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铁路货车装载安全监控系统

文档作者：陈兆竣吕亮亮文档来源：北京佳讯飞鸿电气股份有限公司		点击数：	更新时间： 2021年09月04日
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． 轨道交通视频技术实验窒
铁路货车装载安全监控系统
陈兆竣：北京佳讯飞鸿电气股份有限公司，产品经理，北京，1 00095
吕亮亮：北京佳讯飞鸿电气股份有限公司， 系统架构师，北京，1 00095
摘要：铁路货车装载安全监控系统，利
用高清晰数字成像技术和计算机智能识别
技术，通过图像采集设备，对出站或进站
货车进行多个侧面高清图像采集，通过计
算机智能图像识别、对比技术对货车图像
进行分割，并与数据库中标准货车图片进
行比对，识别货车车厢或装载质量问题，
在监控终端进行显示及声光报警。
关键词：铁路货运；货车装载；安全监控
1 概述
随着我国铁路向高速、重载、长编组、长交路快速
发展，对目前货车检修作业模式提出了挑战。
在铁路配货和运输过程中，货车及货物装载状态存
在各类异常情况：
(1)车厢异常，如车门(中门、小f1)未关闭、
松动等；
(2)车厢内装载货物异常，如超高、超宽、偏载
等；
(3)车辆行走中车轮等关键部件异常，如松动或
脱落、与钢轨产生火花等；
(4)苫盖篷布货车异常，如搭扣松开、被风刮起
等：
一98一
(5)车尾标志异常，如丢失、脱落等。
目前这些异常情况需要车辆人员或站台值班员进行
例行检查，工作量巨大，长时间人工作业检查很容易疲
劳，工作效率降低，甚至造成漏检，导致发生行车安全
事故。
因此，如何自动识别并处理上述货运异常状况，是
铁路货运安全的一个挑战，也是铁路信息化的新课题。
铁路货车装载安全监控系统(简称系统)利用高分
辨率线扫描视频采集技术、高性能存储技术、基于静止
图像的视频智能分析技术、红外探测技术、雷达测速技
术和计算机网络技术，对铁路货运车辆状态、货物装载
状态、货车行走状态和车尾标志实时监控；对触发报警
规则的可疑情况做出反应，并通过声光报警等手段通知
值班人员及时处理；同时给操作人员提供高清事故车厢
图像进行确认，通过自动分析和人工分析结合的模式进
行分析，极大提高了货运检查工作效率，降低了劳动强
度，实现铁路货运安全高速发展。
2 系统架构
系统基于光机电一体化技术、自动化控制、视频
智能分析等技术，通过阵列扫描方式获取高清晰的货车
左、右、顶3侧扫描图像，在远程监控中心，货检员能
看到货车通过检测设备时高清扫描图像，并通过专用的
智能图像分析软件对铁路货车装载状态违章图像进行自
动比对及报警提示，实现货检由人工化向自动化过渡。
系统组网逻辑架构(见图1)一般是倒树形三级结
构， 监控中心部署在铁路局或车务段，车站分中心部
署于车站机械室，采集点部署于车站上行或下行的咽喉
区
图1 系统组网逻辑架构
(1)图像分析服务器(PPMS)由服务器硬件、图
像采集设备、图像分析软件模块组成。接收来自图像采
集系统的图像，根据图像判别车型，并与相应车型的预
采集图像进行比对分析，判断车厢是否处于某种异常状
态。对状态信息进行处理后按照既定的通信方式发送给
存储分发节点图像存储服务器(PVMS)。
PPMS的图像可以在列车通过后，PPMs把采集的整
列车图像作为一个文件发送给PVMS，也可以在车辆通
过过程中，把采集到的“扫描线” 逐条发送给PVMS。
前者的缺点是监视终端(LST)显示车辆通过图像的延
时较长，后者的缺点是PVMS和LST的处理稍显复杂。
CHINESERA／／13／,4YS 20I2／05 ： ，￡ 曼
(2)PVMS接收来自PPMS的图像和状态信息，图
像存储在本地磁盘，按照时间、车次等组织存储层次，
并把车厢状态、采集站点、时间、存储位置等信息进行
关联，存人数据库。
(3)LST根据用户权限，向PVMS订阅状态信息和
车辆图像信息。当PVMS接收到来自PPMS的图像和状态
信息后，对每一信息分别查阅相应的订阅列表，并向订
阅列表中的客户逐一发送。LST接到信息后，按照需求
的显示方式显示。
(4)中心管理服务器(CMS)为综合产品的统一
管理模块，负责全网用户数据库管理及授权认证审计
等，管理货运装载系统各模块。
(5)采集接入点由室外高清摄像机、轨旁数据采
集设备、测速设备、照明设备、触发设备等组成。原则
上，图像采集点位于每个车站的咽喉区，可以在1个咽
喉区同时部署上行货车和下行货车的采集设备，也可以
在2个咽喉区分别部署1个采集点设备，这需要根据现场
的安装环境和用户的要求确定。
(6)车站分中心由图像分析服务器、存储服务
器、本地监视终端等组成，集成本车站所有采集点高清
图像的视频分析、存储、视频呈现、报警等功能。本地
监视终端分为工作监视终端和普通监视终端。工作监视
终端使用者是货检员，普通监视终端使用者是管理者或
相关人员。
(7)监控中心由图像存储分发服务器、普通监视终
端等组成，根据需要可接人铁路综合视频监控平台。
3 系统实现功能
系统实现对运行中的货运列车车体外观的图像采
集、车体特征分析、存储等功能，实时呈现报警信息，
实现货物货车装载质量的动态监视，辅助货检作业中的
预检，提高复检的针对性，为异常情况的事后查询、分
析提供依据。
主要功能包括：
(1)提供整车高清晰图像，单节车厢图像分辨率
可达2 048×7 000，货车两侧各种细微状况清晰呈现；
(2)自动识别货车两侧货物装载状态；
(3)自动识别车厢门窗、平车端板关闭状态；
(4)自动识别篷布、顶盖及绳索的完整、捆绑状
一99
态，高清晰图像具有自动存储，快捷查询、回放功能；
(5)自动分析货车图像，标识图像问题点并进行
语音提示；
(6)具备联网、信息远程传输功能；
(7)具有报警功能(见表1)。
表1 系统报警功能
监视报警项 报警指标 报警内容
霉 货车车门’ 车门未关闭、门口松动、车厢变形
货物装载状态 货物超高 超宽
苫盖篷布车辆 苫盖篷布刮起 萎童：军需
车辆走行部麓赫 萎 戬 端都紧凰号
货车尾部标志 羹妻尾部车厢无标志，货车所有车厢不
4 系统关键技术
4．1 图像高清扫描技术
为满足后端智能分析特征提取和比对要求，对高速
运行货车每节车厢视频采集成像达1 400万像素，才能全
面呈现每节车厢的细节特征。系统采用工业级线速扫描
高清摄像机(见表2)。与普通视频监控系统中用到的
面状摄像机不同，线速扫描高清摄像机每次曝光后只输
mI行图像，即1×Ⅳ像素。对应到系统的应用时，曝光
行是货车车厢高度方向的1列。
表2 工业级线速扫描高清摄像机参数指标
指标 参数
单节货车图像最高分辨率
信噪i=t／da
镜头焦距／mm
最大光圈
支持自动曝光
2 048× 7 000
>64
14～ 2O
f2 8
高清线阵相机采集速度／ (次·s ) 28 000
4．2 测速技术
摄像机拍摄清晰图像的前提是需要知道货车的通过
速度，因此，准确测定货车的通过速度是其中关键因素
之一。测速有多种方式，系统只讨论目前通用的雷达测
速方案和TFDS中用到的车轮传感器测速方案。
货车运行过程中不可能一直保持恒速，特别是在进
入车站时更是如此。因此，选用的雷达测速仪必须具备
实时输出数据的能力，即按照一定的时间间隔输出被测
一1 O0一
铁路货车装载安全监控系统陈兆竣等
物体的移动速度。雷达测速和磁钢测速都可以达到测速
目标。雷达测速仪是成品，可以直接使用；车轮传感器
需要自行设计板卡实现，测试精度和数据输出频率更为
灵活。
(1)测速精度要求。线速扫描主要适用于高速运
动的物体成像，一般情况下要求不低于5 km／h。在摄像
机线速扫描频率恒定的前提下，像素代表物体的变化
(扩展或缩小)取决于雷达测试的输出精度，从图像模
式匹配分析的角度偏移不大于4-5％，对应的速度精度是
0．25 km／h。
(2)数据输出频率要求。按照车速80 km／h(换算
后为22 m／s)，现场调研得知货车车门的尺寸是80 em×
80 Cnl。为保证每次分析区域图像的一致性，维持一致性
区域的长度是车门宽度的2．5倍，即2 m。在22 m／s车速条
件下，维持0．1 S即可满足要求，对应的测速雷达数据输
出频率为10次／s。
4．3 车厢图像分割模块设计
摄像机输出的是一幅整列车的图片，在进行图像模
式分析前需要将每节车厢图片从整幅图片中分离出来。
车厢图像分割模块有2种设计方案。
4．5．1 硬件方案
利用硬件触发信号给出一系列货车车厢分割标记，
标明2节车厢之间的分割点，以便PPMS切割整幅货车图
像。
计轴磁钢输出模拟信号给数据采集板，在数据采集
板上通过AID转换、计数、错误纠正等运算后，得到1节
车厢的轴数，正确数应是2个轴。
红外对射输出模拟信号给数据采集板，通过判定算
法得出车厢间隔的标记数据；标记数据是速度、时间、
红外对射数据的函数，标记数据和轴数共同给出车厢分
割标记。车厢分割标记是时间、车速的函数。
也可采用车轮传感器采集的来去车方向给出的信号
计算出车厢分割标记。但需要注意的是，若1列货车由
不同类型的车厢组成，车厢之间的换长是不同的。
4．3．2 软件算法方案
在系统PPMS数据库中预先收集、存储不同类型货
车车体和机车样板，前端采集的行驶中货车高清图像与
数据库中已有各类车型匹配，采用智能算法完成对车厢
图像的分割。

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