一种辅助调车推送作业的安全监控系统及其测距方法与流程

本发明涉及列车调度推送作业领域，尤其是一种辅助调车推送作业的安全监控系统及其测距方法。

背景技术：

火车、高铁列车和动车等列车都是由一节节的车厢接驳而成的，因此在列车接驳时，需要进行调车推送作业。传统的调车推送作业的进行，需要一名乘务员攀爬在列车的尾端，利用人眼观察的方式保证列车接驳能够顺利进行，避免列车在完成接驳后继续行驶而推动接驳车厢导致意外的发生，并且还需要确认轨道上是否存在异物从而避免因为异物而影响列车的行驶。但这种传统的调车推送作业方式，对需要攀爬观察的乘务员来说存在着安全的隐患，而在利用人眼进行观察时，容易出现视距误差过大的问题，从而不能准确判断轨道上异物与列车之间的距离。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种辅助调车推送作业的安全监控系统及其测距方法，能够准确检测轨道上的异物，并且能够准确计算出异物与列车之间距离，从而免去了乘务员攀爬在车厢上的危险行为，提高了列车之间的接驳效率。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种辅助调车推送作业的安全监控系统，包括用于对轨道进行拍摄处理的前端总装设备和用于处理由前端总装设备发送过来的图像信息并进行测距操作的后端处理设备，前端总装设备包括摄像机，前端总装设备设置于列车的连接车钩之上，摄像机的光轴与轨道中心线相互平行并且光轴与轨道中心线所在的平面垂直于轨道，前端总装设备与后端处理设备通过无线传输的方式进行数据连接。

进一步，前端总装设备还包括用于对由摄像机采集到的图像进行图像数据处理的图传模块、用于向后端处理设备发送图像数据的图像发射天线、用于对由后端处理设备发送过来的操作指令进行数据处理的主控模块和用于接收操作指令的指令接收天线，摄像机、图传模块和图像发射天线依次相连接，指令接收天线、主控模块和摄像机依次相连接。

进一步，前端总装设备还包括用于进行补光辅助拍摄的照明灯，照明灯与主控模块相连接。

进一步，前端总装设备还包括用于报警鸣笛的蜂鸣器，蜂鸣器与主控模块相连接。

进一步，前端总装设备还包括用于指示列车正在进行调车推送作业的警示灯，警示灯与主控模块相连接。

进一步，后端处理设备包括用于接收图像数据的图像接收天线、用于把图像数据从高频模拟信号的形式转化成数字信号的形式的图传接收设备、用于进行异物分析及异物测距的数据处理模块、用于对操作指令进行射频调制的无线模块和用于向前端总装设备发送操作指令的指令发送天线，图像接收天线、图传接收设备和数据处理模块依次相连接，数据处理模块、无线模块和指令发送天线依次相连接。

进一步，应用一种辅助调车推送作业的安全监控系统的测距方法，包括以下步骤：

a、摄像机拍摄轨道的图像，求得图像的像素总长度p和目标点在图像中距离图像底端的像素长度δp；

b、建立基于图像纵向比例关系的测距模型，得到目标点与摄像机之间的水平距离的关系式为：

其中，l为目标点与摄像机之间的水平距离；l0为一常数，表示摄像机的摄像盲区距离；

c、对步骤b中的关系式进行求解，得到目标点与摄像机之间的水平距离。

进一步，步骤a中求得目标点在图像中距离图像底端的像素长度δp，包括以下步骤：

a1、把图像进行二值化；

a2、根据图像中钢轨上的两个像素点的位置，利用深度卷积神经网络求得该两个像素点的坐标；

a3、根据该两个像素点的坐标求得轨道直线方程：

y＝kx+b

其中，y为图片中钢轨上的像素点的纵坐标数值，x为图片中钢轨上的像素点的横坐标数值，k为图片中钢轨的斜率，b为图片中钢轨的截距；

a4、根据a3中的轨道直线方程，求得目标点在图像中距离图像底端的像素长度δp。

本发明的有益效果是：

一种辅助调车推送作业的安全监控系统，前端总装设备能够对轨道进行拍摄，并且能够把拍摄到的图像通过无线传输的方式实时传输到后端处理设备之中，而后端处理设备则能够对由前端总装设备传输过来的图像信息进行数据处理及测距计算，从而能够实时监测轨道中是否存在异物，并且当轨道中存在异物时，能够实时测量异物与前端总装设备之间的距离；摄像机的光轴与轨道中心线相互平行并且光轴与轨道中心线垂直于轨道，因此摄像机能够有效把轨道的两条钢轨都拍摄下来，使得被拍摄到的两条钢轨均匀地处于图像的中间位置，从而能够降低对图像的处理难度，提高对图像的处理效率和分析准确度；因此，本发明的安全监控系统，能够准确检测轨道上的异物，并且能够准确计算出异物与列车之间距离，从而免去了乘务员攀爬在车厢上的危险行为，提高了列车之间的接驳效率；

应用一种辅助调车推送作业的安全监控系统的测距方法，通过建立基于图像纵向比例关系的测距模型，从而得出目标点与摄像机之间的水平距离的关系式，通过代入相关参数，从而求得关系式的解，即可得到目标点与摄像机之间的水平距离，即异物与列车之间距离，因此能够免去了乘务员攀爬在车厢上的危险行为，提高了列车之间的接驳效率。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的安全监控系统的原理图；

图2是基于图像纵向比例关系的测距模型示意图；

图3是应用安全监控系统的测距方法的流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种辅助调车推送作业的安全监控系统，包括用于对轨道进行拍摄处理的前端总装设备1和用于处理由前端总装设备1发送过来的图像信息并进行测距操作的后端处理设备2，前端总装设备1包括摄像机11，前端总装设备1设置于列车的连接车钩之上，摄像机11的光轴与轨道中心线相互平行并且光轴与轨道中心线所在的平面垂直于轨道，前端总装设备1与后端处理设备2通过无线传输的方式进行数据连接。具体地，本发明的安全监控系统中，前端总装设备1能够对轨道进行拍摄，并且能够把拍摄到的图像通过无线传输的方式实时传输到后端处理设备2之中，而后端处理设备2则能够对由前端总装设备1传输过来的图像信息进行数据处理及测距计算，从而能够实时监测轨道中是否存在异物，并且当轨道中存在异物时，能够实时测量异物与前端总装设备1之间的距离；摄像机11的光轴与轨道中心线相互平行并且光轴与轨道中心线垂直于轨道，因此摄像机11能够有效把轨道的两条钢轨都拍摄下来，使得被拍摄到的两条钢轨均匀地处于图像的中间位置，从而能够降低对图像的处理难度，提高对图像的处理效率和分析准确度；因此，本发明的安全监控系统，能够准确检测轨道上的异物，并且能够准确计算出异物与列车之间距离，从而免去了乘务员攀爬在车厢上的危险行为，提高了列车之间的接驳效率。

其中，参照图1，前端总装设备1还包括用于对由摄像机11采集到的图像进行图像数据处理的图传模块12、用于向后端处理设备2发送图像数据的图像发射天线13、用于对由后端处理设备2发送过来的操作指令进行数据处理的主控模块14和用于接收操作指令的指令接收天线15，摄像机11、图传模块12和图像发射天线13依次相连接，指令接收天线15、主控模块14和摄像机11依次相连接。具体地，由摄像机11采集到的图像，经过图传模块12对其的数据处理后，由图像发射天线13发送给后端处理设备2，从而使后端处理设备2能够实时对图像进行处理及进行测距计算。当后端处理设备2计算出异物与列车之间的实时距离后，后端处理设备2向前端总装设备1发送相关的操作指令，指令接收天线15接收到操作指令后，把操作指令发送到主控模块14，主控模块14控制前端总装设备1执行相关的操作，并且，主控模块14还能够调整摄像机11的工作，使得摄像机11能够继续实时对轨道进行拍摄。

其中，参照图1，前端总装设备1还包括用于进行补光辅助拍摄的照明灯16，照明灯16与主控模块14相连接。具体地，照明灯16能够根据光线的明暗情况而对摄像机11进行补光操作，从而辅助摄像机11的拍摄，使得摄像机11能够拍摄出清晰准确的图像，从而方便图传模块12和后端处理设备2进行数据处理。

其中，参照图1，前端总装设备1还包括用于报警鸣笛的蜂鸣器17，蜂鸣器17与主控模块14相连接。具体地，蜂鸣器17执行报警鸣笛的任务，从而警示行人不要靠近，以保障行人的安全。

其中，参照图1，前端总装设备1还包括用于指示列车正在进行调车推送作业的警示灯18，警示灯18与主控模块14相连接。具体地，警示灯18能够用于提示列车正在进行调车推送作业，告警行人切勿靠近，以保证操作安全。

其中，参照图1，后端处理设备2包括用于接收图像数据的图像接收天线21、用于把图像数据从高频模拟信号的形式转化成数字信号的形式的图传接收设备22、用于进行异物分析及异物测距的数据处理模块23、用于对操作指令进行射频调制的无线模块24和用于向前端总装设备1发送操作指令的指令发送天线25，图像接收天线21、图传接收设备22和数据处理模块23依次相连接，数据处理模块23、无线模块24和指令发送天线25依次相连接。具体地，由前端总装设备1发送过来的图像信号，依次经过图像接收天线21和图传接收设备22，最终输入到数据处理模块23之中进行测距计算。当数据处理模块23完成测距计算并得出异物与列车之间的实时距离时，数据处理模块23通过无线模块24和指令发送天线25向前端总装设备1发送操作指令，使前端总装设备1执行相对应的操作，例如照明灯16进行补光照明、蜂鸣器17报警鸣笛或者警示灯18告警行人等。

参照图1-图3，应用一种辅助调车推送作业的安全监控系统的测距方法，包括以下步骤：

a、摄像机11拍摄轨道的图像，求得图像的像素总长度p和目标点在图像中距离图像底端的像素长度δp；

b、建立基于图像纵向比例关系的测距模型，得到目标点与摄像机11之间的水平距离的关系式为：

其中，l为目标点与摄像机11之间的水平距离；l0为一常数，表示摄像机11的摄像盲区距离；

c、对步骤b中的关系式进行求解，得到目标点与摄像机11之间的水平距离；

具体地，通过建立基于图像纵向比例关系的测距模型，从而得出目标点与摄像机11之间的水平距离的关系式，通过代入相关参数，从而求得关系式的解，即可得到目标点与摄像机11之间的水平距离，即异物与列车之间距离，因此能够免去了乘务员攀爬在车厢上的危险行为，提高了列车之间的接驳效率。

其中，参照图1-图3，步骤a中求得目标点在图像中距离图像底端的像素长度δp，包括以下步骤：

a1、把图像进行二值化；

a2、根据图像中钢轨上的两个像素点的位置，利用深度卷积神经网络求得该两个像素点的坐标；

a3、根据该两个像素点的坐标求得轨道直线方程：

y＝kx+b

其中，y为图片中钢轨上的像素点的纵坐标数值，x为图片中钢轨上的像素点的横坐标数值，k为图片中钢轨的斜率，b为图片中钢轨的截距；

a4、根据a3中的轨道直线方程，求得目标点在图像中距离图像底端的像素长度δp；

具体地，摄像机11拍摄到轨道的图像并把该图像数据传输到后端处理设备2中的数据处理模块23时，为了方便进行图像的处理，首先需要把该轨道的图像进行二值化从而转化成矩阵数据，此时，图像中钢轨上的异物所处于的像素点，即目标点的像素，与矩阵数据中的位置相对应，因此，为了能够更快并更准确地找出目标点的像素，需要求得轨道直线方程。因此，利用深度卷积神经网络求得图像中钢轨上任意两个像素点的坐标，并根据这两个像素点的坐标求得轨道直线方程，此时，不论目标点处于钢轨上的任何位置，利用轨道直线方程都可快速准确地求得目标点在图像中距离图像底端的像素长度δp。

此外，参照图1-图2，由于摄像机11的光轴与轨道中心线相互平行并且光轴与轨道中心线所在的平面垂直于轨道，因此由摄像机11所拍摄到的轨道的图像中，轨道从图像的底部延伸到图像的中点位置所在的水平线处，而图像的中点位置所在的水平线到图像到的顶部这一范围内，均是天空的图像，因此，图像中钢轨到图像的底部之间的距离，为图像纵向像素总长度的一半。因此，在图1-图2中，有以下的定义：f表示摄像机11的焦距，h表示摄像机11的安装高度，l0表示摄像机11的摄像盲区距离，l表示目标点到摄像机11的水平距离，δb表示目标点到图像底部的成像长度，p为图像纵向像素总长度，因此，结合图2，可得以下的关系式：

结合上述的两个关系式，可得：

由于因此可得：

而由于在摄像机11中的成像总长度为2ftanδ，而成像长度与图像纵向像素总长度存在着一一对应的关系，因此可以得出以下的比例关系：

此时，把上述公式相互结合，可得目标点与摄像机11之间的水平距离为：

其中，l0和p作为已知参数，而在步骤a中可以求得目标点在图像中距离图像底端的像素长度δp，因此，把这些参数代入到上述中，即可求得目标点与摄像机11之间的水平距离，从而实现实时的测距计算，因此能够免去了乘务员攀爬在车厢上的危险行为，提高了列车之间的接驳效率。

另外，计算出目标点与摄像机11之间的水平距离后，为了保证计算得到的结果符合实际的数值范围，因此需要对该结果进行误差分析。与传统的基于轨距常数的横向比例关系测距模型进行比较，有以下的比较结果：

由上述数据可知，采用了基于图像纵向比例关系的测距模型的本发明的测距方法，其误差小于基于轨距常数的横向比例关系测距模型的测距方法，因此，本发明的应用一种辅助调车推送作业的安全监控系统的测距方法，能够更加准确地检测轨道上的异物，并且能够更加准确地计算出异物与列车之间距离。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。