基于图像识别的联锁关系验证方法论文

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　　摘 要 ：信号联锁是保证车站行车安全的重要技术措施,严密的联锁关系是行车安全的根本。信号联锁试验是确保信号设 备安全和技术管理的重要内容之一,贯穿于信号设备设计、施工、运用、维护工作的全过程,对于保证联锁关系的正确性具有 不可替代的作用。本文分析了目前信号联锁试验的现状及存在的问题,提出基于图像识别的联锁关系验证方法,研究并实现了 通过视频解析、图像处理、图像识别、颜色识别等技术完成进路识别,按照该方法可以在日常车务办理进路的过程中对车站的 联锁关系进行验证记录,筛选未办理的进路进行联锁试验,从而减轻联锁试验的工作量。

　　【Abstract】：Signal interlocking is an important technical measure to ensure the safety of train operation at stations, and a tight interlocking relationship is the foundation of train operation safety. Signal interlocking test is one of the important contents to ensure the safety and technical management of signal equipment. It runs through the entire process of signal equipment design, construction, operation, and maintenance, and plays an irreplaceable role in ensuring the correctness of interlocking relationships. This article analyzes the current situation and existing problems of signal interlocking tests, proposes an interlocking relationship verification method based on image recognition, and studies and realizes route recognition through video analysis, image processing, image recognition, color recognition and other technologies. According to this method, the interlocking relationship of the station can be verified and recorded in the daily process of handling routes for train services, and the unused routes can be screened for interlocking tests, thereby reducing the workload of interlocking tests.

　　【Key words】：image recognition;interlocking relationship verification;signal interlocking

　　1 设计思路及特征
　　基于图像识别的联锁关系验证方法的设计思路如下 ：

　　(1)建立一套铁路信号联锁关系验证管理系统,用 于车站联锁表维护、联锁试验状态分析处理及联锁试验 检查表的生成 ;

　　(2)建立一个基于图像识别的车站进路识别装置, 用于实时采集车站办理的进路信息,同时将该进路信息 传送给管理系统 ;

　　(3)将车站进路识别装置与联锁关系验证管理系统 连接,使其能随时传输进路识别信息 ;

　　(4)将车站进路识别装置与车站微机联锁站场复示终端通过 VGA/HDMI 视频信号分屏方式连接,用于采 集车站排路状态 ;

　　(5)建立一个联锁现场试验及记录的联锁试验作业 终端,用于接收管理系统生成的联锁试验检查表,生成 现场联锁试验的测试用例 ;

　　(6)现场作业人员依据联锁试验作业终端的测试用 例,依次执行测试,同时车站进路识别装置同步识别并 自动记录用例执行的结果并上传到管理系统 ;

　　(7)现场试验完成后,作业人员通过联锁试验作业 终端将所记录的人工试验结果上传至管理系统,完成现 场试验作业 ;

　　(8)管理系统自动比对人工试验结果与自动识别结 果,来判断试验作业是否完成。

　　该方法的具体框图如图 1 所示。

　　基于图像识别的联锁关系验证方法包括车站进路识别 装置、联锁试验作业终端、管理系统软件以及信息通道。

　　其中车站进路识别装置包括 VGA 信号采集模块、 计算模块、通信模块、车站进路图像识别软件等,车 站进路识别装置与微机监测的站场复示终端通过 VGA 分屏方式连接,车站进路识别装置通过实时图像识别 VGA 分屏的站场图,分析出已排的进路信息,并通过 信息通道传输给管理系统,该装置采集的数据作为管理系统生成联锁试验检查表的依据 ;

　　联锁试验作业终端包括智能终端和联锁试验作业软 件, 联锁试验作业终端是 Android 智能终端, 安装联锁 试验作业 App 软件,用于数字化展示测试用例,并采集 人工试验的结果 ;管理系统软件主要提供车站已排进路 数据采集、车站联锁进路表分解及联锁试验检查表的生 成,已排进路信息采集是通过信息通道实时采集车站进 路设备装置所识别的已排进路信息并存储 ;车站联锁进 路表分解是车站联锁进路的基础数据通过添加、导入等 方式建立每个车站的联锁进路 ;联锁试验检查表生成是 管理系统通过分析上次完成联锁试验后的历史已排进路 数据,比对车站联锁进路表,把未排过的进路筛选出来 形成本次联锁试验检查表。

　　2 算法设计及实现

　　本文所述方法其核心算法是基于图像识别的进路识 别,主要的识别流程如图 2 所示。

　　2.1 信号机、轨道区段、道岔状态识别

　　首先根据标记坐标截取信号灯、区段、道岔位置图 片,获取该区域内各像素点颜色,记录各像素点个数, 然后按颜色占比排序,依照标框与各类标记特点,最后 根据类别判定各标记颜色。

　　(1)进站信号灯 / 出站信号灯。

　　排名第一的像素颜色若为黑色,则其两个信号灯颜 色为其排名第二的颜色 ( 例如 U,R, L) ;

　　排名第二的像素颜色若为黑,则信号灯为两个相同 的颜色 ( 排名第一的颜色)如 Uu ;

　　排名前两种颜色不同且不为黑,则信号灯两个颜 色,例如 LU ;

　　(2)调车信号机 / 轨道区段。

　　其颜色为除黑色外排第一的颜色。

　　(3)道岔。

　　根据经验设置白色像素点阈值为 30 来判断道岔为 白色还是蓝色。

　　2.2 道岔方向识别

　　根据标记坐标截取道岔位置图片,对该区域进行白 色线段监测,判断道岔内线段状态(水平 / 倾斜),根 据各道岔特点判断道岔定、反位。

　　2.3 视频中图像状态变化判断

　　通过获取各标记当前状态与其在标记表中的上一个 状态对比,如果相同则不断获取当前状态对比,如不同 表示发生路线变化,调用算法与原始状态对比提取所有 变化,并推出当前函数。

　　通过获取各标记当前状态,实时更新标记表中当前 状态,并与初始状态对比,存储到状态变化表中。

　　2.4 提取变化的信号机、区段、道岔列表，进行进路匹配 进路匹配流程如图 3 所示。

　　3 方法优势

　　本文方法可以大大减少车站年度联锁试验的工作 量,提高年度联锁试验的质量,其核心算法是通过图像 识别技术,安全地采集车站历史排列进路数据,并将进 路数据实时传输给管理系统,管理系统通过历史排列进 路与车站联锁进路数据比对,去除日常已经排列的进 路,从而生成简化的联锁试验检查表。同时,采用计算 机自动判断进路是否已排列,保证了联锁试验的质量,减少了人为试验的偏差,保证了行车安全。

　　本方法可以防止现场试验时出现偏差的问题。由于 联锁试验的重要性,试验工作时间长,在工期紧张的情 况下,试验过程中容易出现偏差,本方法通过采用车站 进路识别装置辅助检查人工试验记录的方法来验证现场 试验结果,从而防止现场试验时出现偏差的问题。

　　本方法安全性高且通用性强,符合铁路系统的安全 原则,同时,本系统采用 VGA/HDMI 信号识别的方式, 在保证安全的前提下采集联锁系统的相关数据,同时可 以适配国内各类型的联锁系统,其安全性高、通用性强。

　　4 结语

　　本文探讨了联锁试验的现状和发展趋势,发现目前 铁路联锁试验其工作量很大,同时由于联锁试验必须在 天窗内进行,所以既有的年度联锁试验可操作性不高, 极易产生偏差,从而存在安全隐患等问题。为了解决这 些问题,本文提出了基于图像识别的联锁关系验证算法, 通过采集 VGA/HDMI 视频信息、图像处理、图像识别, 颜色识别等技术完成进路识别,按照该方法可以在日常 车务办理进路的过程中对车站的联锁关系进行验证记 录,筛选未办理的进路进行联锁试验,从而减轻联锁试 验的工作量,使年度联锁试验的可操作性大大提高。

　　参考文献

　　[1] 国铁科法[2017] 11号《铁路信号设计规范》(TB10007-2017).
　　[2] 铁建设函[2000]445号《铁路信号站内联锁设计规范》(TB 10071-2000).
　　[3] 铁总运[2014]355号《车站联锁设备维护管理办法》(TG/XH 213-2014).
　　[4]《铁路车站计算机联锁技术条件》(TB/T 3027-2015).
 
 
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