劉立強(qiáng)

(大秦鐵路股份有限公司太原北車(chē)輛段，山西 太原 030003)

0 引言

根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦鐵路管理局(FAR)的數(shù)據(jù)顯示，超過(guò)1/3的鐵路貨車(chē)脫軌事故是因?yàn)闄C(jī)械部件的故障。而對(duì)這些機(jī)械部件的主要檢查手段就是通過(guò)人工對(duì)每一輛車(chē)的機(jī)械部件進(jìn)行檢查。人工檢測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，檢測(cè)效果受環(huán)境、人的主觀(guān)感受影響大。所以，國(guó)產(chǎn)TFDS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究正是為了解決人工檢查本身存在的各項(xiàng)弊端而出現(xiàn)的。我國(guó)TFDS系統(tǒng)從2001年即開(kāi)始研發(fā)，其中大概經(jīng)過(guò)了四個(gè)發(fā)展階段，2001～2006年是TFDS早期設(shè)備的試驗(yàn)和運(yùn)用階段，系統(tǒng)采用的是1394接口相機(jī)，圖像分辨率為656×491，光源為碘鎢燈。2006～2008年是TFDS－1型系統(tǒng)的試驗(yàn)和運(yùn)用階段，系統(tǒng)采用的是1394接口相機(jī)，圖像分辨率為782×582，光源為HID氙氣燈。2008～2010年為T(mén)FDS－2型系統(tǒng)的試驗(yàn)和運(yùn)用階段，系統(tǒng)采用以太網(wǎng)接口相機(jī)，圖像分辨率為1400×1024，光源為L(zhǎng)ED頻閃燈，具備抗陽(yáng)光干擾功能。2010年至今為T(mén)FDS－3型系統(tǒng)的試驗(yàn)和運(yùn)用階段，系統(tǒng)采用線(xiàn)陣相機(jī)，像素為140萬(wàn)，最高拍攝速度為68000線(xiàn)/秒，光源為激光，圖片質(zhì)量清晰，實(shí)現(xiàn)了行車(chē)方向的無(wú)縫拼接。因此，近年來(lái)，關(guān)于TFDS系統(tǒng)的研究是鐵路行業(yè)貨車(chē)安全防范系統(tǒng)中的重要前沿課題，本文簡(jiǎn)要介紹TFDS－3型貨車(chē)故障軌邊圖像檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用。

1 TFDS應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國(guó)鐵路行業(yè)傳統(tǒng)的TFDS系統(tǒng)大部分均采用LED頻閃燈作為補(bǔ)償光源，在實(shí)際運(yùn)用中，主要存在以下幾方面的問(wèn)題:

1.1 陽(yáng)光干擾環(huán)境下拍攝圖片質(zhì)量不佳

傳統(tǒng)的TFDS采用面陣相機(jī)及LED頻閃燈補(bǔ)償光源圖像采集時(shí)，沉箱和側(cè)箱需全部打開(kāi)，LED頻閃燈補(bǔ)償光源光強(qiáng)利用率很低，受外界光線(xiàn)影響很大，當(dāng)陽(yáng)光直射到攝像機(jī)鏡頭時(shí)，拍攝圖片存在曝光現(xiàn)象，圖片質(zhì)量大大降低。

1.2 圖片拼接效果不理想

傳統(tǒng)的TFDS采用面陣相機(jī)拍攝，每次抓拍的圖像均為一幅圖像，在行車(chē)方向存在拼接，同一部件分為兩張圖顯示，不利于固定位置的定位和故障自動(dòng)識(shí)別。

1.3 干擾后漏拍丟圖

當(dāng)受到外界干擾信號(hào)情況下，如一個(gè)干擾信號(hào)，傳統(tǒng)的TFDS設(shè)備漏拍的是一幅整圖，影響圖片的完整性，容易造成漏檢，給行車(chē)安全造成嚴(yán)重隱患。

2 TFDS－3型設(shè)備工作原理

TFDS－3型貨車(chē)故障軌邊圖像檢測(cè)系統(tǒng)采用線(xiàn)陣相機(jī)的廣角拍攝技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)等對(duì)運(yùn)行的列車(chē)進(jìn)行圖像采集，由控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與處理，計(jì)算出列車(chē)運(yùn)行速度，判斷出列車(chē)車(chē)種車(chē)型，取出系統(tǒng)所需要的車(chē)輛關(guān)鍵部位圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，以一車(chē)一檔的方式在窗口計(jì)算機(jī)中顯示，并能按要求打印、傳輸。通過(guò)人機(jī)結(jié)合的方式判別出車(chē)輛車(chē)體、轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置等部件及其零配件有無(wú)缺損、斷裂、丟失等故障，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)檢測(cè)車(chē)輛故障的目的。

TFDS－3系統(tǒng)的工作流程為:系統(tǒng)進(jìn)行自檢，等待列車(chē)到來(lái)，列車(chē)壓1#、2#車(chē)輪傳感器，控制箱對(duì)磁鋼信號(hào)進(jìn)行放大整形，控制箱輸出信號(hào)到車(chē)輛信息采集機(jī)，車(chē)輛信息采集機(jī)通過(guò)計(jì)算，傳遞命令給控制箱，控制箱負(fù)責(zé)保護(hù)門(mén)和補(bǔ)償光源打開(kāi)，軌邊攝像機(jī)進(jìn)行圖片拍攝。采集結(jié)束后信息處理傳輸設(shè)備將圖像快速傳至列檢檢測(cè)中心，室內(nèi)檢車(chē)員進(jìn)行看圖、分析故障。下圖為T(mén)FDS－3型貨車(chē)故障軌邊圖像檢測(cè)系統(tǒng)工作流程圖(如圖1所示)。

圖1 系統(tǒng)工作流程圖

3 TFDS－3型設(shè)備組成

TFDS－3型貨車(chē)故障軌邊圖像檢測(cè)系統(tǒng)由軌邊探測(cè)設(shè)備、軌邊機(jī)房設(shè)備及列檢設(shè)備3部分組成，下圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(如圖2所示)。

3.1 軌邊探測(cè)設(shè)備

軌邊探測(cè)設(shè)備包括沉箱、側(cè)箱、分線(xiàn)箱，車(chē)輪傳感器組，AEI地面天線(xiàn)激光光源。主要完成開(kāi)機(jī)檢測(cè)、光源補(bǔ)償、車(chē)號(hào)讀取和圖像采集。沉箱和側(cè)箱內(nèi)高速線(xiàn)陣相機(jī)陣列分別對(duì)貨車(chē)車(chē)底和側(cè)架、車(chē)體等部位進(jìn)行圖像拍攝，線(xiàn)陣相機(jī)共七臺(tái);AEI地面天線(xiàn)用來(lái)接收安裝在貨車(chē)底部的標(biāo)簽信息;激光光源給線(xiàn)陣相機(jī)拍攝時(shí)提供光照補(bǔ)償，每個(gè)相機(jī)配備一個(gè)光源。

3.2 軌邊機(jī)房設(shè)備

軌邊機(jī)房設(shè)備包括圖像采集計(jì)算機(jī)、車(chē)輛信息采集計(jì)算機(jī)、控制箱、車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、智能磁鋼板、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。軌邊機(jī)房設(shè)備主要負(fù)責(zé)通過(guò)軌邊的傳感器信號(hào)來(lái)控制高速數(shù)字相機(jī)陣列抓拍圖像，同時(shí)獲取列車(chē)的車(chē)號(hào)等過(guò)車(chē)信息，并將這些信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備高速傳輸?shù)搅袡z檢測(cè)中心。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 列檢設(shè)備

列檢設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器機(jī)柜和圖像瀏覽終端組成。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要完成抓拍圖像的接收、存儲(chǔ)和管理。圖像瀏覽終端主要完成圖像信息的顯示、故障信息的收集及動(dòng)態(tài)檢車(chē)員工作信息的記錄等工作。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2012年10月在北同蒲線(xiàn)軒崗上下行安裝了2臺(tái)哈爾濱科佳通用機(jī)電有限公司生產(chǎn)的TFDS－3型設(shè)備，大秦鐵路股份有限公司太原北車(chē)輛段負(fù)責(zé)該設(shè)備的日常維護(hù)、管理、使用，經(jīng)過(guò)近半年的試運(yùn)行，效果令人滿(mǎn)意。

4.1 應(yīng)用流程

1)列車(chē)到來(lái)后，由軌邊探測(cè)設(shè)備的車(chē)輪傳感器、軌邊機(jī)房設(shè)備的車(chē)輛信息采集計(jì)算機(jī)計(jì)算出列車(chē)軸距。如果是客車(chē)，系統(tǒng)進(jìn)入自鎖狀態(tài);如果是貨物列車(chē)，則控制光源打開(kāi)和線(xiàn)陣相機(jī)進(jìn)行圖像采集，同時(shí)進(jìn)行計(jì)軸計(jì)輛和測(cè)速。

2)圖像采集后，軌邊機(jī)房?jī)?nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)專(zhuān)用光纜通道將圖像快速傳輸至列檢網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，各圖像瀏覽終端檢車(chē)員進(jìn)行看圖檢測(cè)。

3)TFDS動(dòng)態(tài)檢測(cè)員發(fā)現(xiàn)貨車(chē)故障后，標(biāo)注故障位置，TFDS運(yùn)用軟件平臺(tái)自動(dòng)將故障圖片、故障名稱(chēng)、方位、車(chē)次、車(chē)號(hào)、輛序、時(shí)間、發(fā)現(xiàn)人等信息傳輸至工長(zhǎng)機(jī)，動(dòng)態(tài)檢車(chē)組長(zhǎng)在工長(zhǎng)機(jī)上確認(rèn)后，及時(shí)將情況向列檢值班員報(bào)告。

4)列檢值班員通知現(xiàn)場(chǎng)檢車(chē)員，現(xiàn)場(chǎng)檢車(chē)員對(duì)預(yù)報(bào)故障進(jìn)行檢查確認(rèn)后反饋給列檢值班員，列檢值班員將檢查確認(rèn)情況向動(dòng)態(tài)檢車(chē)組長(zhǎng)進(jìn)行反饋，由動(dòng)態(tài)檢車(chē)組長(zhǎng)錄入TFDS運(yùn)用軟件平臺(tái)，運(yùn)用軟件平臺(tái)自動(dòng)將故障信息自動(dòng)上傳至鐵路局車(chē)輛運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)站、鐵道部查詢(xún)中心。

4.2 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)通過(guò)近半年的運(yùn)行，主要有以下幾方面特點(diǎn):

1)TFDS－3型設(shè)備拍攝圖像完整性好，實(shí)現(xiàn)了行車(chē)方向圖片的無(wú)縫拼接(如圖3、圖4所示)，較傳統(tǒng)TFDS系統(tǒng)圖片更直觀(guān)地反映列車(chē)各部件整體效果，便于動(dòng)態(tài)檢車(chē)員識(shí)別貨車(chē)故障，真正提高貨車(chē)安全防范能力。

圖3 行車(chē)方向圖片無(wú)縫拼接

圖4 行車(chē)方向圖片無(wú)縫拼接

2)TFDS－3型設(shè)備取景窗口很小，有效降低了沙塵、雨雪等惡劣環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響。

3)TFDS－3型設(shè)備采用不可見(jiàn)近紅外線(xiàn)性激光光源，配合窄帶濾光片，很好地解決了陽(yáng)光干擾問(wèn)題。

4)TFDS－3型設(shè)備采用線(xiàn)陣相機(jī)拍攝車(chē)體圖像(如圖5所示)，可對(duì)定檢標(biāo)記室內(nèi)確認(rèn)，現(xiàn)場(chǎng)檢車(chē)員不必進(jìn)行現(xiàn)車(chē)確認(rèn)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)破損車(chē)的動(dòng)態(tài)檢查。

圖5 車(chē)體圖像

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，TFDS－3型貨車(chē)故障軌邊圖像檢測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)該在動(dòng)態(tài)檢車(chē)員發(fā)現(xiàn)貨車(chē)故障，特別是攔停范圍內(nèi)的故障后，為了防止鐵路貨車(chē)發(fā)生重大事故，動(dòng)態(tài)檢車(chē)員、動(dòng)態(tài)檢車(chē)組長(zhǎng)、列檢值班員在信息反饋的時(shí)效性方面必須提高;目前，隨著鐵路貨運(yùn)量的逐年增加，TFDS動(dòng)態(tài)檢車(chē)員的工作量和確保安全的壓力也將成倍增加。而動(dòng)態(tài)檢車(chē)員始終擺脫不了環(huán)境、心理、身體狀況及工作強(qiáng)度等各方面因素的影響，容易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，從而造成漏檢、誤檢，給行車(chē)安全造成影響。因此，在一些攔停范圍內(nèi)的故障部位實(shí)現(xiàn)TFDS故障自動(dòng)識(shí)別，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)判別鐵路貨車(chē)運(yùn)行故障勢(shì)在必行，還需要國(guó)內(nèi)相關(guān)研究貨車(chē)故障軌邊圖像檢測(cè)系統(tǒng)的科技工作者在以后的研究工作中做出大量工作。

5 結(jié)論

TFDS－3型貨車(chē)故障軌邊圖像檢測(cè)系統(tǒng)，有效改善及解決了傳統(tǒng)TFDS系統(tǒng)在圖像拼接、圖片質(zhì)量低、抗沙塵、雨雪及陽(yáng)光干擾等方面存在的不足，拍攝的圖片清晰直觀(guān)，連續(xù)完整，實(shí)現(xiàn)了從人檢轉(zhuǎn)向機(jī)檢的目的，提高了列檢作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率，為列檢作業(yè)的人機(jī)分工和TFDS系統(tǒng)的故障自動(dòng)識(shí)別提供了強(qiáng)有力的保證。

［1］ 劉瑞揚(yáng).鐵路貨車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng)(TFDS)的原理及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005

［2］ 趙長(zhǎng)波.鐵路貨車(chē)安全監(jiān)測(cè)與應(yīng)用概論［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010

［3］ 陳伯施，劉瑞揚(yáng).地對(duì)車(chē)安全監(jiān)控體系5T系統(tǒng)信息整合與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006