專利名稱：一種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)及其方法，尤其是涉及ー種應(yīng)用于鐵路線路維修和養(yǎng)路過(guò)程中的作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
鉄路線路維修機(jī)械——大型養(yǎng)路機(jī)械自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備(主要是配砟車和清篩車)作業(yè)機(jī)構(gòu)本身在施工過(guò)程中存在超限現(xiàn)象。而在實(shí)際施工安全管理過(guò)程中，現(xiàn)在采用的是操作人員人工觀察保障施工安全。在以往的施工過(guò)程中，多次出現(xiàn)操作人員倦怠，而造成較為嚴(yán)重的線路設(shè)備安全事故；如配砟車撞斷接觸網(wǎng)電線桿等事故。線路維修安全關(guān)系到鐵路線路的運(yùn)營(yíng)安全性和可靠性，鐵路單位對(duì)安全生產(chǎn)和安全施工進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范檢查，迫切 需要自動(dòng)化程度更高，安全性和穩(wěn)定性更好的施工安全保障裝置，確保鐵路運(yùn)營(yíng)線路、施工人員和設(shè)備的安全。機(jī)器視覺(jué)是指通過(guò)攝像機(jī)采集數(shù)字圖像，再對(duì)采集的數(shù)字圖像的某些特征進(jìn)行分析，計(jì)算和模式識(shí)別的方法。目前國(guó)內(nèi)大型養(yǎng)路機(jī)械的實(shí)際施工安全管理過(guò)程中，主要采用的是操作人員人工安全監(jiān)控，人工觀察保障施工安全，一方面施工作業(yè)人員増加，維修成本増加，另ー方面，人工觀察依賴人員的責(zé)任心，維修任務(wù)繁重時(shí)，人員容易倦怠疏忽，極易引起事故。同時(shí)，単一方向的距離測(cè)量傳感器也不能滿足大角度范圍測(cè)量需要，僅能測(cè)定某一部分指定角度位置的障礙物距離。在現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，由北京龍達(dá)科技開發(fā)有限公司、陸亦群和高春雷于2006年09月05日申請(qǐng)，并于2007年09月12日公開，公開號(hào)為CN200947120Y的中國(guó)實(shí)用新型專利涉及一種探測(cè)鉄路道床表面障礙物的避障系統(tǒng)，包括測(cè)距單元、數(shù)據(jù)處理単元、參數(shù)設(shè)置単元和避障動(dòng)作信號(hào)単元，數(shù)據(jù)處理単元和測(cè)距單元、參數(shù)設(shè)置単元、避障動(dòng)作信號(hào)単元分別連接，測(cè)距單元為安裝在行駛車輛前端的上部的傳感器，其軸線方向?yàn)橄鄬?duì)水平線向下傾斜，從而使得其探測(cè)方向?yàn)樗较蛳聝A斜一定角度，并且該傳感器能夠?qū)η胺?80度范圍進(jìn)行探測(cè)。本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)探測(cè)到障礙物的各個(gè)點(diǎn)的位置，從而可以判斷該障礙物位于側(cè)犁的外部還是位于側(cè)犁的內(nèi)部，以便及時(shí)進(jìn)行避障處理。但是該專利是ー種使用単一方向距離測(cè)量傳感器的簡(jiǎn)單避障系統(tǒng)，不能滿足大角度范圍測(cè)量的需要，該方法主要安裝指定方向的距離探測(cè)器，根據(jù)探測(cè)器的信號(hào)解算障礙物與探測(cè)器的距離，再觸發(fā)避障動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)及其方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵路線路設(shè)備的智能識(shí)別并進(jìn)行規(guī)避，用戶可根據(jù)大型養(yǎng)路機(jī)械車型進(jìn)行施工安全限界參數(shù)設(shè)置，具有良好的適應(yīng)性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)，包括計(jì)算控制単元、圖像采集単元、用戶接ロ単元、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元，計(jì)算控制単元分別與圖像采集單元、用戶接ロ単元、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元相連，圖像采集單元采集施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息，計(jì)算控制単元通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定準(zhǔn)確獲取焦距實(shí)際值；計(jì)算控制單元對(duì)圖像采集單元采集的圖像信息進(jìn)行處理，并將處理得到的信息與存儲(chǔ)在計(jì)算控制単元中的鐵路線路設(shè)備模版進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鐵路線路設(shè)備的類型；計(jì)算控制単元根據(jù)圖像采集單元獲取的焦距實(shí)際值和圖像采集單元采集的圖像信息解算出鉄路線路設(shè)備與圖像采集單元之間的實(shí)際物理距離；計(jì)算控制單元結(jié)合鉄路線路設(shè)備與圖像采集單元之間的實(shí)際物理距離，以及相應(yīng)鐵路線路設(shè)備的警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)距離，向警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息；用戶接ロ単元對(duì)計(jì)算控制單元中的相應(yīng)信息進(jìn)行顯示，并對(duì)計(jì)算控制單元進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，計(jì)算控制單元、圖像采集単元、用戶接ロ単元、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元安裝在施工作業(yè)車上，圖像采集単元安裝在施工作業(yè)車作業(yè)方向的前端視野開闊處。
作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，存儲(chǔ)在計(jì)算控制單元中的鉄路線路設(shè)備模版進(jìn)ー步包括線路標(biāo)志、道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備、信號(hào)標(biāo)志、信號(hào)表示器、繼電器箱和接觸網(wǎng)電線柱在內(nèi)的模板；警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元進(jìn)ー步包括低頻喇叭、低頻警示燈、高頻喇叭和高頻警示燈。本發(fā)明還另外具體提供了ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法，包括以下步驟SlOO :圖像采集單元采集施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息；SlOl :計(jì)算控制單元對(duì)圖像采集單元采集的圖像信息進(jìn)行處理，并將處理得到的信息與存儲(chǔ)在計(jì)算控制単元中的鐵路線路設(shè)備模版進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鉄路線路設(shè)備的類型；S102 :計(jì)算控制単元根據(jù)匹配計(jì)算確定的鐵路線路設(shè)備類型，計(jì)算相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與軌道中線之間的距離，并解算出相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元之間的實(shí)際物理距離；S103 :計(jì)算控制単元解算施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離；S104 :計(jì)算控制單元結(jié)合施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離信息，向警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息。作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，步驟SlOl中計(jì)算控制單元對(duì)圖像采集單元采集的圖像信息進(jìn)行處理的過(guò)程進(jìn)ー步包括以下步驟計(jì)算控制單元讀取圖像采集單元采集的原始圖像信息，然后采用中值濾波、最大值濾波、最小值濾波、中點(diǎn)濾波、修正阿爾法均值濾波、算木均值濾波、幾何均值濾波、諧波均值濾波、逆諧波均值濾波中的任意一種濾波方式對(duì)原始圖像信息進(jìn)行平滑濾波處理，以減小圖像噪聲。作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，步驟SlOl中計(jì)算控制單元進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鉄路線路設(shè)備的類型的過(guò)程進(jìn)一歩包括以下步驟S200 :讀取濾波之后的圖像數(shù)據(jù)；S201 :按順序分別讀取鉄路線路設(shè)備模版，如線路標(biāo)志、道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備、信號(hào)標(biāo)志、信號(hào)表示器、繼電器箱和接觸網(wǎng)電線柱等的模板數(shù)據(jù)；S202 :將模板數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，即將模板數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)系數(shù)；S203:當(dāng)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)大于ー設(shè)定值吋，確定圖像與模板匹配，從而獲取圖像數(shù)據(jù)中的鉄路線路設(shè)備類型。作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，步驟S103中計(jì)算控制単元解算施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離Da=Ds+x，其中，X為施工作業(yè)車的中心位置與圖像采集単元之間的距離，Ds為鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元的實(shí)際物理距離。 作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，步驟S202中的相關(guān)系數(shù)按照以下公式進(jìn)行計(jì)算
η
X I^x + hy + jJ^Ijix + u + hy + v + j)C(x,y,ii,v) =’ -N<u,v<N
J Σ 1I2+i^y+J)xιι (χ+ιι+^>'+ν+i)
Vれプ=- 其中,C(x, y, u, V)為相關(guān)系數(shù)，(x, y)為中心點(diǎn)坐標(biāo)，(U，V)為位移量,I1 (x+i, y+j)為(x+i, y+j)點(diǎn)處的像素點(diǎn)灰度，I2(x+u+i, y+v+j)為(x+i, y+j)點(diǎn)產(chǎn)生(u, v)的位移后該處的像素點(diǎn)灰度，η為搜索區(qū)域值，N為搜索區(qū)域邊界設(shè)定值。作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，在步驟S203中，當(dāng)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)大于O. 6吋，確定圖像與模板匹配。作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，步驟S102中計(jì)算控制単元根據(jù)匹配計(jì)算確定的鐵路線路設(shè)備類型，計(jì)算相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與軌道中線之間的距離，并解算出相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元之間的實(shí)際物理距離的過(guò)程進(jìn)一歩包括以下步驟S300 :獲取匹配確定的鉄路線路設(shè)備類型；S301 :讀取用戶設(shè)定的鉄路線路設(shè)備與軌道中線的距離關(guān)系表；S302 :計(jì)算圖像中鉄路線路設(shè)備與軌道中線的距離D·，讀取距離關(guān)系表中距離為Dt，獲取圖像采集焦距為f，則鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元的實(shí)際物理距離為Ds Ds=DT*f/D_ ；S303 :解算出鉄路線路設(shè)備與圖像采集單元的實(shí)際物理距離。作為本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)，步驟S105中計(jì)算控制單元結(jié)合施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離信息，向警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息的過(guò)程進(jìn)一歩包括以下步驟S400 :在鉄路線路設(shè)備距離施工超限點(diǎn)距離I為1彡15m時(shí)，進(jìn)入第一警告區(qū)域，計(jì)算控制単元觸發(fā)警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元的低頻喇叭報(bào)警，同時(shí)低頻警示燈閃爍；S401 :在鐵路線路設(shè)備距離施工超限點(diǎn)距離I為12m彡l〈15m時(shí)，進(jìn)入第二警告區(qū)域，計(jì)算控制単元觸發(fā)警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元的高頻喇叭報(bào)警，同時(shí)警示燈連續(xù)閃爍；S402 :在鐵路線路設(shè)備距離施工超限點(diǎn)距離I為l〈12m時(shí)，計(jì)算控制單元觸發(fā)警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元的高頻喇叭發(fā)出刺耳警報(bào)，觸發(fā)與施工停車信號(hào)相連的繼電器，自動(dòng)停車，解除超限施工作業(yè)機(jī)構(gòu)之后，自動(dòng)或手動(dòng)解除警報(bào)。通過(guò)實(shí)施上述本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)及其方法的技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果(I)本發(fā)明采用機(jī)器視覺(jué)和智能識(shí)別技術(shù)，利用高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集大型養(yǎng)路機(jī)械施工現(xiàn)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于圖像的線路設(shè)備智能識(shí)別系統(tǒng)，運(yùn)用限界模式識(shí)別、模糊模式識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路線路設(shè)備的智能識(shí)別并進(jìn)行規(guī)避；用戶可根據(jù)大型養(yǎng)路機(jī)械車型進(jìn)行施工安全限界參數(shù)設(shè)置，具有良好的適應(yīng)性。(2)本發(fā)明具有較大的視場(chǎng)范圍，操作員能實(shí)時(shí)監(jiān)控施工環(huán)境，直觀簡(jiǎn)潔；當(dāng)超限施工作業(yè)過(guò)程中存在不安全因素吋，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)報(bào)警，根據(jù)鐵路線路設(shè)備與施工設(shè)備之間的距離，分別設(shè)置不同的報(bào)警級(jí)別和對(duì)應(yīng)的處理動(dòng)作，緊急情況下自動(dòng)停車避障，確認(rèn)施工設(shè)備與鐵路線路設(shè)備之間不存在安全隱患后，可自動(dòng)或人工解除警報(bào)。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)ー種具體實(shí)施方式
的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖；圖2為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法ー種具體實(shí)施方式
的程序流程圖I ;圖3為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)ー種具體實(shí)施方式
圖像采集單元采集圖像的工作過(guò)程示意圖；圖4為發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)ー種具體實(shí)施方式
的工作過(guò)程示意圖；圖5為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法ー種具體實(shí)施方式
的程序流程圖2 ；圖6為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)中線路標(biāo)志抽象成圖像模型的示意圖；圖7為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)中道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備抽象成圖像模型的示意圖；圖8為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)中信號(hào)標(biāo)志抽象成圖像模型的示意圖；圖9為鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)中信號(hào)表示器抽象成圖像模型的示意圖；圖10為鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)中接觸網(wǎng)電線柱抽象成圖像模型的示意圖；圖11為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法ー種具體實(shí)施方式
警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)過(guò)程的示意圖；圖12為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法ー種具體實(shí)施方式
圖像還原過(guò)程的示意圖I ;圖13為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法ー種具體實(shí)施方式
圖像還原過(guò)程的示意圖2 ；圖14為本發(fā)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法ー種具體實(shí)施方式
模板匹配過(guò)程的示意圖。圖中1_計(jì)算控制単元，2-圖像采集単元，3-用戶接ロ単元，4-警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元，5-施工作業(yè)車，6-軌道中線，7-鐵軌，8-線路標(biāo)志，9-接觸網(wǎng)電線柱。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如附圖I至附圖14所示，給出了本發(fā)明ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)及其方法的具體實(shí)施例，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。如附圖I所示ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的施工安全預(yù)警裝置由ー套圖像采集裝置，一臺(tái)預(yù)警顯示和聲音播報(bào)裝置和一臺(tái)エ業(yè)控制計(jì)算裝置 (含人機(jī)接ロ単元)組成。鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)具體包括計(jì)算控制単元I、圖像采集単元2、用戶接ロ単元3、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元4。計(jì)算控制単元I分別與圖像采集単元2、用戶接ロ単元3、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元4相連。圖像采集単元2采集施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息，計(jì)算控制単元I通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定準(zhǔn)確獲取焦距實(shí)際值。計(jì)算控制単元I對(duì)圖像采集単元2采集的圖像信息進(jìn)行處理，并將處理得到的信息與存儲(chǔ)在計(jì)算控制単元I中的鐵路線路設(shè)備模版進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鉄路線路設(shè)備的類型。計(jì)算控制単元I根據(jù)圖像采集單元2獲取的焦距實(shí)際值和圖像采集單元2采集的圖像信息解算出鐵路線路設(shè)備與圖像采集単元2之間的實(shí)際物理距離。計(jì)算控制単元I結(jié)合鉄路線路設(shè)備與圖像采集單元2之間的實(shí)際物理距離，以及相應(yīng)鐵路線路設(shè)備的警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)距離，向警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元4發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息。用戶接ロ単元3對(duì)計(jì)算控制單元I中的相應(yīng)信息進(jìn)行顯示，并對(duì)計(jì)算控制単元I進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。如附圖3所示，計(jì)算控制単元I、圖像采集単元2、用戶接ロ単元3、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元4安裝在施工作業(yè)車5上。圖像采集單元2進(jìn)ー步安裝在施工作業(yè)車5作業(yè)方向的前端視野開闊處。圖像采集単元2在出廠設(shè)置/或系統(tǒng)檢修時(shí)已經(jīng)調(diào)節(jié)并固定焦距，但是在鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后，焦距還會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化。因此，在鉄路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，還需要計(jì)算控制単元I通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，更加準(zhǔn)確地獲取焦距的實(shí)際值。存儲(chǔ)在計(jì)算控制単元I中的鉄路線路設(shè)備模版進(jìn)ー步包括線路標(biāo)志、道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備、信號(hào)標(biāo)志、信號(hào)表示器、繼電器箱和接觸網(wǎng)電線柱，以及還可能包含其他鐵路線路設(shè)備要素，如臨時(shí)的限速標(biāo)志等在內(nèi)的模板。警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元4進(jìn)ー步包括低頻喇叭、低頻警示燈、高頻喇叭和高頻警示燈。以下結(jié)合附圖2和附圖5說(shuō)明鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)的基本工作流程，ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法的具體實(shí)施方式
，包括以下步驟SlOO 圖像采集單元2采集施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息；SlOl :計(jì)算控制単元I對(duì)圖像采集單元2采集的圖像信息進(jìn)行圖像預(yù)處理，并將處理得到的信息與存儲(chǔ)在計(jì)算控制単元I中的鐵路線路設(shè)備模版進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鐵路線路設(shè)備的類型；為了進(jìn)行匹配計(jì)算，系統(tǒng)事先將影響施工安全的鉄路設(shè)備和標(biāo)志進(jìn)行歸類并抽象化成為模型，如附圖6至附圖10所示，鉄路線路設(shè)備模版包括線路標(biāo)志、道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備、信號(hào)標(biāo)志、信號(hào)表示器、繼電器箱和接觸網(wǎng)電線柱，以及其他鐵路線路設(shè)備要素，如臨時(shí)的限速標(biāo)志等在內(nèi)的模板；S102 :計(jì)算控制単元I根據(jù)匹配計(jì)算確定的鐵路線路設(shè)備類型，計(jì)算相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與軌道中線6之間的距離，并解算出相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元2之間的實(shí)際物理距離；鉄路線路設(shè)備與軌道中線6之間的距離為鉄路線路設(shè)備到軌道中線6的垂直距離；S103 :計(jì)算控制単元I解算施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離；計(jì)算控制単元I根據(jù)用戶設(shè)定的施工作業(yè)車5的車型參數(shù)和作業(yè)模式，解算出超限施工點(diǎn)與鉄路線路設(shè)備的距離；設(shè)施工作業(yè)車5的中心位置與圖像采集単元2距離為X，由于從鐵路線路設(shè)備到圖像采集単元2之間的距離遠(yuǎn)大于施工作業(yè)車5的中心位置到圖像采集単元2之間的距離，因此在保證足夠安全裕量的前提之下，施工超限點(diǎn)與鉄路線路設(shè)備之間的距離可以近似地看為Da=Ds+x，Ds為鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元2的實(shí)際物理距離； S104 :計(jì)算控制単元I結(jié)合施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離信息，向警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元4發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息。上述步驟SlOl中計(jì)算控制単元I對(duì)圖像采集單元2采集的圖像信息進(jìn)行處理的過(guò)程進(jìn)一歩包括以下步驟計(jì)算控制単元I讀取圖像采集單元2采集的原始圖像信息，然后采用中值濾波、最大值濾波、最小值濾波、中點(diǎn)濾波、修正阿爾法均值濾波、算木均值濾波、幾何均值濾波、諧波均值濾波、逆諧波均值濾波中的任意一種濾波方式對(duì)原始圖像信息進(jìn)行平滑濾波處理，以減小圖像噪聲。如附圖12所示是圖像還原過(guò)程的原理示意圖。圖像復(fù)原處理建立在圖像退化的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，退化數(shù)學(xué)模型能夠反映圖像退化的原因。其表達(dá)式為g(x, y) =h(x, y)*f(x, y) +n(x, y)(I)其中，g(x，y)為圖像降質(zhì)后的退化函數(shù)，η (χ, y)為加入的噪聲函數(shù)，f (x, y)為原始輸入圖像函數(shù)，h(x，y)為成像系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)。而逆濾波法是ー種最為簡(jiǎn)單的圖像恢復(fù)方法。對(duì)式(I)兩邊作ニ維傅立葉變換，得到G (U，V) =H (U，V) *F (u, v) +N (u, v)G(u, v)為經(jīng)過(guò)頻域變換的退化函數(shù)，H(u, v)經(jīng)過(guò)頻域變換的系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)，F(xiàn)(u, v)經(jīng)過(guò)頻域變換的原始輸入函數(shù)，N(u, V)經(jīng)過(guò)頻域變換的噪聲函數(shù)。H(u, v)為成像系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)，估算得到的恢復(fù)圖像的傅立葉變換。F (U，V)的估計(jì)值F( /,v)為F( ,v) == F(u, V) +(2)若知道轉(zhuǎn)移函數(shù)H(u，v)，通過(guò)式(2)經(jīng)反變換即可得到恢復(fù)圖像f (X，y)，其退化和恢復(fù)的全過(guò)程用附圖13表示。當(dāng)僅存在加性噪聲時(shí)，可以選擇空間濾波方法。在這ー特殊情況下，圖像的增強(qiáng)和復(fù)原幾乎不可區(qū)別，因此可選用均值濾波方法減少噪聲進(jìn)行圖像復(fù)原。以下是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中應(yīng)用到的原始圖像信息濾波處理算法，本發(fā)明包括但不限于以下濾波方法。I、算術(shù)均值濾波的函數(shù)關(guān)系
[
權(quán)利要求
1.ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)算控制単元(I)、圖像采集単元(2)、用戶接ロ単元(3)、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)，所述計(jì)算控制單元(I)分別與圖像采集単元(2)、用戶接ロ単元(3)、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)相連，所述圖像采集單元(2)采集施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息，計(jì)算控制単元(I)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定準(zhǔn)確獲取焦距實(shí)際值；所述計(jì)算控制單元(I)對(duì)圖像采集單元(2)采集的圖像信息進(jìn)行處理，并將處理得到的信息與存儲(chǔ)在計(jì)算控制単元(I)中的鐵路線路設(shè)備模版進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鐵路線路設(shè)備的類型；計(jì)算控制単元(I)根據(jù)圖像采集單元(2)獲取的焦距實(shí)際值和圖像采集單元(2)采集的圖像信息解算出鉄路線路設(shè)備與圖像采集單元(2)之間的實(shí)際物理距離；計(jì)算控制單元(I)結(jié)合鉄路線路設(shè)備與圖像采集單元(2)之間的實(shí)際物理距離，以及相應(yīng)鐵路線路設(shè)備的警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)距離，向警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息；所述用戶接ロ単元(3)對(duì)計(jì)算控制單元(I)中的相應(yīng)信息進(jìn)行顯示，并對(duì)計(jì)算控制單元(I)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算控制単元(I)、圖像采集単元(2)、用戶接ロ単元(3)、警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)安裝在施工作業(yè)車(5)上，所述圖像采集單元(2)安裝在施工作業(yè)車(5)作業(yè)方向的前端視野開闊處。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述存儲(chǔ)在計(jì)算控制単元(I)中的鉄路線路設(shè)備模版進(jìn)ー步包括線路標(biāo)志、道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備、信號(hào)標(biāo)志、信號(hào)表示器、繼電器箱和接觸網(wǎng)電線柱在內(nèi)的模板；所述警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)進(jìn)ー步包括低頻喇叭、低頻警示燈、高頻喇叭和高頻警示燈。
4.ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法，其特征在于，所述安全預(yù)警方法包括以下步驟 5100:圖像采集單元(2)采集施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息； 5101:計(jì)算控制単元(I)對(duì)圖像采集單元(2)采集的圖像信息進(jìn)行處理，并將處理得到的信息與存儲(chǔ)在計(jì)算控制単元(I)中的鐵路線路設(shè)備模版進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鉄路線路設(shè)備的類型； 5102:計(jì)算控制単元(I)根據(jù)匹配計(jì)算確定的鐵路線路設(shè)備類型，計(jì)算相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與軌道中線(6)之間的距離，并解算相應(yīng)鉄路線路設(shè)備與圖像采集單元(2)之間的實(shí)際物理距離； 5103:計(jì)算控制単元(I)解算施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離； 5104:計(jì)算控制単元(I)結(jié)合施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離信息，向警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟SlOl中計(jì)算控制単元(I)對(duì)圖像采集單元(2)采集的圖像信息進(jìn)行處理的過(guò)程進(jìn)ー步包括以下步驟 計(jì)算控制単元(I)讀取圖像采集單元(2)采集的原始圖像信息，然后采用中值濾波、最大值濾波、最小值濾波、中點(diǎn)濾波、修正阿爾法均值濾波、算木均值濾波、幾何均值濾波、諧波均值濾波、逆諧波均值濾波中的任意一種濾波方式對(duì)原始圖像信息進(jìn)行平滑濾波處理，以減小圖像噪聲。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟SlOl中計(jì)算控制単元(I)進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鉄路線路設(shè)備的類型的過(guò)程進(jìn)一歩包括以下步驟 5200:計(jì)算控制単元(I)讀取濾波之后的圖像數(shù)據(jù)； 5201:計(jì)算控制単元(I)按順序分別讀取鉄路線路設(shè)備模版，如線路標(biāo)志、道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備、信號(hào)標(biāo)志、信號(hào)表示器、繼電器箱和接觸網(wǎng)電線柱等的模板數(shù)據(jù)； S202:計(jì)算控制単元(I)將模板數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，即將模板數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)系數(shù)； S203 :當(dāng)計(jì)算控制単元(I)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)大于ー設(shè)定值吋，確定圖像與模板匹配，從而獲取圖像數(shù)據(jù)中的鉄路線路設(shè)備類型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法，其特征在干，所述步驟S103中計(jì)算控制単元(I)解算施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算 施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離Da=Ds+x， 其中，X為施工作業(yè)車(5)的中心位置與圖像采集単元(2)之間的距離，Ds為鐵路線路設(shè)備與圖像采集単元(2)的實(shí)際物理距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟S202中的相關(guān)系數(shù)按照以下公式進(jìn)行計(jì)算
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟S102中計(jì)算控制単元(I)根據(jù)匹配計(jì)算確定的鐵路線路設(shè)備類型，計(jì)算相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與軌道中線(6)之間的距離，并解算出相應(yīng)鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元(2)之間的實(shí)際物理距離的過(guò)程進(jìn)一歩包括以下步驟 5300:計(jì)算控制単元(I)獲取匹配確定的鉄路線路設(shè)備類型； 5301:計(jì)算控制単元(I)讀取用戶設(shè)定的鉄路線路設(shè)備與軌道中線(6)的距離關(guān)系表； 5302:計(jì)算控制単元(I)計(jì)算圖像中鉄路線路設(shè)備與軌道中線(6)的距離Dmm，讀取距離關(guān)系表中距離為Dt，獲取圖像采集焦距為f，則鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元(2)的實(shí)際物理距離為Ds Ds=DT*f/D_ ； 5303:計(jì)算控制単元(I)解算出鉄路線路設(shè)備與圖像采集單元(2)的實(shí)際物理距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6、7、9中任ー權(quán)利要求所述的ー種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟S105中計(jì)算控制単元(I)結(jié)合施工超限點(diǎn)與相應(yīng)鐵路線路設(shè)備之間的距離信息，向警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息的過(guò)程進(jìn)一歩包括以下步驟 .5400:在鉄路線路設(shè)備距離施工超限點(diǎn)距離I為1 > 15m時(shí)，進(jìn)入第一警告區(qū)域，計(jì)算控制單元(I)觸發(fā)警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)的低頻喇叭報(bào)警，同時(shí)低頻警示燈閃爍； .5401:在鉄路線路設(shè)備距離施工超限點(diǎn)距離I為12m< l〈15m時(shí)，進(jìn)入第二警告區(qū)域，計(jì)算控制単元(I)觸發(fā)警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)的高頻喇叭報(bào)警，同時(shí)警示燈連續(xù)閃爍；. 5402:在鐵路線路設(shè)備距離施工超限點(diǎn)距離I為l〈12m時(shí)，計(jì)算控制單元(I)觸發(fā)警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)單元(4)的高頻喇叭發(fā)出刺耳警報(bào)，觸發(fā)與施工停車信號(hào)相連的繼電器，自動(dòng)停車，解除超限施工作業(yè)機(jī)構(gòu)之后，自動(dòng)或手動(dòng)解除警報(bào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵路維修作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)及其方法，圖像采集單元采集施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息；計(jì)算控制單元對(duì)圖像采集單元采集的圖像信息進(jìn)行處理，并與存儲(chǔ)在計(jì)算控制單元中的鐵路線路設(shè)備模版進(jìn)行匹配計(jì)算，確定鐵路線路設(shè)備的類型；計(jì)算控制單元解算鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元之間的實(shí)際物理距離，結(jié)合鐵路線路設(shè)備與圖像采集單元之間的實(shí)際物理距離，以及相應(yīng)鐵路線路設(shè)備的警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)距離，發(fā)出警報(bào)和安全動(dòng)作觸發(fā)信息；用戶接口單元對(duì)計(jì)算控制單元中的信息進(jìn)行顯示，并對(duì)計(jì)算控制單元進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵路線路設(shè)備的智能識(shí)別并進(jìn)行規(guī)避，用戶可根據(jù)大型養(yǎng)路機(jī)械車型進(jìn)行施工安全限界參數(shù)設(shè)置，具有良好的適應(yīng)性。
文檔編號(hào)B61L23/00GK102673609SQ20121015874
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者付家偉, 伍啟天, 馬世宏, 龔軍 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司, 株洲時(shí)代電子技術(shù)有限公司