客车故障轨边图像检测系统(TVDS)韩赫

客车故障轨边图像检测系统(TVDS)韩赫

韩赫

齐齐哈尔北车辆段满洲里车间内蒙古呼伦贝尔市021000

摘要：随着我国铁路客车运行速度的不断提高，客运量及列车开行密度不断加大，使得列车检查难度不断提升，传统的以人为主的检修方式越来越难以满足检车作业要求，客车故障轨边图像检测系统（TVDS）采用了自动控制、图像采集、图像识别等信息化技术，利用安装在轨边的高速摄像头检测运行客车转向架、制动部件、车端连接及车体下部悬吊件等可视部位图像，实时传输至室内监测终端进行分析并预报故障。TVDS的应用提高了检修作业质量和作业效率，提升了检车安全保障能力，有利于提高质量管理水平和安全管理能力，实现安全责任可追溯。本文分析了客车故障轨边图像检测系统(TVDS)。

关键词：客车故障轨边；图像检测系统；(TVDS)；

TVDS利用铁轨边安装的高速摄像头，检测运行客车走行部、制动配件、底架悬吊件、钩缓连接、车体两侧下部等部位图像，通过网络实时传输至室内终端进行分析并预报故障，以提高检修作业质量和作业效率，加强客车运行中故障信息的收集和管理。

一、应用现状

现有TVDS在实际运用过程中，主要存在以下几个方面的问题：一是图片存在拼接，拼接效果不理想。现有TVDS采用面阵相机拍摄，每次抓拍的图像均为一整幅图像，为保证不漏拍部位，连续拍摄的２张图片间必须存在重复部位，这样将不可避免地出现一个部件显示在２张图片内的情况，而且由于同一部件２次拍摄角度不同，拼接效果不够理想，增加了部件图像的快速定位以及故障判别难度，不利于图像的自动识别。二是拍摄图片远近亮度不一致。现有TVDS采用ＬＥＤ面光源作为拍摄补偿光源，出光发散角大，近处光照强，远处光照弱，从而使拍摄的列车图片近处亮、远处暗。三是在沙尘、雨雪、阳光干扰环境下拍摄图片质量不佳。由于采用面阵相机及面阵光源，箱体保护门只能采用开放式取景，在沙尘、雨雪等环境下，很难保证取景窗清洁，势必影响拍摄列车图片质量，进而影响检车作业质量。同时，面光源发出光能量不集中，光强利用率很低，受外界光线影响很大，当阳光照射到相机镜头时，会产生曝光过度现象，使客车相关部件无法清晰显示。为此，本文将研究一种线扫描TVDS系统来解决现有系统存在的不足。

二、客车故障轨边图像检测系统(TVDS)

1.系统设计原理。由于客车功能承担着运送旅客的任务，下面从普通客车轨边图像检测系统TVDS设计原理入手，分析客车轨边图像检测系统的设计内容。TVDS系统由３大部分组成。一是轨边探测设备，进行图像检测，包括轨边防护设备、高速摄像机、补偿光源、车轮传感器；二是轨边机房设备，进行图像处理，包括车辆信息采集计算机、图像采集计算机及控制箱；三是检测作业中心，包括数据存储服务器、室内作业终端计算机、高速交换设备、运用管理平台、检测作业系统和数据库系统。动车组的轨边图像检测系统设计也可以考虑按照这个思路进行，但由于动车组检测范围和物理构造与客车存在很大的不同，所以动车组轨边图像检测系统需要进行侧部（考虑裙板遮挡）、顶部的重新设计。

（1）动车组检测范围。按照检修的特点，考虑到实际作业情况检测的内容分为５个部分。一是转向架部分。转向架排障器外观状态；联轴器外观状态；牵引电机外观；电机安装座螺栓状态；速度传感器外观状态；牵引装置外观状态，牵引座裂损，牵引杆橡胶节点开裂破损；转向架构架状态，各安装管线状态，油压减振器外观，减振器座裂纹，抗侧滚扭杆装置外观；侧架裂损；轴箱弹簧、轴箱及定位装置外观状态；空气弹簧外观状态；高度调整阀、调整杆配件缺损。二是基础制动部分。盘型制动装置闸片外观状态；夹钳装置配件状态。三是车端连接部分。车钩及各跨连连接线连接状态；风挡下部。四是车底部分。车体排障器底部；车底板及盖板变形、松脱、缺损；悬吊螺栓裂损、丢失；冷却风道破损，排风口状态。五是车顶部分。车载信号接收器外观状态、车顶外观及紧固件状态等。

（2）图像检测内容。按照系统物理构造，为了涵盖检测范围，需要对顶部、侧部、底部分别实现图像检测。此外，组底部电机及输出端轴承、联轴器、齿轮箱、轮盘、制动盘、闸片、空调、电源、螺栓等均需测温，测温部位多，底部发热还未摸索出规律，点温方式容易漏探，需要更加准确的测温方式。因此，故障轨边图像检测系统的设计必须考虑到以上内容后，还要增加其他辅助设备和技术来完成动车组的图像检测。

2.关键技术。一是图像处理技术。系统利用各种数学方法和变换手段提高图像中的研究目标与背景的对比度，有选择性地突出图像中有需求的特征和抑制某些不需要的特征，以此达到增加图像清晰度和提高图像质量的效果。采用彩色相机可以有效的区分车底部或侧部是正常的水迹还是油污或者锈蚀等其他故障，减少室内检车员因看图像无法区分故障图像造成的误判和误报。二是图像识别技术。大量的图像，如果仅靠人工，时间长了也会出现视觉疲劳，造成漏检。系统可自动对所有摄像头采集的图像进行图像处理，采用智能学习算法对同一车辆的统一部位的图像进行比对和分析，对出现异常的图像进行自动报警和提示。通过对同一车辆的历史正常图片和待检图片进行对比，实现对部件是否变化进行检测，对有异常变化的部分发出提示预警，以达到最大限度降低漏检和全面提升检车作业效率的目的。三是红外热成像技术。系统采用热成像技术可以解决目前红外测温方式只能测量某几点温度的缺陷，测温更加全面准确，高速红外热成像仪能完成动车底部的全息热成像图，并准确测量各部件的温度，测量范围大（测温高达４００℃）；红外热像仪形成的全息热成像图能显现出动车在运行过程中因松动、摩擦造成的冲击形成的热点，便于发现隐性故障。四是轨边图像检测设备设计。为了提高检测的自动化程度，使用图像检测基于图像识别技术设计系统进行辅助检车作业，在运行入库或进站时就进行图像检测，提前预报并处理故障，从而进一步提高动车组的运行安全。在入库或者进站台的顶部、侧部和底部分别部署若干图像检测设备，完成动车顶部、侧部和底部零部件的图像检测。其中顶部两侧的摄像机用来拍摄动车顶部的部件图像，能够清晰检测到顶部框架、紧固部件、连接件及ＡＤＤ阀门把手等部件的外观状态。侧部两侧，采用两套侧箱，一套高度稍低的专门拍摄转向架侧面，一套专门拍摄裙板螺栓螺母，确保滤网防护板上的紧固螺栓能够看清三角形标志的方向。底部采用一套沉箱中放置５个高清彩色摄像头，能够清晰检测到底部的排障器、牵引电机、联轴器、齿轮箱、轴箱、牵引拉杆、各种管线、跨接线、基础制动装置、轮轴、制动盘、闸片以及底部各螺栓螺母、圆销开口销等外观状态。在该防护装置两头放置一套红外轴温探测设备，能够自动采集轮轴２个端部的轴温并记录，对异常轴温进行报警和提示。

客车故障轨边图像检测系统（TVDS），有效改善及解决了现有TVDS系统在图像拼接，图片亮度，抗沙尘、雨雪及阳光干扰等方面存在的不足，拍摄的图片连续完整，无拼接，更加清晰直观，提高了检车作业质量和作业效率，为今后客车检车作业的人机分工和TVDS系统的故障自动识别打下了坚实的基础。

参考文献：

［1］罗凤武，等．基于现场可编程门阵列的高性能红外热成像系统［Ｊ］．中国激光，2015．

［2］刘瑞扬．货车运行故障动态图像检测系统（ＴＦＤＳ）的原理与应用［Ｊ］．中国铁路，2015，（5）：26—27．

［3］白建军，王玮．货车故障轨边图像检测系统运用现状及问题分析［Ｊ］．太原铁道科技，2015，（1）：16—19．