本实用新型涉及铁路调车技术领域，特别是涉及一种机车调车装置。
背景技术：
调车作业是铁路运输生产的重要组成部分，相较于列车运行，因其作业区域线路复杂，作业方式变化多样，调车机车运行所涉及的安全问题也更繁杂。2017年以来铁路系统因司机操纵原因造成的机车调车作业险性事故频发，调车安全控制已成为当前铁路系统安全工作面临的一项紧迫任务。
最早，在调车作业过程中，调车信号的显示状态主要依靠乘务员和调车员的人工瞭望和确认，而人工因素存在太多不确定性，易受天气、人的身体状况以及主观意识的影响，容易造成“挤、脱、撞”等行车事故，对铁路运输安全构成了严重威胁。为了提高确认调车的精度，现有技术人员提出了利用无线调车信号与STP系统结合进行确认调车，但是STP系统是通过无线方式来进行调车作业时，机车之间存在严重的同频干扰现象，需要采用时分多址技术来识别各自的股道，这样会导致至少2s以上的延时，继而带来严重的安全隐患，并且只能支持5台机车同时进行调车作业，大大影响调车作业效率。另外，采用STP系统不仅需要车载设备，还需要地面设备的支持，进行调车机车作业监控所需投资较大，增加结构的复杂性。
针对上述问题，如何克服上述问题成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种机车调车装置，以提高工作效率和实时性，降低结构复杂性，避免延时造成的安全隐患。
为实现上述目的，本实用新型提供一种机车调车装置，所述机车调车装置包括：
获取装置，用于获取调车进路信息；
定位装置，用于获取机车在实际铁轨上的实时位置信息；
控制装置，分别与所述获取装置、所述定位装置相连，所述控制装置包括：图像获取触发信号确定模块，用于根据所述调车进路信息和所述机车在实际铁轨上的实时位置信息确定图像获取触发信号；
视频采集装置，与所述控制装置相连，用于根据所述控制装置发送的图像获取触发信号采集机车前方的视频图像，并根据所述视频图像确定语音播报信息，并将所述语音播报信息发送至所述控制装置；所述语音播报信息包括信号机状态和道岔状态；
语音装置，与所述控制装置相连，用于播放所述控制装置发送所述语音播报信息，播放完毕后，采集司机联控语音，根据所述司机联控语音进行语音识别，获得语音识别信息，并将所述语音识别信息发送至所述控制装置；
所述控制装置还包括第一判断模块，用于判断所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息是否一致；如果所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息一致，则所述控制装置接受司机对机车的调控操作；如果所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息不一致，则待司机确认后接受司机对机车的调控操作。
可选的，所述视频采集装置包括：
摄像机，与所述控制装置相连，用于根据所述控制装置发送的图像获取触发信号采集机车前方的视频图像；
图像识别装置，分别与所述摄像机、所述控制装置相连，用于根据所述视频图像确定语音播报信息，并将所述语音播报信息发送至所述控制装置。
可选的，所述语音装置包括：
扬声器，与所述控制装置相连，用于播放所述控制装置发送所述语音播报信息；
拾音器，所述语音播报信息播放完毕后，用于采集司机联控语音；
语音识别装置，分别与所述拾音器、所述控制装置相连，用于根据所述拾音器采集的所述司机联控语音进行语音识别，获得语音识别信息，并将所述语音识别信息发送至所述控制装置。
可选的，所述机车调车装置还包括：速度传感器，与所述控制装置相连，用于检测机车在各区段运行的实时速度，并发送至所述控制装置；
所述控制装置还包括第二判断模块，用于判断所述速度传感器发送的实时速度是否大于各区段的限速阈值；如果所述实时速度大于各区段的限速阈值，则所述控制装置控制所述语音装置播放实时速度和限速阈值，以提示司机减速；如果所述实时速度小于等于各区段的限速阈值，则所述控制装置重新根据所述速度传感器发送的实时速度进行判断；
所述控制装置还包括实时位置信息确定模块，用于根据机车在实际铁轨上的实时位置信息和实时速度确定机车在站场平面图中的实时位置信息。
可选的，所述机车调车装置还包括：
存储装置，与所述控制装置相连，用于存储所述控制装置发送的调车进路信息、视频图像、语音播报信息、司机联控语音、语音识别信息以及调车过程。
可选的，所述机车调车装置还包括：
显示装置，与所述控制装置相连，用于显示所述控制装置发送的机车在站场平面图中的实时位置信息、调车进路信息、信号机和道岔的位置、语音播报信息、实时速度以及各区段的限速阈值；
所述调车进路信息包括：调车作业计划、机车行走的轨道以及经过的信号机和道岔信息。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
本实用新型设置控制装置、语音装置和视频采集装置，视频采集装置实时采集视频图像，并根据采集的视频图像确定语音播报信息，并将语音播报信息通过控制装置发送至语音装置，语音装置播放完语音播报信息后采集司机联控语音，并根据司机联控语音确定语音识别信息，并将语音识别信息传送给控制装置，控制装置根据语音播报信息中的信号机状态或道岔的状态与语音识别信息，判断是否接收机车调控操作，本实用新型将语音装置和视频采集装置相结合，实时向司机发送语音播报信息，因此提高实时性，避免延时造成的安全隐患。
本实用新型设置的机车调车装置，支持全部作业车同时工作，提高调车的工作效率。
本实用新型设置的机车调车装置不依赖现有机车设备，只需安装在机车上，无需在地面增加设备，因此该装置具有结构简单、性价比高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一机车调车装置结构框图；
图2为本实用新型实施例二机车调车方法流程图；
图3为本实用新型实施例二信号机状态识别流程图；
图4为本实用新型实施例二道岔状态识别流程图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种机车调车装置及方法，以提高工作效率和实时性，降低结构复杂性，避免延时造成的安全隐患。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
随着铁路技术的不断发展，作为铁路系统中列车控制的核心单元列车运行控制系统也在不断的更新换代，作为列控系统中的重要技术环节，列车定位单元可以让列控系统实时、准确地了解列车的当前位置，辅助列控系统完善自身功能。现有定位技术包括使用惯性传感器、ODO里程计、速度传感器、轨道电路、应答器、多普勒雷达等，各种定位方法获取的往往都是列车的实时位置坐标，在单独使用时并无太大的意义，需与轨道地图相结合才能进一步得到列车运行线路中的重要控制信息。电子技术以及计算机技术的不断发展，使得原始的轨道地图越来越难以满足需求，于是随着GIS地理信息系统技术的发展，站场地图便应运而生。
根据站场地图能够确定：1)站场中道岔与轨道区段的关系；2)信号机与轨道区段的关系；3)进路与信号机的关系；4)各线路轨道长度信息；5)道岔、信号机与轨道区段的类型；6)弯道曲率半径信息；7)任意信号机与道岔在平面图上的位置坐标以及高度信息。
图1为本实用新型实施例一机车调车装置结构框图，如图1所示，本实用新型提供一种机车调车装置，所述机车调车装置包括：获取装置1、定位装置2、控制装置3、视频采集装置4、语音装置5、速度传感器6、显示装置7、存储装置8、数据分析装置。
获取装置1，用于获取调车进路信息。
所述获取装置1为键盘，用于手动输入调车进路信息；所述获取装置1还可以为计算机，用于从TDCS系统中通过GSM-R或GPRS网络无线传输方式获取调车进路信息。
定位装置2，用于获取机车在实际铁轨上的实时位置信息；所述定位装置2为GPS/BDS双定位装置，具体由OEM615板卡与OEM天线模块组成。
视频采集装置4，与所述控制装置3相连，所述视频采集装置4包括：
2个摄像机，与所述控制装置3相连，用于根据所述控制装置3发送的图像获取触发信号采集机车前方的视频图像；所述摄像机的型号为海康DS-2CD4026FWD-(A)SDI。
2个所述摄像机分别架在机车两侧，保证相机视场角有一定范围的重合。摄像机采用双目的方式，在保证图像信息量足够的同时扩大相机视场角范围，将弯道处的信号机以及道岔部分包含在图像中，不会由于遗漏信号机及道岔而造成漏检现象的发生。
图像识别装置，分别与各所述摄像机、所述控制装置3相连，用于根据所述视频图像确定语音播报信息，并将所述语音播报信息发送至所述控制装置3；所述图像识别装置由GPU、FPGA、DSP以及外围电路组成。
所述图像识别装置包括：信号机状态确定模块和道岔状态确定模块。
信号机状态确定模块，用于根据所述视频图像确定信号机状态。
所述信号机状态确定模块具体包括：
相对位置信息确定单元，用于根据机车高度、视频采集装置的俯仰角、机车与信号机的经纬度坐标确定机车与信号机的相对位置信息；
第一拼接图像确定单元，用于利用图像拼接技术将视频图像进行融合，获得第一拼接图像。
重点区域确定单元，用于根据机车与信号机的相对位置信息确定信号机在所述第一拼接图像中的重点区域。
第一提取单元，用于在所述重点区域内提取色调分量、饱和度分量和明度分量。
蓝、白区域确定单元，用于根据所述色调分量、饱和度分量确定蓝色区域；根据饱和度分量和明度分量确定白色区域。
蓝灯或白灯标记区域确定单元，用于剔除所述蓝色或白色区域内不满足设定要求的区域，获得蓝灯或白灯标记区域。
所述设定要求为：Amin＜Ai＜Amax，Ci＞C0，其中，Ai为第i个连通域的区域面积，Amin为最小区域面积设定值，Amax为最大区域面积设定值，Ci为第i个连通域的区域圆形度，C0为区域圆形度设定值。
第一判断单元，用于判断所述蓝灯标记区域内的蓝灯与灯罩的相对位置是否与实际蓝灯与灯罩的位置信息一致，如果一致，则为蓝灯，如果不一致，则为灭灯；
第二判断单元，用于判断所述白灯标记区域内的白灯与灯罩的相对位置是否与实际白灯与灯罩的位置信息一致，如果一致，则为白灯，如果不一致，则为灭灯。
道岔状态确定模块，用于根据所述视频图像确定道岔状态。
所述道岔状态确定模块具体包括：
第二拼接图像确定单元，用于利用图像拼接技术将视频图像进行融合，获得第二拼接图像。
第二提取单元，用于对所述第二拼接图像进行图像分割，提取第二拼接图像中的铁轨区域。
铁轨进路方向确定单元，用于根据所述铁轨区域的铁轨斜率、位置及间距确定所述铁轨区域的铁轨进路方向。
第三提取单元，用于延伸铁轨方向，提取道岔区域。
道岔状态确定单元，用于对所述道岔区域进行连通域分析，对所述铁轨进路方向的铁轨进行邻域分析，确定道岔状态，所述道岔状态为道岔的定、反位的开合状态。
语音装置5，与所述控制装置3相连，所述语音装置5包括：
扬声器，与所述控制装置3相连，用于播放所述控制装置3发送所述语音播报信息、机车在各区段运行的实时速度以及限速阈值；所述语音播报信息包括信号机状态和机车与信号机之间的距离；或道岔状态和机车与道岔之间的距离。
拾音器，所述语音播报信息播放完毕后，用于采集司机联控语音；所述拾音器为回声抑制拾音器。
例如，所述语音播报信息播放完毕后，通过拾音器采集正副司机所说的信号机状态，如副司机喊“调车信号白灯”，正司机重复“白灯”或副司机喊“蓝灯停车”，正司机重复“蓝灯停车”进行联控语音，获得司机联控语音；
所述语音播报信息播放完毕后，会通过拾音器采集正副司机所述道岔定、反位状态，如副司机喊“道岔定位”，正司机重复“定位”或副司机喊“道岔反位停车”，正司机重复“道岔反位停车”进行联控语音，获得司机联控语音。
所述司机联控语音包括：信号机状态确认时的联控语音或道岔状态确认的联控语音。
语音识别装置，分别与所述拾音器、所述控制装置3相连，用于根据所述拾音器采集的所述司机联控语音进行语音识别，获得语音识别信息，并将所述语音识别信息发送至所述控制装置3；所述语音识别信息为信号机状态或道岔状态；所述语音识别装置是由科大讯飞设计开发的装置。
速度传感器6，与所述控制装置3相连，用于检测机车在各区段运行的实时速度，并发送至所述控制装置3；所述速度传感器6的具体型号为：NTQG15D光电式速度传感器。
控制装置3包括：图像获取触发信号确定模块、第一判断模块、第二判断模块和实时位置信息确定模块；所述控制装置3是由DSP C674x、Xilinx Spartan-6 FPGA和外围电路组成。
图像获取触发信号确定模块，分别与所述获取装置1、所述定位装置2相连，用于根据所述调车进路信息和所述机车在实际铁轨上的实时位置信息确定图像获取触发信号。
图像获取触发信号确定模块具体包括：
距离确定单元，用于根据所述调车进路信息和所述机车在实际铁轨上的实时位置信息确定机车与信号机之间的距离或机车与道岔之间的距离。
第三判断单元，用于判断机车与信号机之间的距离是否大于第一设定值；如果机车与信号机之间的距离大于第一设定值，则重新确定机车与信号机之间的距离；如果机车与信号机之间的距离小于等于第一设定值，则控制装置3发送图像获取触发信号。
第四判断单元，用于判断机车与道岔之间的距离是否大于第二设定值；如果机车与道岔之间的距离大于第二设定值，则重新确定机车与道岔之间的距离；如果机车与道岔之间的距离小于等于第二设定值，则控制装置3发送图像获取触发信号。
第一判断模块，用于判断所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息是否一致；如果所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息一致，则所述控制装置3接受司机对机车的调控操作；如果所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息不一致，则待司机确认后接受司机对机车的调控操作。
第二判断模块，用于判断所述速度传感器6发送的实时速度是否大于各区段的限速阈值；如果所述实时速度大于各区段的限速阈值，则所述控制装置3控制所述语音装置5播放实时速度和限速阈值，以提示司机减速；如果所述实时速度小于等于各区段的限速阈值，则所述控制装置3重新根据所述速度传感器6发送的实时速度进行判断。
实时位置信息确定模块，用于根据机车在实际铁轨上的实时位置信息和实时速度确定机车在站场平面图中的实时位置信息。
存储装置8，与所述控制装置3相连，用于存储所述控制装置3发送的调车进路信息、视频图像、语音播报信息、司机联控语音、语音识别信息以及调车过程。
具体的，所述存储装置8采用卡式插拔结构、采用固态电子存储媒介，便于信息的长久存储和提取。
显示装置7，与所述控制装置3相连，用于显示所述控制装置3发送的机车在站场平面图中的实时位置信息、调车进路信息、信号机和道岔的位置、语音播报信息、实时速度以及各区段的限速阈值；所述调车进路信息包括：调车作业计划、机车行走的轨道以及经过的信号机及道岔信息。
数据分析装置，与所述存储装置8相连，用于根据所述存储装置8内存储的视频图像、语音播报信息、司机联控语音、语音识别信息以及调车过程进行数据分析，寻找司机调车过程不规范的部分，用于分析调车的准确定的精度。
本实用新型设置控制装置3、语音装置5和视频采集装置4，视频采集装置4实时采集视频图像，并根据采集的视频图像确定语音播报信息，并将语音播报信息通过控制装置3发送至语音装置5，语音装置5播放完语音播报信息后采集司机联控语音，并根据司机联控语音确定语音识别信息，并将语音识别信息传送给控制装置3，控制装置3根据语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与语音识别信息，判断是否接收机车调控操作，本实用新型将语音装置5和视频采集装置4相结合，实时向司机发送语音播报信息，因此提高实时性，避免延时造成的安全隐患。
本实用新型设置的机车调车装置，支持全部作业车同时工作，提高调车的工作效率。
本实用新型设置的机车调车装置不依赖现有机车设备，只需安装在机车上，无需在地面增加设备，因此该装置具有结构简单、性价比高的优点。
图2为本实用新型实施例二机车调车方法流程图，如图2所示，本实用新型提供一种机车调车方法，所述机车调车方法包括：
步骤20：获取调车进路信息和机车在实际铁轨上的实时位置信息。
步骤21：根据所述调车进路信息和所述机车在实际铁轨上的实时位置信息确定图像获取触发信号。
步骤22：根据图像获取触发信号采集机车前方的视频图像。
步骤23：根据视频图像确定语音播报信息；所述语音播报信息包括信号机状态和机车与信号机之间的距离；或道岔状态和机车与道岔之间的距离。
所述步骤23，具体步骤包括：
步骤231：根据视频图像确定信号机状态。
图3为本实用新型实施例二信号机状态识别流程图，如图3所示，所述步骤231，具体步骤包括：
步骤2311：根据机车高度、视频采集装置4俯仰角、机车与信号机的位置坐标确定机车与信号机的相对位置信息。
步骤2312：利用图像拼接技术将视频图像进行融合，获得第一拼接图像。
步骤2313：根据机车与信号机的相对位置信息确定信号机在所述第一拼接图像中的重点区域。
步骤2314：在所述重点区域内提取色调分量、饱和度分量和明度分量。
步骤2315：根据所述色调分量、饱和度分量确定蓝色区域；根据饱和度分量和明度分量确定白色区域。
步骤2316：剔除所述蓝色或白色区域内不满足设定要求的区域，获得蓝灯或白灯标记区域。
所述设定要求为：Amin＜Ai＜Amax，Ci＞C0，其中，Ai为第i个连通域的区域面积，Amin为最小区域面积设定值，Amax为最大区域面积设定值，Ci为第i个连通域的区域圆形度，C0为区域圆形度设定值。
步骤2317：判断所述蓝灯标记区域内的蓝灯与灯罩的相对位置是否与实际蓝灯与灯罩的位置信息一致，如果一致，则为蓝灯，如果不一致，则为灭灯。
步骤2318：或判断所述白灯标记区域内的白灯与灯罩的相对位置是否与实际白灯与灯罩的位置信息一致，如果一致，则为白灯，如果不一致，则为灭灯。
步骤232：根据视频图像确定道岔状态。
图4为本实用新型实施例二道岔状态识别流程图，如图4所示，所述步骤232，具体步骤包括：
步骤2321：利用图像拼接技术将视频图像进行融合，获得第二拼接图像。
步骤2322：对所述第二拼接图像进行图像分割，提取第二拼接图像中的铁轨区域。
步骤2323：根据所述铁轨区域的铁轨斜率、位置及间距确定所述铁轨区域的铁轨进路方向。
步骤2324：延伸铁轨方向，提取道岔区域。
步骤2325：对所述道岔区域进行连通域分析，对所述铁轨进路方向的铁轨进行邻域分析，确定道岔状态，所述道岔状态为道岔的定、反位的开合状态。
步骤24：播放完所述语音播报信息后，采集司机联控语音。
步骤25：根据司机联控语音进行语音识别，获得语音识别信息。
步骤26：判断所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息是否一致。
步骤27：如果所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息一致，则所述控制装置3接受司机对机车的调控操作。
步骤28：如果所述语音播报信息中的信号机状态或道岔状态与所述语音识别信息不一致，则待司机确认后接受司机对机车的调控操作。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。