基于圖像處理技術的鐵路站臺非安全區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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無線數(shù)據(jù)傳輸技術和圖像處理技術實現(xiàn)對高鐵站臺非安全區(qū)的安全監(jiān)控，將對列車的正點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(qū)域的安全監(jiān)控是保障列車進出站時乘客安全以及列車正點運行的有效輔助手段，傳統(tǒng)的激光掃描方式監(jiān)控，激光束之間存在盲區(qū)，導致誤報率高。針對激光監(jiān)控存在的問題以及數(shù)字視頻技術的發(fā)展，研發(fā)基于高級視像監(jiān)控技術、視像移動偵測技術、圖像處理技術、無線傳輸技術的全數(shù)字視頻監(jiān)控模式的站臺非安全區(qū)實時監(jiān)控系統(tǒng)非常必要，該系統(tǒng)采用高速數(shù)字攝像機，全面覆蓋火車站臺非安全區(qū)，對在列車進出站時非安全區(qū)內(nèi)的障礙物進行視頻成像，通過對圖像的對比處理計算，分析出站臺非安全區(qū)是否有障礙物的存在，是否影響列車進出站，并將分析結果實時發(fā)送至列車司機、站臺值班員以及站臺值班室值班員，為列車進出站時判斷站臺安全狀態(tài)提供有效的輔助依據(jù)，是降低安全事故的發(fā)生，保障列車進出站安全以及站臺工作人員和乘客安全的最有效的監(jiān)控手段。(見圖1)

系統(tǒng)構成

站臺非安全區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由無線數(shù)據(jù)傳輸、站臺視頻圖像采集處理、站臺值班室監(jiān)控系統(tǒng)、站臺值班員手持機以及列車司機室報警裝置五部分組成。

無線數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸方面，我們通過建立無線局域網(wǎng)絡，對所有站臺進行無線全覆蓋，監(jiān)控攝像機采集的視頻圖像、圖像數(shù)據(jù)處理的結果、非安全區(qū)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、站臺值班員與列車司機室的信息交互等都可以通過無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

站臺視頻圖像采集處理

大多列車站臺基本上是非封閉環(huán)境，考慮到陽光直射以及其他外界因素(燈光、飛蟲、灰塵等)的影響，我們在每個站臺設置四個高清攝像機，分別放置在站臺兩端，每端兩臺攝像機，以不同角度放置，以避免陽光直射，同時，四個相機可完全交叉監(jiān)控站臺非安全區(qū)域，使的監(jiān)控系統(tǒng)在同一時間可獲得四幅靜態(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(qū)域的實時狀態(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、鏡頭粘有異物等)問題而產(chǎn)生誤判斷、誤報警。

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

所有攝像機均采用有線網(wǎng)絡可編程攝像機，首先將單臺采集的視頻圖像通過相機處理程序進行初步處理分析，然后采用有線方式傳至本站臺圖像數(shù)據(jù)處理設備，由本站臺圖像數(shù)據(jù)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線方式發(fā)送至站臺值班室監(jiān)控系統(tǒng)、站臺值班員手持機和列車司機室報警裝置。前端處理無線數(shù)據(jù)傳輸示意圖 (見圖2)

優(yōu)點：

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

每個站臺的圖像數(shù)據(jù)處理部分相互獨立，自成系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理設備發(fā)生故障或處理程序出現(xiàn)BUG時，僅影響本站臺系統(tǒng)運行，不影響其他站臺系統(tǒng)的運行。

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

后端處理模式

所有攝像機均采用無線網(wǎng)絡可編程攝像機，首先將單臺采集的視頻圖像通過相機處理程序進行初步處理分析，然后再以無線方式傳回站臺值班室監(jiān)控系統(tǒng)，由站臺值班室監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)實時以無線方式發(fā)送至站臺值班員手持機和列車司機室報警裝置。

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

缺點：圖像數(shù)據(jù)處理在站臺值班室處理終端完成，所有數(shù)據(jù)傳輸依賴無線網(wǎng)絡，穩(wěn)定性、可靠性相對較低。

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

站臺值班室監(jiān)控系統(tǒng)

前端處理模式下實現(xiàn)前端分析處理結果的顯示、存儲與報警。后端處理模式下實現(xiàn)對每個站臺傳輸回的視頻圖像的處理分析，并在有障礙物狀態(tài)下實時發(fā)送報警信號至列車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(qū)有障礙物狀態(tài)下的分析處理結果和報警提示。

列車司機室報警裝置

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

系統(tǒng)原理

列車進站時的監(jiān)控

手動啟動監(jiān)控系統(tǒng)

列車進站時由站臺值班室值班員通過站臺值班監(jiān)控系統(tǒng)或站臺值班員通過手持機，根據(jù)過站列車信息，確定進站列車進入的站臺，并啟動相應站臺的監(jiān)控系統(tǒng)。同時，站臺監(jiān)控系統(tǒng)分析進入無線網(wǎng)絡的列車監(jiān)控裝置，確定進站的列車，通過進站列車TAX箱數(shù)據(jù)獲取列車信息，分析判斷后建立站臺與列車的通信。

自動啟動監(jiān)控系統(tǒng)

在車站外道岔口處設監(jiān)測裝置，當有列車進入相應股道時，由監(jiān)測裝置發(fā)送啟動信號啟動相應站臺監(jiān)控系統(tǒng)。同時，站臺監(jiān)控系統(tǒng)分析進入無線網(wǎng)絡的列車監(jiān)控裝置，確定進站的列車，通過進站列車TAX箱數(shù)據(jù)獲取列車信息，分析判斷后建立站臺與列車的通信。

列車出站時的監(jiān)控