铁路站段专用线基于机械视觉分析的调车作业辅助管理系统

李修岭

摘要：铁路站段专用线调车作业是铁路运输的末梢神经，是铁路运输的最基础的工作，站段专用线调车作业，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。伴随机器视觉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。

关键词：铁路；智能；视觉分析；信号系统

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，目前己经安装使用的基于机器视觉分析的调车作业辅助管理系统，能够对前方的铁轨区域路况进行监控记录、分析计算、提示报警、提取图像、实施强制控制，实现了调车作业辅助驾驶的目的。

一、铁路机器视觉技术概述

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，为进一步提高调车作业前方行人、车辆等的识别智能化程度，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。

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，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。为解决上述问题。设计了基于机器视觉分析技术的智能化调车作业管理系统。

机械视觉相关技术的应用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。

基于机器视觉分析的调车作业辅助管理系统的特点是，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的目的。

二、机器视觉调车作业辅助管理系统组成

基于机器视觉分析的调车作业辅助管理系统由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、强制控制子系统组成。

1、视觉信号采集及测距子系统

视觉信号采集及测距子系统包括高品质摄像头、激光测距仪组合而成，并具备无线发射信息的功能；该组合体由调车员携带，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。

2、信号传输子系统

信号传输全部采用无线方式传输，摄像头、激光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场景用无线传输的方式传送到调度指挥中心，在调度指挥中心的大屏上显示，这样做是因为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。

3、分析计算子系统

分析、计算子系统由工业控制计算机组成，安装在调车机上；其功能包括：接受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以及记录、并保存调车作业的相关信息。

4、显示及提示子系统

调车机上设置显示器和语音播报系统，利用调度指挥中心的计算机和大屏组成显示及提示子系统，该系统的任务是显示、播报传送的作业信息。

5、强制控制子系统

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影响及测距信息，经过分析计算得出结论，进行显示和提示，在显示提示无效的等紧急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。

强制控制子系统结构图

三、系统运用效果分析

基于机器视觉分析的调车作业辅助管理系统采用了高清摄像、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辅助驾驶作用，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。

基于机器视觉分析的调车作业辅助管理系统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我们设定的距离时，该系统能够强制介入驾驶，实施紧急停车，确保调车作业安全；本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。

参考文献：

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