货车运行故障动态图像检测系统_TFDS_的原理与应用

（ＴＦＤＳ）的原理与应用

刘瑞扬：铁道部运输局装备部，副，北京，１００８４４

边缘处理和二次化处理，一般耗时在

摘　　要：介绍ＴＦＤＳ系统原理、组成、功能及信息资源管理，概述系统给列检工作带来的转变和系统运用取得的成果。关键词：货车；机器视觉；图像识别；故障检测

１００　ｍｓ，而一列货车完全通过探测点按２　ｍｉｎ计算，４部摄像机同时工作，处理完全部图像需要３　ｈ左右，从现场作业要求来看这是不能接受的。为此借鉴了红外线计轴、计辆和测速技术，通过磁钢阵列测算出每幅图像在一节车的大概位置，删除与关键部位相差远的图像，大大压缩了需要处理的图像；对剩余的图像也采用了三级处理的办法，条件逐级加严，大大减少了处理时间，一列车一般能做到在３ｍｉｎ内处理完图像。图１和图２分别为处理前后图像。

２　　ＴＦＤＳ系统组成及主要功能

２．１　　ＴＦＤＳ系统组成

系统主要由数据采集站、数据处理中转站和检测分析中心三大部分组成，其硬件又分为七个部分：测速装置、图像采集装置、光源补偿装置、前置处理器、端口处理器、网络服务器和窗口计算机。其结构如图３所示。

随

着国民经济持续快速发展和铁路运输的深化改革，列车高速、

重载、大密度的开行，势必造成各列检所日常检修任务的增加和工人劳动强度的加大，再加之列检、技检质量易受气候、职工素质、心理状态和人体疲劳程度等因素的影响，给行车带来很大的安全隐患，传统的列检作业方式越来越难适应形势发展的需要。因此，需要一种能全天候对一些直接影响列车行车安全的关键部位进行检测的现代化设备来检测故障，以弥补传统列检作业方式的不足。

为了对运行中的列车进行实时检测，提高列检所故障发现率，实现机控代替人控的目的，将机器视觉技术运用到对影响列车行车安全关键部件动态检测上，成功应用了货车运行故障动态检测系统—ＴＦＤＳ系统。

２．２　　ＴＦＤＳ系统主要功能

（１）自动拍摄和筛选出车辆转向架、基础制动装置、车钩缓冲装置等车辆关键部位图像；（２）通过人机结合的方式，对抓拍后的图像进行分析，判

图１　　处理前图像

图２　　处理后图像

１　　ＴＦＤＳ系统工作原理

该系统是采用高速摄像技术，通过对运行中的列车各部位进行快速抓拍，将抓拍的图像压缩到计算机的内存中，再结合机器视觉中模式识别技术，将列车中影响行车安全关键部位的图像从大量的图片中挑选出来。

由于图形处理中数值计算的工作量很大，对单幅６４０×４８０　的黑白图像

中　国　铁　路数据处理中转站交换机光纤收发器检测分析中心窗口计算机前置处理器端口处理器光缆交换机光纤收发器网络服务器窗口计算机１窗口计算机２窗口计算机３窗口计算机４Ｃ１Ｃ２Ｃ４Ｃ５Ｃ７Ｃ８Ｃ９Ｃ１０磁磁磁磁磁磁磁磁钢钢钢钢钢钢钢钢检测数据采集站摄摄像像机机１２摄像机３摄像机４光源补偿装置图３　　ＴＦＤＳ系统组成

265/2005 CHINESE RAILWAYS货车运行故障动态图像检测系统（ＴＦＤＳ）的原理与应用　　刘瑞扬

别出有关故障；（３）自动判别车号车种车型和计轴计辆；（４）自动测试出列车速度；（５）能直接读取ＡＥＩ系统中车号信息；（６）可自动生成车统－１５、车统－８１等列检所常用报表；（７）对部分故障可以进行智能识别；（８）可实现分散检测、集中报警、联网监测、信息共享。

（１）实现了“人控”向“机控”的转变。列检现场作业受作业者心理因素、精神状态及检查视觉等客观因素的影响，作业行为控制难度较大，检修质量难以保证。系统替代人工作业后，按照检测分工范围，实行专业检查，使作业者能够专注于具体的检查部位，提高了列车检测质量。

（２）实现了“室外”向“室内”的转变。列检作业是在露天环境下进行，车辆检修质量直接受环境因素的影响。ＴＦＤＳ系统是室内作业系统，不受外界环境因素影响，对货车车辆实行“全

天候”检测，实现了列检作业由“室外”向“室内”的转变。

（３）满足了检查货车车辆新技术、新结构的需要。货车车辆技术的飞速发展，新技术、新工艺的不断采用，如Ｐ６５行包快运车、Ｘ１Ｋ集装箱快运车、Ｋ２、Ｋ４转向架等一些新车型、新技术的投入使用，有些故障单靠人来检查难以达到要求，例如交叉杆、Ｋ４转向架弹簧托板等因距轨面距离小，检车员无法检查到位，难以及时发现故障隐患，ＴＦＤＳ系统则弥补了传统作业方式的缺陷。

（４）压缩了列车技术检查时间，解决了列车密集到达时列检作业与运输畅通之间的矛盾。第五次大面积提速调图后，列车密集到达成为普遍现象。采用ＴＦＤＳ系统后，它所监控的车辆转向架、车钩缓冲装置部位共２６幅画面非常直观地显现了车辆的实时实际状态，减少了这些部位需要现场检车员进行技术检查的作业时间，平均每列车可压缩技术检查时间９．５　ｍｉｎ，有效解决了列车密集到达时列检作业与运输畅通之间的矛盾。

（５）便于进行原因分析、责任追究。检车员因简化作业造成漏检漏修，

5/2005 CHINESE RAILWAYS进行原因分析追究责任时，无法追溯原始作业情况，造成不能有效、准确地定责。使用ＴＦＤＳ系统，可以通过查询图像，分析原始记录，使责任一目了然。

（６）可以对列车故障信息进行适时汇总分析，对评估货车故障情况、安全隐患重点分析，提供有效指导，建立货车安全质量决策支持系统。

３　　ＴＦＤＳ系统信息资源管理

为了更好地将各列检所ＴＦＤＳ系统所发现的故障即时上报和汇总，建立了以列检所、铁路局、铁道部为核心的三级网络和以列检监测管理中心、段数据中心、铁路局数据中心、铁道部数据中心为依托的四级数据汇总中心。各级数据中心以及段与列检管理中心间通过铁路通信网络相联。列检监测管理中心安装列检管理系统，实时监测列检所运营状况、列车故障；各级中心收集所辖下级系统的上报数据，执行监测、查询、管理、分析等功能。

数据上报按由下至上逐层上报的过程，先由各列检所收集列车及故障信息然后上报到段数据中心，段数据中心再上报到铁路局数据中心，最后汇总到铁道部数据中心。

数据存储采用总分制原则。各列检所存储各自数据信息，各段存储该段所管辖的各列检所数据信息，铁路局存储管辖各段及各列检所数据信息，铁道部数据中心存储所有列检所，各段、各铁路局数据信息。列检所数据存储期限３年以上。在段级以上的数据中心构建数据仓库，这样既可以进行各种分类组合查询，又可以进行ＯＬＡＰ联机数据分析，以供上级领导分析决策之用。

５　　ＴＦＤＳ系统运用成果

该系统先后在武南一场和茶坞列检所安装运用，发现了大量的典型故障。图４为一些典型故障的图片。

图４　ＴＦＤＳ系统发现的典型故障

以武南一场列检所为例，在安装ＴＦＤＳ系统后，２００２年发现各类车辆故障７２３件；２００３年发现各类车辆故障２　１５６件，比上年增加１　４３３件。在经过不断完善后，该系统运行的稳定性、可靠性得到大幅度提高，仅２００４年１－７月份就发现各类车辆故障２　７８２件，尤其是在防止车辆配件脱落和列车分离上所发现的各类车辆故障大幅度上升，共发现此类故障５４９件，分别较２００２年和２００３年同期上升了５７．７６％、５５．９７　％。

武南一场列检所的检测数据表明，ＴＦＤＳ系统运用效果良好，在确保全路第五次大面积调图提速和保障列车运行安全中发挥了积极作用。

责任编辑　赵向红收稿日期　２００５－０２－２６

４　　ＴＦＤＳ系统给列检工作带来的

转变

ＴＦＤＳ系统近３年的实际运用，给列检工作带来了五大转变。

27中　国　铁　路ABSTRACTSOpen Up New Prospects for Leaping Forward Development of Telecommunication with Continuous and DevotedEfforts—Speech on 2005 Telecommunication Working Conference (Abstract)Hu Dongyuan: Deputy director general of Transportation Bureau, Director of Infrastructure Department, MOR, Beijing, 100844Abstract: Through Reviewing telecommunication work of the whole railway system in 2004, the essay puts forward the general idea andkey work of telecommunication work in 2005.Key words: Railway Telecommunication and Signaling, Signaling and Communication, Informationization, Safety ProductionResearch on the Development of Joint Venture Railway in China

Er Lingchun: Economic and Management School of Beijing Jiaotong University, Graduate student, Beijing, 100044Yang Jinlan: Leading Group Office of High-speed Railway Construction, MOR, Engineer, Beijing, 100844

Abstract: The essay introduces the development status of Chinese joint venture railways, points out the problems in the developmentof joint railways such as vague definition between government and enterprise functions, unclear designation of main body, incompleteproperty right management system, unimplemented capital operation and supervision responsibility, low utilization of transportation capacityand heavy debt, and puts forward suggestions on standardizing relationship of government and enterprise, perfecting the supervisionsystem and operation system of jointed railway, intensifying management consciousness and human-oriented management environment,establishing and perfecting related regulations and promoting healthy development of joint venture railway.Key words: Joint Venture Railway, Development and Research, National Railway, Mangement

Principle and Application of TFDS

Liu Ruiyang: Equipment Department of Transportation Bureau, MOR. Deputy Director, Beijing, 100844

Abstract: The essay introduces the principle, composing, function and information management of TFDS system, and summarizes thechange of train examination work brought by the system and the fruit after application of the system.Key words: Freight Car, Machine Vision, Image Recognition, Fault InspectionResearch on the Transportation Capacity and Traffic Volume and the Transportation Safety System of Meter-gauge Railway

Liang Zhongyu: Traffic and Transportation School of Southwest Jiaotong University, Doctor, Sichuan, Chengdu, 610031Puyun: Graduate Student School of Southwest Jiaotong University, Doctoral Tutor, Sichuan, Chengdu, 610031

Yin Chuanzhong: Traffic and Transportation School of Southwest Jiaotong University, Doctor, Sichuan, Chengdu, 610031Cheng Xueqing: Traffic and Transportation School of Southwest Jiaotong University, Doctor, Sichuan, Chengdu, 610031

Abstract: Aiming at the current status of meter-gauge railway, the essay analyzes the problems on transportation capacity, trafficvolume and safety of meter-gauge railway, and puts forward corresponding solutions to solve the problems in order to ensure the transportationsafety of meter-gauge railway and satisfy the demand of development of national economy.

Key words: Meter-gauge Railway, Transportation Capacity, Traffic Volume, Operation SafetyExploration and Practice on Establishing and Perfecting the Management Structure of Legal Person

Zhang Xian: CR 6th Corporation Ltd., General Manger, Beijing, 100035

Abstract: The essay sets forth problems on establishing Legal Person Management System, and introduces the practice and experienceof CR 6th Corporation Ltd. on establishing and perfecting the management structure.

Key words: Modern Enterprise System, Legal Person Management System, Enterprise ManagementPRI Interface Test and Fault Analysis of GSM-R Network in Qinghai- Line

Miao Lili: Modern Communication Research Institute of Beijing Jiaotong University, Graduate student, 100044

Jiang Wenyi: Modern Communication Research Institute of Beijing Jiaotong University, Professor assistant, Beijing, 100044Jia Huaiyi: Modern Communication Research Institute of Beijing Jiaotong University, Research fellow, Beijing, 100044

Abstract: According to the technical regulation of International ITU-T Standard and the former State Post and TelecommunicationMinistry, the essay researches the interface information between MSC and FAS, and analyzes the reason of fault by combining withvarious kinds of fault phenomena found in GSM-R network test in Qinghai- railway.Key words: Railway Radio Communication, Communication Network, Qinghai- Railway, GSM-R, Interface Test, Fault Analysis