基于圖像處理技術(shù)的鐵路站臺(tái)非安全區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前，我國(guó)高鐵建設(shè)如火如荼。采用高速攝像機(jī)采集圖像并通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)高鐵站臺(tái)非安全區(qū)的安全監(jiān)控，將對(duì)列車(chē)的正點(diǎn)運(yùn)行和保障站臺(tái)人身安全具有非常重要的意義。

概述

鐵路站臺(tái)非安全區(qū)域的安全監(jiān)控是保障列車(chē)進(jìn)出站時(shí)乘客安全以及列車(chē)正點(diǎn)運(yùn)行的有效輔助手段，傳統(tǒng)的激光掃描方式監(jiān)控，激光束之間存在盲區(qū)，導(dǎo)致誤報(bào)率高。針對(duì)激光監(jiān)控存在的問(wèn)題以及數(shù)字視頻技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)基于高級(jí)視像監(jiān)控技術(shù)、視像移動(dòng)偵測(cè)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)的全數(shù)字視頻監(jiān)控模式的站臺(tái)非安全區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)非常必要，該系統(tǒng)采用高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，全面覆蓋火車(chē)站臺(tái)非安全區(qū)，對(duì)在列車(chē)進(jìn)出站時(shí)非安全區(qū)內(nèi)的障礙物進(jìn)行視頻成像，通過(guò)對(duì)圖像的對(duì)比處理計(jì)算，分析出站臺(tái)非安全區(qū)是否有障礙物的存在，是否影響列車(chē)進(jìn)出站，并將分析結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)送至列車(chē)司機(jī)、站臺(tái)值班員以及站臺(tái)值班室值班員，為列車(chē)進(jìn)出站時(shí)判斷站臺(tái)安全狀態(tài)提供有效的輔助依據(jù)，是降低安全事故的發(fā)生，保障列車(chē)進(jìn)出站安全以及站臺(tái)工作人員和乘客安全的最有效的監(jiān)控手段。(見(jiàn)圖1)

系統(tǒng)構(gòu)成

站臺(tái)非安全區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、站臺(tái)視頻圖像采集處理、站臺(tái)值班室監(jiān)控系統(tǒng)、站臺(tái)值班員手持機(jī)以及列車(chē)司機(jī)室報(bào)警裝置五部分組成。

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸方面，我們通過(guò)建立無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，對(duì)所有站臺(tái)進(jìn)行無(wú)線全覆蓋，監(jiān)控?cái)z像機(jī)采集的視頻圖像、圖像數(shù)據(jù)處理的結(jié)果、非安全區(qū)有障礙物的報(bào)警信號(hào)、站臺(tái)值班室與站臺(tái)值班員的信息交互以及站臺(tái)值班室、站臺(tái)值班員與列車(chē)司機(jī)室的信息交互等都可以通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

站臺(tái)視頻圖像采集處理

大多列車(chē)站臺(tái)基本上是非封閉環(huán)境，考慮到陽(yáng)光直射以及其他外界因素(燈光、飛蟲(chóng)、灰塵等)的影響，我們?cè)诿總€(gè)站臺(tái)設(shè)置四個(gè)高清攝像機(jī)，分別放置在站臺(tái)兩端，每端兩臺(tái)攝像機(jī)，以不同角度放置，以避免陽(yáng)光直射，同時(shí)，四個(gè)相機(jī)可完全交叉監(jiān)控站臺(tái)非安全區(qū)域，使的監(jiān)控系統(tǒng)在同一時(shí)間可獲得四幅靜態(tài)圖像，綜合對(duì)比分析四幅不同角度的圖像，從而準(zhǔn)確得出站臺(tái)非安全區(qū)域的實(shí)時(shí)狀態(tài)，避免因單臺(tái)攝像機(jī)故障、單幅圖像角度以及其他外界因素(飛蟲(chóng)、鏡頭粘有異物等)問(wèn)題而產(chǎn)生誤判斷、誤報(bào)警。

根據(jù)處理終端部署位置的不同，分為前端處理模式和后端處理模式。

前端處理模式

所有攝像機(jī)均采用有線網(wǎng)絡(luò)可編程攝像機(jī)，首先將單臺(tái)采集的視頻圖像通過(guò)相機(jī)處理程序進(jìn)行初步處理分析，然后采用有線方式傳至本站臺(tái)圖像數(shù)據(jù)處理設(shè)備，由本站臺(tái)圖像數(shù)據(jù)處理設(shè)備完成四路視頻圖像的對(duì)比處理分析，得出分析處理結(jié)果，并將有障礙物情況下的分析處理結(jié)果以無(wú)線方式發(fā)送至站臺(tái)值班室監(jiān)控系統(tǒng)、站臺(tái)值班員手持機(jī)和列車(chē)司機(jī)室報(bào)警裝置。前端處理無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸示意圖 (見(jiàn)圖2)

優(yōu)點(diǎn)：

視頻圖像采集攝像機(jī)與圖像處理設(shè)備之前通過(guò)有線方式連接，可靠性、穩(wěn)定性高。

每個(gè)站臺(tái)的圖像數(shù)據(jù)處理部分相互獨(dú)立，自成系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)生故障或處理程序出現(xiàn)BUG時(shí)，僅影響本站臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行，不影響其他站臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)行。

缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理設(shè)備重復(fù)，設(shè)備利用率低，系統(tǒng)整體性不強(qiáng)。

后端處理模式

所有攝像機(jī)均采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可編程攝像機(jī)，首先將單臺(tái)采集的視頻圖像通過(guò)相機(jī)處理程序進(jìn)行初步處理分析，然后再以無(wú)線方式傳回站臺(tái)值班室監(jiān)控系統(tǒng)，由站臺(tái)值班室監(jiān)控系統(tǒng)完成四幅圖像的綜合對(duì)比處理分析，得出分析處理結(jié)果，并將有障礙物情況下的分析處理結(jié)果由站臺(tái)值班室監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)以無(wú)線方式發(fā)送至站臺(tái)值班員手持機(jī)和列車(chē)司機(jī)室報(bào)警裝置。

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)整體性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集中分析，集中管理，設(shè)備利用率高。

缺點(diǎn)：圖像數(shù)據(jù)處理在站臺(tái)值班室處理終端完成，所有數(shù)據(jù)傳輸依賴(lài)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定性、可靠性相對(duì)較低。

所有站臺(tái)的圖像數(shù)據(jù)處理均由站臺(tái)值班室圖像數(shù)據(jù)處理程序完成，數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)生故障或處理程序出現(xiàn)BUG時(shí)，所有站臺(tái)系統(tǒng)均不能正常運(yùn)行。

站臺(tái)值班室監(jiān)控系統(tǒng)

前端處理模式下實(shí)現(xiàn)前端分析處理結(jié)果的顯示、存儲(chǔ)與報(bào)警。后端處理模式下實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)站臺(tái)傳輸回的視頻圖像的處理分析，并在有障礙物狀態(tài)下實(shí)時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)至列車(chē)司機(jī)室報(bào)警裝置及站臺(tái)值班員手持機(jī)。

站臺(tái)值班員手持機(jī)

供站臺(tái)值班員接收非安全區(qū)有障礙物狀態(tài)下的分析處理結(jié)果和報(bào)警提示。

列車(chē)司機(jī)室報(bào)警裝置

供列車(chē)司機(jī)室接收非安全區(qū)有障礙物狀態(tài)下的報(bào)警信號(hào)和報(bào)警提示。

系統(tǒng)原理

列車(chē)進(jìn)站時(shí)的監(jiān)控

手動(dòng)啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

列車(chē)進(jìn)站時(shí)由站臺(tái)值班室值班員通過(guò)站臺(tái)值班監(jiān)控系統(tǒng)或站臺(tái)值班員通過(guò)手持機(jī)，根據(jù)過(guò)站列車(chē)信息，確定進(jìn)站列車(chē)進(jìn)入的站臺(tái)，并啟動(dòng)相應(yīng)站臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)，站臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)分析進(jìn)入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的列車(chē)監(jiān)控裝置，確定進(jìn)站的列車(chē)，通過(guò)進(jìn)站列車(chē)TAX箱數(shù)據(jù)獲取列車(chē)信息，分析判斷后建立站臺(tái)與列車(chē)的通信。

自動(dòng)啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

在車(chē)站外道岔口處設(shè)監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)有列車(chē)進(jìn)入相應(yīng)股道時(shí)，由監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)相應(yīng)站臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)，站臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)分析進(jìn)入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的列車(chē)監(jiān)控裝置，確定進(jìn)站的列車(chē)，通過(guò)進(jìn)站列車(chē)TAX箱數(shù)據(jù)獲取列車(chē)信息，分析判斷后建立站臺(tái)與列車(chē)的通信。

列車(chē)出站時(shí)的監(jiān)控