李忠強(qiáng)

摘要：根據(jù)火車車廂連接為死鉤狀態(tài)時(shí)風(fēng)管的狀態(tài)特征，作為判定是否為火車死鉤的依據(jù)，通過采集風(fēng)管狀態(tài)圖像和運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、識(shí)別，當(dāng)判定為死鉤時(shí)，即發(fā)出圖音報(bào)警。

關(guān)鍵詞：翻車機(jī)；死鉤；風(fēng)管；

1 現(xiàn)場(chǎng)問題研究

翻車機(jī)用以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)火車車廂卸載煤炭的功能，是港口煤炭運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)備。由于在輸運(yùn)過程中，經(jīng)過多次編組，會(huì)產(chǎn)生死鉤現(xiàn)象，即連接兩節(jié)車廂端部的鉤頭都不能旋轉(zhuǎn)。如果這種故障不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則進(jìn)入翻車機(jī)房進(jìn)行翻車時(shí)，會(huì)出現(xiàn)損壞鉤頭、夾輪器以及定位車減速軸承的問題，嚴(yán)重時(shí)可造成車廂掉道的事。

2 死鉤特征解析

2.1 顏色特征

運(yùn)煤火車車廂兩端的連接機(jī)構(gòu)，一端為固定不可旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，另一端為活動(dòng)可旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。為了便于區(qū)別車廂的固定端和活動(dòng)端，車廂生產(chǎn)廠家會(huì)把車廂的活動(dòng)端涂刷上醒目的黃色。

當(dāng)發(fā)生死鉤連接時(shí)，表現(xiàn)為相鄰兩節(jié)車廂連接端部顏色均不是醒目的黃色。因此，可以通過識(shí)別鉤頭兩側(cè)車廂端部的顏色特征判斷車廂連接是否為死鉤。

2.2 風(fēng)管特征

當(dāng)相鄰兩節(jié)車廂為旋轉(zhuǎn)鉤頭和固定鉤頭相連接時(shí)，稱之為活鉤。在車廂連接為活鉤的狀態(tài)下，從垂直于車廂連接線的角度觀察，風(fēng)管相對(duì)鉤頭的位置有兩種狀態(tài)。其一，風(fēng)管在鉤頭的近端：風(fēng)管的兩端均在鉤頭的同一側(cè)，且風(fēng)管整體處于一個(gè)平面；其二，風(fēng)管在鉤頭的遠(yuǎn)端：風(fēng)管的兩端均在鉤頭的同一側(cè)，且風(fēng)管整體處于一個(gè)平面。（見圖1）

當(dāng)相鄰兩節(jié)車廂為固定鉤頭與固定鉤頭相連時(shí)，則為死鉤。從垂直于車廂連接線的角度觀察，風(fēng)管相對(duì)鉤頭的位置表現(xiàn)為：風(fēng)管的兩個(gè)端頭分別處于火車鉤頭的兩側(cè)，風(fēng)管不處于一個(gè)平面，而是呈現(xiàn)出扭曲的狀態(tài)。

3 死鉤判別方法探析

通過死鉤特征的分析不難得出，可以通過識(shí)別車廂端部顏色和風(fēng)管狀態(tài)作為判定車輛連接狀態(tài)是否為死鉤的條件。

3.1 利用車廂黃色端部識(shí)別

端部的顏色可以通過視頻監(jiān)控以及現(xiàn)場(chǎng)人員巡視的方式進(jìn)行識(shí)別，從而以人工的方式判別車廂連接狀態(tài)是否為死鉤。這種方式的弊病主要體現(xiàn)在人為因素起決定作用，導(dǎo)致這種判別方式可靠性差。

3.2 利用風(fēng)管狀態(tài)識(shí)別

根據(jù)車廂連接為死鉤和活鉤狀態(tài)下，風(fēng)管所處的狀態(tài)特征，利用視頻進(jìn)行多組圖像自動(dòng)采集，然后再由計(jì)算機(jī)對(duì)所采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行去擾優(yōu)化，再進(jìn)行對(duì)比計(jì)算分析，最終做出是否為死鉤的判斷。如果確為死鉤，即自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息。

4 風(fēng)管特征判別方案設(shè)計(jì)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工藝研究

國(guó)投曹妃甸港口有限公司所使用的翻車機(jī)為A、B 2臺(tái)2翻翻車機(jī)串聯(lián)組成的4翻式翻車機(jī)。A、B翻車機(jī)既可以進(jìn)行4連翻，也可以單獨(dú)進(jìn)行2連翻。

當(dāng)翻車機(jī)工作于2連翻工藝時(shí)，則火車待翻轉(zhuǎn)的鉤頭停靠在圖X所示的位置，當(dāng)工作于4連翻工藝時(shí)，則火車待翻轉(zhuǎn)的鉤頭?？吭趫DY所示的位置。

4.2 風(fēng)管特征識(shí)別與死鉤判定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況解析得出的結(jié)論，每條翻車線，需要安裝兩套現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置。現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，通過信號(hào)電纜分別傳輸?shù)椒厥业暮笈_(tái)管理機(jī)，再采用計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別系統(tǒng)，判別X、Y位置兩個(gè)鉤頭的情況。如果判定為死鉤，則立即發(fā)送報(bào)警信息到翻車機(jī)司機(jī)操控系統(tǒng)顯示屏。

整個(gè)識(shí)別與判定系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置和后臺(tái)管理機(jī)。其中數(shù)據(jù)采集裝置主要是采集風(fēng)管的圖像數(shù)據(jù)和運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)，后臺(tái)管理機(jī)則是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比對(duì)，并做出車輛連接狀態(tài)是否為死鉤的判斷和發(fā)送圖音報(bào)警信息。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)翻車機(jī)控制系統(tǒng)PLC提供的信號(hào)采集車廂側(cè)面圖像。其中，照相機(jī)為面陣采集設(shè)備，采集區(qū)域?yàn)榫G色背景的區(qū)域，包含整個(gè)鉤頭、風(fēng)管及車廂端部信息；而數(shù)據(jù)采集設(shè)備為點(diǎn)采集裝置，當(dāng)收到翻車機(jī)控制系統(tǒng)PLC發(fā)出的信號(hào)時(shí)，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，隨著車體的移動(dòng)，可以捕獲一條線的數(shù)據(jù)，如圖2.2所示的紅色線條，線條的高度位于鉤頭的下方，風(fēng)管底部的上方，保證紅色線可靠切割風(fēng)管即可。

相機(jī)采集到的面陣圖像數(shù)據(jù)與激光器采集到的線條輪廓數(shù)據(jù)在收到PLC發(fā)出的停止信號(hào)后，實(shí)時(shí)傳送給后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)；后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、聚類，提取表征風(fēng)管的有效數(shù)據(jù)，并進(jìn)行均值處理，提取出代表風(fēng)管信息的數(shù)據(jù)，與事先標(biāo)定好的鉤頭中心位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而判斷風(fēng)管端部數(shù)據(jù)相對(duì)鉤頭中心位置的關(guān)系。

如果兩段風(fēng)管數(shù)據(jù)一段大于鉤頭中心位置數(shù)據(jù)，一段小于鉤頭中心位置數(shù)據(jù)，則可以說明風(fēng)管為跨接，是典型的死鉤特征；如果兩段風(fēng)管數(shù)據(jù)均大于或者均小于鉤頭中心位置數(shù)據(jù)，說明風(fēng)管兩端在同側(cè)，或者在近端（均小于時(shí)），或者在遠(yuǎn)端（均大于時(shí)），是典型的活鉤特征。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)照相機(jī)將所采集到的圖像數(shù)據(jù)，傳送到管理工控機(jī)。

當(dāng)出現(xiàn)死鉤現(xiàn)象時(shí)，后臺(tái)計(jì)算機(jī)將報(bào)警信息發(fā)送到翻車機(jī)控制系統(tǒng)PLC，并以聲光報(bào)警的方式提供給操作人員，操作人員可以通過管理工控機(jī)上提供的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像，進(jìn)行二次判斷。

4.3 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理

采集設(shè)備的初次安裝時(shí)需要經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)定，標(biāo)定探頭的高度、與鐵軌的距離、探頭的角度等參數(shù)，存儲(chǔ)于管理工控機(jī)內(nèi)，參與后期的數(shù)據(jù)處理。（見圖3）

由于數(shù)據(jù)采集裝置存在于室外，容易受到外界環(huán)境諸如風(fēng)、光、雨、雪以及風(fēng)管等因素的影響，采集的數(shù)據(jù)中會(huì)有這些因素的干擾。通過采取一些不同的濾波算法將干擾數(shù)據(jù)剔除，然后就能夠很輕易的捕捉到車輪和風(fēng)管的特征數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處理，從而準(zhǔn)確判定車鉤的狀態(tài)。

對(duì)于干擾影響很小的檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)提取、分析算法即可完成檢測(cè)，檢測(cè)精度能達(dá)到100%；對(duì)于檢測(cè)數(shù)據(jù)受外界干擾嚴(yán)重的情況，添加相應(yīng)的算法，仍能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確處理，識(shí)別精度能夠達(dá)到99%，誤識(shí)別率小于1%，漏識(shí)別率為0。

5 結(jié)語

由于火車死鉤導(dǎo)致的生產(chǎn)事故影響廣，損失大，一直以來是進(jìn)行翻卸作業(yè)的企業(yè)比較頭疼的一個(gè)問題。雖也屢有人提出或者實(shí)施一些改造方法，但效果并不太理想。而該文另辟蹊徑，以風(fēng)管的狀態(tài)為主要特征并輔以視頻監(jiān)控的方式來判定車廂連接時(shí)態(tài)是否死鉤，為具有類似設(shè)備工藝的企業(yè)提供了一個(gè)優(yōu)秀的死鉤識(shí)別方案，可以有效為企業(yè)消除安全隱患，提供設(shè)備的可靠性和作業(yè)效率。