算子系统用于对图像信息或距离信息进行分析计算，获得图像比对结果或障碍物检测结果；
所述显示及提示子系统用于根据图像比对结果或障碍物检测结果显示图像并发出报警信号；
所述视觉信号采集及测距子系统的输出连接所述信号传输子系统的输入，所述信号传输子系统的输出连接分析计算子系统的输入，所述分析计算子系统的输出连接显示及提示子系统的输入。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统，其特征在于，还包括强制控制子系统，所述强制控制子系统的输入连接所述分析计算子系统的输出，所述强制控制子系统用于当列车没有对报警信号做出即时反应时，根据图像比对结果或障碍物检测结果对运行中的列车进行紧急制动，以保证调车作业安全。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统，其特征在于，还包括地面调度中心，所述地面调度中心与所述分析计算子系统通过无线方式进行实时通信。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统，其特征在于，所述视觉信号采集及测距子系统包括高清摄像头、激光测距仪和雷达；所述信号传输子系统采用无线方式进行通信；所述显示及提示子系统包括显示器和语音播报模块。
5.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统，其特征在于，所述强制控制子系统包括调车机上采用空气减压制动的制动机构，所述制动机构的制动总风管上接出接头连接排风电磁阀，所述排风电磁阀根据所述分析计算子系统的输出控制指令开启或关闭。
6.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助系统，其特征在于，当所述障碍物检测结果为在与前方障碍物的距离低于预设安全距离阈值时，所述显示及提示子系统显示与前方障碍物的实时距离并同时进行语音报警，并根据障碍物检测结果中与前方障碍物的不同距离设置分段加强的语音报警信号。
7.一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采集列车前方图像信息和与前方障碍物的距离信息；
步骤二、对图像信息或距离信息进行分析计算，获得图像比对结果或障碍物检测结果；
步骤三、根据图像比对结果或障碍物检测结果显示图像并发出报警信号。
8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助方法，其特征在于，还包括步骤四、当列车没有对报警信号做出即时反应时，根据图像比对结果或障碍物检测结果对运行中的列车进行紧急制动，以保证调车作业安全。
9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的站段专用线调车作业辅助方法，其特征在于，步骤三中所述障碍物检测结果为在与前方障碍物的距离低于预设安全距离阈值时，显示与前方障碍物的实时距离并同时进行语音报警，并根据障碍物检测结果中与前方障碍物的不同距离设置分段加强的语音报警信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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