CN207089322U - 一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，包括第一摄像头、第二摄像头、液晶显示器、第一图像采集芯片、第二图像采集芯片、第一FPGA、第二FPGA、ARM处理器、继电器、声光报警器、降压模块、电源；本实用新型利用单目机器视觉的便携性和检测准确性高的特点，实现基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统可根据作业现场的变化，便捷移动；并根据需防护的区域灵活性调整，有效提升现场作业防护的准确率和便捷性，系统具有构成简洁、灵活适应现场作业地点变更、现场布设便捷、视频检测灵敏度高等优点。

Description

一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统

技术领域

本实用新型涉及单目机器视觉检测技术和信息处理领域，尤其涉及一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统。

背景技术

铁路的正常运行必须由铁路现场施工和对运行设备的检修维护作为保障，尽可能的降低铁路现场施工与维护作业在保障安全的前提下对铁路运输的影响，因此保障铁路现场施工作业安全具有重要的现实意义。

目前，铁路现场作业防护主要以“人工三点防护”和制度制约为主，缺乏切实可行的辅助装置，如果施工和维护的作业点相对增加，只是以人工防护的手段或者制度制约为主要防护手段，很难保证施工作业人员的人身、设备及铁路行车安全。作业调度是从时间上区分正常运输时段和作业施工时段，一般将维修和施工的时间安排在天窗点内完成；但是随着列车开行的高密度化，普通天窗难以满足运输效率需要；这样人工防护的局限性就显现出来，很难实现现场工作人员的安全。采用卫星定位技术和无线通信技术可以有效监控较大范围内列车运行状况，安全防护效果良好。但需要在列车和施工作业人员都配备卫星定位装置和无线通信装置，投资巨大且系统实现复杂，不利于现场推广。

现有的一种基于雷达的铁路现场作业双向安全防护系统，通过雷达检测现场的情况，如果检测到有列车接近的信息就会马上通过自身的报警器进行报警，现场施工的工作人员听到报警器报警以后马上下道，撤离危险区，这样可以有效地保证现场施工人员的安全，但是雷达检测信息的时候误警率比较高，雷达进行检测的时候通过发射电磁波和接受反射回来的电磁波信号来判断是否有车辆驶入的，雷达检测信号受电磁波波束角的影响，横向探测范围过大，会把不是防护轨上行驶的列车或者沿线的汽车也作为运动目标进行检测，必然出现误报警的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，以解决上述现有技术中存在的问题。

本实用新型所采用的技术方案为：一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，包括第一摄像头、第二摄像头、液晶显示器、第一图像采集芯片、第二图像采集芯片、第一FPGA、第二FPGA、ARM处理器、继电器、声光报警器、降压模块、电源；所述电源输出端连接第一摄像头、第二摄像头、降压模块的输入端，所述第一摄像头输出端连接液晶显示器、第一图像采集芯片的输入端，所述第二摄像头输出端连接液晶显示器、第二图像采集芯片输入端，所述第一图像采集芯片的输出端连接第一FPGA的输入端，所述第一FPGA 的输出端连接ARM处理器的输入端，所述第二图像采集芯片输出端连接第二FPGA 的输入端，所述第二FPGA的输出端连接ARM处理器的输入端，所述ARM处理器的输出端连接继电器的输入端，所述继电器的输出端连接声光报警器，所述降压模块的输出端连接ARM处理器108的输入端。

进一步地，所述ARM处理器为32位ARM处理器。

进一步地，所述第一图像采集芯片、第二图像采集芯片实现图像的采集。

进一步地，所述第一FPGA、第二FPGA实现图像的背景建模、差分及目标特征向量提取。

进一步地，所述继电器接受ARM处理器发出的电流信号，从而控制声光报警器。

进一步地，所述液晶显示器将第一摄像头、第二摄像头观测的距离和背景情况显示出来，在调节第一摄像头、第二摄像头时将观测的实际情况展现在液晶显示屏屏幕上。

本实用新型的有益效果为：利用单目机器视觉的便携性和检测准确性高的特点，实现基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统可根据作业现场的变化，用第一摄像头和第二摄像头分别对作业现场的上行和下行进行实时监测，摄像头满足远距离实时探测需要，根据不同的现场环境，摄像头所监测的范围和距离都可以进行调节。采用第一图像采集芯片和第二图像采集芯片分别对第一摄像头和第二摄像头所监测到的图像信息进行处理，有效的避免上下行信息发生混乱；采用第一FPGA和第二FPGA分别对第一图像采集芯片和第二图像采集芯片所得到的图像信息进行处理，将上行监测到信息和下行监测到信息分别送往ARM处理器，根据ARM处理器中的算法和设定好的阈值对监测到的图像信息进行处理，这种对上下行的具体监测信息进行分开处理的方式有效地提高系统的可靠性，有效提升现场作业防护的准确率和便捷性。

附图说明

图1是一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统结构框图。

图中：101、第一摄像头；102、第二摄像头；103、第一图像采集芯片；104、第二图像采集芯片；105、第一FPGA；106、第二FPGA；107、液晶显示器；108、 ARM处理器；109、继电器；110、声光报警器；111、降压模块；112、电源。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，包括第一摄像头101、第二摄像头102、液晶显示器107、第一图像采集芯片103、第二图像采集芯片104、第一FPGA105、第二FPGA106、ARM处理器108、继电器 109、声光报警器110、降压模块111、电源112；所述电源111输出端连接第一摄像头101、第二摄像头102、降压模块111的输入端，所述第一摄像头101输出端连接液晶显示器107、第一图像采集芯片103的输入端，所述第二摄像头 102输出端连接液晶显示器107、第二图像采集芯片104输入端，所述第一图像采集芯片103的输出端连接第一FPGA105的输入端，所述第一FPGA105的输出端连接ARM处理器108的输入端，所述第二图像采集芯片104输出端连接第二 FPGA106的输入端，所述第二FPGA106的输出端连接ARM处理器108的输入端，所述ARM处理器108的输出端连接继电器109的输入端，所述继电器109的输出端连接声光报警器110，所述降压模块111的输出端连接ARM处理器108的输入端；所述ARM处理器108为32位ARM处理器，所述第一图像采集芯片103、第二图像采集芯片104实现图像的采集，所述第一FPGA105、第二FPGA106实现图像的背景建模、差分及目标特征向量提取，所述继电器109接受ARM处理器 108发出的电流信号，从而控制声光报警器110，所述液晶显示器107将第一摄像头101、第二摄像头102观测的距离和背景情况显示出来，在调节第一摄像头 101、第二摄像头102时将观测的实际情况展现在液晶显示器107屏幕上。

接通电源112，第一摄像头101和第二摄像头102分别对作业点上行和下行两侧的动目标进行探测，并经由第一图像采集芯片103、第二图像采集芯片104、第一FPGA105、第二FPGA106实现对图像的采集、背景建模、差分及目标特征的向量提取，然后向ARM处理器108发送测量数据；ARM处理器108分别对第一摄像头101和第二摄像头102拍摄的信息进行处理分析,将动目标信息依次与初始设定阈值相比较，如果超过阈值，则触发继电器109驱动声光报警器110进行报警，提示作业人员撤离到安全区域。

ARM处理器108采用32位ARM完成，经由第一图像采集芯片103、第二图像采集芯片104、第一FPGA105、第二FPGA106对图像进行采集、背景建模、差分与目标特征向量的提取，来接收来自第一摄像头101和第二摄像头102的数据信息，并进行处理；声光报警器110，可采用分离的声音报警模块和灯光报警模块，也可以采用声光一体式的报警器；由ARM处理器108送出的开关信号借助继电器109驱动；液晶显示器107，可将第一摄像头101和第二摄像头102拍摄的信息分行显示，当发生报警时，液晶显示器107液晶屏锁死；基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，在实施可设置一套即可满足V型天窗或者垂直天窗的需要。

实施过程：将根据现场作业所防护的区域，确定摄像头需探测动目标的方向(上行或下行)，并将第一摄像头101和第二摄像头102分别对准上行和下行探测方向；接通电源112启动第一摄像头101和第二摄像头102，探测动目标，获取其信息并显示，然后第一图像采集芯片103采集第一摄像头101的监测信息，并将采集到的图像信息送给第一FPGA105,第一FPGA105进行图像的背景建模、差分及目标特征向量的提取；第二图像采集芯片104采集第二摄像头102 的监测信息，并将采集到的图像信息送给第二FPGA106,第二FPGA106进行图像的背景建模、差分及目标特征向量的提取。ARM处理器108分析上、下行动目标的速度、距离等信息超过系统设置的告警阈值，系统声光报警器110报警；现场作业人员撤离到安全区域。实现了作业现场上、下行双方向的同时防护，不论上行还是下行，只要有一个方向监测到有车辆驶入，系统就会实施报警，提醒工作人员撤离到安全区域。

本实用新型适用于铁路现场作业的V型天窗或垂直天窗，现场作业过程中将一套该系统的第一摄像头101和第二摄像头102分别对准上行来车或者下行来车方向，每个摄像头对应一个嵌入式硬件平台构成一个单元节点，ARM处理器 108采用ARM(LM3S6965)处理器，第一图像采集芯片103、第二图像采集芯片104 采用SAA47111A，第一FPGA105、第二FPGA106采用EP3C40Q240C8N,液晶显示器107采用LTV350QV-F07，声光报警器110采用一体式声光报警器。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，其特征在于：包括第一摄像头(101)、第二摄像头(102)、液晶显示器(107)、第一图像采集芯片(103)、第二图像采集芯片(104)、第一FPGA(105)、第二FPGA(106)、ARM处理器(108)、继电器(109)、声光报警器(110)、降压模块(111)、电源(112)；所述电源(112)输出端连接第一摄像头(101)、第二摄像头(102)、降压模块(111)的输入端，所述第一摄像头(101)输出端连接液晶显示器(107)、第一图像采集芯片(103)的输入端，所述第二摄像头(102)输出端连接液晶显示器(107)、第二图像采集芯片(104)输入端，所述第一图像采集芯片(103)的输出端连接第一FPGA(105)的输入端，所述第一FPGA(105)的输出端连接ARM处理器(108)的输入端，所述第二图像采集芯片(104)输出端连接第二FPGA(106)的输入端，所述第二FPGA(106)的输出端连接ARM处理器(108)的输入端，所述ARM处理器(108)的输出端连接继电器(109)的输入端，所述继电器(109)的输出端连接声光报警器(110)，所述降压模块(111)的输出端连接ARM处理器(108)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，其特征在于：所述ARM处理器(108)为32位ARM处理器。

3.根据权利要求1所述的一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，其特征在于：所述第一图像采集芯片(103)、第二图像采集芯片(104)实现图像的采集。

4.根据权利要求1所述的一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，其特征在于：所述第一FPGA(105)、第二FPGA(106)实现图像的背景建模、差分及目标特征向量提取。

5.根据权利要求1所述的一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，其特征在于：所述继电器(109)接受ARM处理器(108)发出的电流信号，从而控制声光报警器(110)。

6.根据权利要求1所述的一种基于单目机器视觉的铁路现场作业双向安全防护系统，其特征在于，所述液晶显示器(107)将第一摄像头(101)、第二摄像头(102)观测的距离和背景情况显示出来，在调节第一摄像头(101)、第二摄像头(102)时将观测的实际情况展现在液晶显示器(107)屏幕上。