基于圖像處理技術(shù)的鐵路站臺非安全區安全監控系統的設計與實(shí)現

目前，我國高鐵建設如火如荼。采用高速攝像機采集圖像并通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)和圖像處理技術(shù)實(shí)現對高鐵站臺非安全區的安全監控，將對列車(chē)的正點(diǎn)運行和保障站臺人身安全具有非常重要的意義。

概述

鐵路站臺非安全區域的安全監控是保障列車(chē)進(jìn)出站時(shí)乘客安全以及列車(chē)正點(diǎn)運行的有效輔助手段，傳統的激光掃描方式監控，激光束之間存在盲區，導致誤報率高。針對激光監控存在的問(wèn)題以及數字視頻技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)基于高級視像監控技術(shù)、視像移動(dòng)偵測技術(shù)、圖像處理技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的全數字視頻監控模式的站臺非安全區實(shí)時(shí)監控系統非常必要，該系統采用高速數字攝像機，全面覆蓋火車(chē)站臺非安全區，對在列車(chē)進(jìn)出站時(shí)非安全區內的障礙物進(jìn)行視頻成像，通過(guò)對圖像的對比處理計算，分析出站臺非安全區是否有障礙物的存在，是否影響列車(chē)進(jìn)出站，并將分析結果實(shí)時(shí)發(fā)送至列車(chē)司機、站臺值班員以及站臺值班室值班員，為列車(chē)進(jìn)出站時(shí)判斷站臺安全狀態(tài)提供有效的輔助依據，是降低安全事故的發(fā)生，保障列車(chē)進(jìn)出站安全以及站臺工作人員和乘客安全的最有效的監控手段。(見(jiàn)圖1)

系統構成

站臺非安全區安全監控系統主要由無(wú)線(xiàn)數據傳輸、站臺視頻圖像采集處理、站臺值班室監控系統、站臺值班員手持機以及列車(chē)司機室報警裝置五部分組成。

無(wú)線(xiàn)數據傳輸

數據傳輸方面，我們通過(guò)建立無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )，對所有站臺進(jìn)行無(wú)線(xiàn)全覆蓋，監控攝像機采集的視頻圖像、圖像數據處理的結果、非安全區有障礙物的報警信號、站臺值班室與站臺值班員的信息交互以及站臺值班室、站臺值班員與列車(chē)司機室的信息交互等都可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行數據傳輸。

站臺視頻圖像采集處理

大多列車(chē)站臺基本上是非封閉環(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，我們在每個(gè)站臺設置四個(gè)高清攝像機，分別放置在站臺兩端，每端兩臺攝像機，以不同角度放置，以避免陽(yáng)光直射，同時(shí)，四個(gè)相機可完全交叉監控站臺非安全區域，使的監控系統在同一時(shí)間可獲得四幅靜態(tài)圖像，綜合對比分析四幅不同角度的圖像，從而準確得出站臺非安全區域的實(shí)時(shí)狀態(tài)，避免因單臺攝像機故障、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、誤報警。

根據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

所有攝像機均采用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可編程攝像機，首先將單臺采集的視頻圖像通過(guò)相機處理程序進(jìn)行初步處理分析，然后采用有線(xiàn)方式傳至本站臺圖像數據處理設備，由本站臺圖像數據處理設備完成四路視頻圖像的對比處理分析，得出分析處理結果，并將有障礙物情況下的分析處理結果以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送至站臺值班室監控系統、站臺值班員手持機和列車(chē)司機室報警裝置。前端處理無(wú)線(xiàn)數據傳輸示意圖 (見(jiàn)圖2)

優(yōu)點(diǎn)：

視頻圖像采集攝像機與圖像處理設備之前通過(guò)有線(xiàn)方式連接，可靠性、穩定性高。

每個(gè)站臺的圖像數據處理部分相互獨立，自成系統，數據處理設備發(fā)生故障或處理程序出現BUG時(shí)，僅影響本站臺系統運行，不影響其他站臺系統的運行。

缺點(diǎn)：數據處理設備重復，設備利用率低，系統整體性不強。

后端處理模式

所有攝像機均采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可編程攝像機，首先將單臺采集的視頻圖像通過(guò)相機處理程序進(jìn)行初步處理分析，然后再以無(wú)線(xiàn)方式傳回站臺值班室監控系統，由站臺值班室監控系統完成四幅圖像的綜合對比處理分析，得出分析處理結果，并將有障礙物情況下的分析處理結果由站臺值班室監控系統實(shí)時(shí)以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送至站臺值班員手持機和列車(chē)司機室報警裝置。

優(yōu)點(diǎn)：系統整體性好，結構簡(jiǎn)單，集中分析，集中管理，設備利用率高。

缺點(diǎn)：圖像數據處理在站臺值班室處理終端完成，所有數據傳輸依賴(lài)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，穩定性、可靠性相對較低。

所有站臺的圖像數據處理均由站臺值班室圖像數據處理程序完成，數據處理設備發(fā)生故障或處理程序出現BUG時(shí)，所有站臺系統均不能正常運行。

站臺值班室監控系統

前端處理模式下實(shí)現前端分析處理結果的顯示、存儲與報警。后端處理模式下實(shí)現對每個(gè)站臺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)送報警信號至列車(chē)司機室報警裝置及站臺值班員手持機。

站臺值班員手持機

供站臺值班員接收非安全區有障礙物狀態(tài)下的分析處理結果和報警提示。

列車(chē)司機室報警裝置

供列車(chē)司機室接收非安全區有障礙物狀態(tài)下的報警信號和報警提示。

系統原理

列車(chē)進(jìn)站時(shí)的監控

手動(dòng)啟動(dòng)監控系統

列車(chē)進(jìn)站時(shí)由站臺值班室值班員通過(guò)站臺值班監控系統或站臺值班員通過(guò)手持機，根據過(guò)站列車(chē)信息，確定進(jìn)站列車(chē)進(jìn)入的站臺，并啟動(dòng)相應站臺的監控系統。同時(shí)，站臺監控系統分析進(jìn)入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的列車(chē)監控裝置，確定進(jìn)站的列車(chē)，通過(guò)進(jìn)站列車(chē)TAX箱數據獲取列車(chē)信息，分析判斷后建立站臺與列車(chē)的通信。

自動(dòng)啟動(dòng)監控系統

在車(chē)站外道岔口處設監測裝置，當有列車(chē)進(jìn)入相應股道時(shí)，由監測裝置發(fā)送啟動(dòng)信號啟動(dòng)相應站臺監控系統。同時(shí)，站臺監控系統分析進(jìn)入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的列車(chē)監控裝置，確定進(jìn)站的列車(chē)，通過(guò)進(jìn)站列車(chē)TAX箱數據獲取列車(chē)信息，分析判斷后建立站臺與列車(chē)的通信。

列車(chē)出站時(shí)的監控