鄧春林，李文寶，劉備，陳曉亮，陳元

(1.南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，江西 南昌 330038；2.成都唐源電氣股份有限公司，四川 成都 610046）

南昌軌道交通自2009 年開工建設(shè)以來，目前已開通運(yùn)營(yíng)2 條地鐵線路，運(yùn)營(yíng)里程60.35kM，其中1 號(hào)線和延長(zhǎng)線39 列車，2 號(hào)線和南延線34 列車，3 號(hào)線32列車，4 號(hào)線46 列車，總計(jì)151 列車。目前地鐵電客車都是在每日運(yùn)營(yíng)結(jié)束后入庫(kù)檢修，檢修模式為傳統(tǒng)的地溝人工檢修，主要的手段是通過簡(jiǎn)單測(cè)量工具及手電等工器具按照車輛檢修規(guī)程規(guī)定的內(nèi)容對(duì)列車進(jìn)行檢測(cè)，此種檢修方法效率極為低下，同時(shí)檢修效果完全依靠工人的經(jīng)驗(yàn)，浪費(fèi)了大量的人力和物力，工作效率低、勞動(dòng)力耗費(fèi)巨大，漏檢率高。智能化、信息化的車體360°在線智能檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用，可將安全方面的工作提升到全新的水準(zhǔn)。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

車體360°動(dòng)態(tài)圖像智能檢測(cè)系統(tǒng)主要包括軌旁設(shè)備和DCC 設(shè)備。其中，DCC 設(shè)備包括數(shù)據(jù)服務(wù)和客戶端，數(shù)據(jù)服務(wù)用于接收軌旁設(shè)備采集、處理完畢后的檢測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，并為客戶端提供Web 服務(wù)，客戶端用于接入數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看、實(shí)時(shí)報(bào)警、數(shù)據(jù)查閱和缺陷管理等功能；軌旁設(shè)備主要包括車側(cè)檢測(cè)模塊、車體及車號(hào)檢測(cè)模塊、車頂檢測(cè)模塊、車底檢測(cè)模塊和軌旁控制機(jī)柜，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)如下。

車底檢測(cè)模塊包括線陣相機(jī)、3D 相機(jī)、面陣相機(jī)和紅外相機(jī)四種成像設(shè)備組成的車底成像模塊，如圖2 所示，其中線陣相機(jī)與3D 相機(jī)一體化封裝、面陣相機(jī)與紅外相機(jī)一體化封裝，以實(shí)現(xiàn)線陣相機(jī)與3D 相機(jī)共用線激光并同步觸發(fā)；面陣相機(jī)與紅外相機(jī)視野重合，同步觸發(fā)且?guī)室恢拢沟妹骊嚦上衽c熱成像對(duì)應(yīng)。面陣紅外一體化封裝模塊包括面陣相機(jī)、頻閃光源、紅外相機(jī)、同步觸發(fā)電路板，如圖3 所示。

圖2 車底成像模塊

圖3 面陣紅外一體化封裝模塊

車側(cè)檢測(cè)模塊采用，為線陣相機(jī)、3D 相機(jī)和線激光一體化封裝的TY-IMG-2D3D 模塊，以實(shí)現(xiàn)線陣相機(jī)與3D 相機(jī)共用線激光并同步觸發(fā)，如圖4 所示。當(dāng)雷達(dá)探測(cè)到列車來車，控制電路獲取來車信號(hào)，觸發(fā)TY-IMG-2D3D 開始采集數(shù)據(jù)。

圖4 TY-IMG-2D3D 組件

車體檢測(cè)模塊和車頂檢測(cè)模塊采用特殊設(shè)計(jì)的TYIMG-2D 組件，TY-IMG-2D 組件包括線陣光源一體化模塊用于接入TY--CAL-TX2 采集。

通過TY-IMG-2D 組件、TY-IMG-2D3D 組件和面陣紅外一體化模塊的一體化封裝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)三者同步觸發(fā)采集列車車體動(dòng)態(tài)圖像，從而自動(dòng)識(shí)別列車車頂、車體、車側(cè)、車底轉(zhuǎn)向架、車鉤、輪對(duì)、閘瓦、牽引裝置、電機(jī)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、齒輪箱、風(fēng)缸等關(guān)鍵部件的缺失、松動(dòng)、脫落、異物、劃痕故障報(bào)警。

通過以上檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)使得車體360°動(dòng)態(tài)圖像智能檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)列車不停車自動(dòng)檢測(cè)，覆蓋了不低于80%的人工車下無電日檢作業(yè)和95%輪對(duì)尺寸測(cè)量作業(yè)，同時(shí)可獲取大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析和智能挖掘，對(duì)異常情況發(fā)出警報(bào)，方便及時(shí)檢修車輛。該智能系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性，可接入地鐵車輛中大部分的檢修設(shè)備，并建立地鐵車輛的大數(shù)據(jù)庫(kù)，深度分析各個(gè)設(shè)備，為車輛的高級(jí)修程提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為后續(xù)的均衡修、狀態(tài)修提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)保障車輛安全也起著重要的作用，從而實(shí)現(xiàn)車輛從傳統(tǒng)的日檢到雙日檢、四日檢、八日檢，實(shí)現(xiàn)車輛檢修向檢修智能化、自動(dòng)化發(fā)展，延長(zhǎng)修程時(shí)間，降低人力物力成本。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括設(shè)備控制單元、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集及處理單元、狀態(tài)中心服務(wù)單元、系統(tǒng)維護(hù)單位及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。

設(shè)備控制單元主要完成對(duì)雷達(dá)、激光傳感器、相機(jī)、光源的觸發(fā)拍照。上述檢測(cè)模塊通過各自板卡將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制服務(wù)，控制服務(wù)根據(jù)觸發(fā)模塊發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)判斷開始檢測(cè)，并觸發(fā)光源、相機(jī)等模塊，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集及處理單位，根據(jù)設(shè)備控制單元發(fā)送的指令，驅(qū)動(dòng)線陣相機(jī)、3D 相機(jī)、面陣相機(jī)、紅外相機(jī)同步采集并歸檔存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，調(diào)用車號(hào)識(shí)別算法，對(duì)采集和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行車號(hào)自動(dòng)識(shí)別。通過檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳單元將現(xiàn)場(chǎng)采集處理后的數(shù)據(jù)傳到遠(yuǎn)程控制中心和狀態(tài)中心服務(wù)單位進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)展示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 來車觸發(fā)子系統(tǒng)

來車觸發(fā)子系統(tǒng)主要用于設(shè)備來車啟動(dòng)功能及車離開關(guān)閉功能，主要由短波雷達(dá)、線陣成像模塊及信號(hào)處理控制模塊組成，如圖5 所示。來車啟動(dòng)功能指當(dāng)雷達(dá)探測(cè)到車輛到來的速度信號(hào)，由信號(hào)處理模塊發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)車輛360°檢測(cè)系統(tǒng)的前端相機(jī)、光源，開始采集數(shù)據(jù)；車離開關(guān)閉功能指當(dāng)雷達(dá)探測(cè)到車速為零，信號(hào)處理模塊發(fā)送關(guān)閉信號(hào)，關(guān)閉車輛360°檢測(cè)系統(tǒng)的前端相機(jī)、光源，關(guān)閉出光口防塵罩。

圖5 來車觸發(fā)子系統(tǒng)

3.2 車號(hào)識(shí)別子系統(tǒng)

車號(hào)識(shí)別子系統(tǒng)采用智能圖像處理系統(tǒng)，在車輛不停車的情況下，識(shí)別每輛車的車號(hào)信息，并及時(shí)將車號(hào)數(shù)據(jù)，圖像，視頻信息上傳到服務(wù)器，對(duì)進(jìn)出的車輛進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并保存數(shù)據(jù)。

車號(hào)識(shí)別子系統(tǒng)主要由圖像采集盒、光電傳感器、車號(hào)識(shí)別主機(jī)構(gòu)成，其中圖像采集盒安裝在軌邊，采集盒內(nèi)安裝有高清工業(yè)相機(jī)、高亮LED 補(bǔ)光燈、控制主機(jī)，車號(hào)主機(jī)為一臺(tái)安裝有圖像處理、識(shí)別軟件的工控機(jī)。如圖6 所示。

圖6 圖像識(shí)別車號(hào)子系統(tǒng)架構(gòu)

通過軌邊車號(hào)抓拍攝像機(jī)采集到的車號(hào)圖像，在圖像處理與分析主機(jī)里自動(dòng)分析出車號(hào)信息，如圖7 所示。

圖7 車號(hào)識(shí)別工作流程示意圖

具體車號(hào)算法識(shí)別技術(shù)采用目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和圖像分類網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)車號(hào)識(shí)別算法模型，對(duì)線陣成像模塊采集到的車號(hào)圖像進(jìn)行智能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)提取車號(hào)區(qū)域、智能識(shí)別車號(hào)的功能。識(shí)別效果和準(zhǔn)確地受圖像質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響較小，且識(shí)別準(zhǔn)確度更高，解決了由于車號(hào)采集設(shè)備安裝在復(fù)雜室外環(huán)境導(dǎo)致的圖像識(shí)別問題；車號(hào)識(shí)別可兼容字符形態(tài)多樣，解決了列車進(jìn)出站時(shí)列車變速運(yùn)動(dòng)造成的車號(hào)字符拉伸或壓縮的圖像識(shí)別問題；識(shí)別結(jié)果不受列車車型的影響與限制，無須訓(xùn)練多個(gè)識(shí)別模型，在各種車型間可以做到兼容，解決了多車型、多字形、多車號(hào)命名規(guī)則的識(shí)別問題。如圖8 所示。

圖8 車號(hào)識(shí)別算法流程圖

4 結(jié)語

通過采用研究設(shè)計(jì)的車體360°動(dòng)態(tài)圖像智能檢測(cè)系統(tǒng)研究，解決和改善車輛部門的檢修規(guī)程和業(yè)務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的檢測(cè)手段，減少車輛日?；貛?kù)后人工巡檢的工作量，實(shí)現(xiàn)車輛關(guān)鍵部件狀態(tài)提前預(yù)警。實(shí)現(xiàn)列車不停車自動(dòng)檢測(cè)，獲取大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析和智能挖掘，對(duì)異常情況發(fā)出警報(bào)，方便及時(shí)檢修車輛，提高檢修效率。