一种用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统的制作方法

本发明涉及轨道交通，特别是涉及一种用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统。

背景技术：

1、挂车作业是指机车与待挂车辆之间的连接和分离过程，是机车司机日常工作中重要的环节之一，列车在始发或换向运行时都会涉及挂车作业。传统的机车挂车作业主要由副司机通过对讲系统引导司机完成，但在作业现场，会存在指令不明确或信号不清晰等情况，造成操作失误或接近时车速过快，会导致安全事故。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，能够辅助机车司机在挂车作业时进行综合评判，及时调整机车运行状态，稳定可靠完成挂车作业。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，包括控制单元和管理单元；

3、所述控制单元包括：

4、采集模块，用于采集机车运行的实时视频图像信息；

5、预处理模块，用于对所述实时视频图像信息进行预处理以优化所述实时视频图像信息的质量；

6、所述管理单元包括：

7、待挂车辆识别模块，用于根据预处理后的实时视频图像信息识别待挂车辆的车辆尺寸特征以及待挂车辆的车钩状态；

8、机车运行方向识别模块，用于根据预处理后的实时视频图像信息识别机车的运行方向；

9、机车运行速度识别模块，用于根据预处理后的实时视频图像信息识别机车的运行速度。

10、所述预处理模块包括：

11、滤波单元，用于通过流水线处理的方式滤除所述实时视频图像信息中的噪声；

12、边缘检测单元，用于确定所述实时视频图像信息中各部分的轮廓。

13、所述滤波单元选用3×3邻域窗口，采用三级流水处理，在进行滤波时使用邻域窗口中心的值代替实时视频图像中的点值；其中，邻域窗口中心的值通过以下方式得到：先通过复用三输入排序单元将3×3邻域窗口内每列的三个像素按大小排序，并将三个最大值、三个中间值和三个最小值分别存入三级流水缓存，三级流水缓存将三个最大值、三个中间值和三个最小值并行输出分别输入三个三输入排序单元，通过三个三输入排序单元找出三个最大值中的最小值，三个最小值中的最大值和三个中间值中的中值，并将得到的最小值、中值和最大值中的中间值作为3×3邻域窗口中心的值。

14、所述边缘检测单元在确定所述实时视频图像信息中各部分的轮廓时，将所述实时视频图像信息输入3×3边缘检测邻域窗口，分别计算输入实时视频图像信息的3×3边缘检测邻域窗口的水平梯度、垂直梯度、左对角梯度和右对角梯度，将水平梯度、垂直梯度、左对角梯度和右对角梯度中的最大值作为最终梯度；将最终梯度与基于所述实时视频图像信息的灰度直方图得到的分度阈值进行比较，当最终梯度大于所述分度阈值时，表示3×3边缘检测邻域窗口的中心点为边界像素。

15、所述水平梯度、垂直梯度、左对角梯度和右对角梯度通过计算得到，其中，h为水平梯度，v为垂直梯度，dl为左对角梯度，dr为右对角梯度，a0为3×3边缘检测邻域窗口中左上方的像素值，a1为3×3边缘检测邻域窗口中正上方的像素值，a2为3×3边缘检测邻域窗口中右上方的像素值，a3为3×3边缘检测邻域窗口中右侧的像素值；a4为3×3边缘检测邻域窗口中右下方的像素值，a5为3×3边缘检测邻域窗口中正下方的像素值，a6为3×3边缘检测邻域窗口中左下方的像素值，a7为3×3边缘检测邻域窗口中右侧的像素值。

16、所述待挂车辆识别模块包括：

17、特征获取单元，用于从预处理后的实时视频图像信息中找到待挂车辆及待挂车辆的车钩，并获取待挂车辆的高宽比和车钩与待挂车辆两侧距离的距离比；

18、监测提示单元，用于在高宽比在预设高宽比范围内或距离比在预设距离比范围内时，发出待挂车辆进入监测视场的提示；

19、车钩比对单元，用于将待挂车辆的车钩与预存的车钩状态图进行比对，当待挂车辆的车钩与预存的全开位置状态的车钩状态图一致时，表示待挂车辆适合进行挂车作业。

20、所述机车运行方向识别模块包括：

21、连续获取单元，用于在待挂车辆进入监测视场时，从预处理后的实时视频图像信息中连续提取三帧图像，得到第一运动帧图像、第二运动帧图像和第三运动帧图像；

22、宽度获取单元，用于找出第一运动帧图像、第二运动帧图像和第三运动帧图像中的待挂车辆，并获取待挂车辆的宽度，得到第一宽度、第二宽度和第三宽度；

23、方向识别单元，用于在第一宽度、第二宽度和第三宽度依次变小时，判定为朝向待挂车辆运行；在第一宽度、第二宽度和第三宽度依次变大时，判定为远离待挂车辆运行。

24、所述机车运行速度识别模块包括：

25、提取单元，用于从预处理后的实时视频图像信息中找到待挂车辆进入图像的第一帧图像和第二帧图像；

26、帧差计算单元，用于计算第二帧图像和第一帧图像的帧差；

27、移动像素计算单元，用于根据帧差计算第二帧图像相对于第一帧图像移动的像素个数；

28、视场长度计算单元，根据镜头距离轨道的高度和镜头的视场角度计算第一帧图像的视场长度；

29、移动距离计算单元，根据视场长度和第二帧图像相对于第一帧图像移动的像素个数计算机车的移动距离；

30、运行速度计算单元，根据机车的移动距离，以及第一帧图像和第二帧图像的时间戳计算机车运行速度。

31、所述管理单元还包括车距计算模块，用于将视场长度和移动距离相减，得到机车与待挂车辆的距离。

32、有益效果

33、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明对机车运行图像进行采集、处理和分析，且在此过程中运用流水线处理技术提高处理和检测速度，快速分析待挂车辆车钩状态、机车运动方向、速度、与待挂车辆的距离等有效数据，并提供监控数据和图像，辅助机车司机在挂车作业时进行综合评判，及时调整机车运行状态，稳定可靠完成挂车作业。

技术特征：

1.一种用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，包括控制单元和管理单元；

2.根据权利要求1所述的用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，所述预处理模块包括：

3.根据权利要求2所述的用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，所述滤波单元选用3×3邻域窗口，采用三级流水处理，在进行滤波时使用邻域窗口中心的值代替实时视频图像中的点值；其中，邻域窗口中心的值通过以下方式得到：先通过复用三输入排序单元将3×3邻域窗口内每列的三个像素按大小排序，并将三个最大值、三个中间值和三个最小值分别存入三级流水缓存，三级流水缓存将三个最大值、三个中间值和三个最小值并行输出分别输入三个三输入排序单元，通过三个三输入排序单元找出三个最大值中的最小值，三个最小值中的最大值和三个中间值中的中值，并将得到的最小值、中值和最大值中的中间值作为3×3邻域窗口中心的值。

4.根据权利要求2所述的用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，所述边缘检测单元在确定所述实时视频图像信息中各部分的轮廓时，将所述实时视频图像信息输入3×3边缘检测邻域窗口，分别计算输入实时视频图像信息的3×3边缘检测邻域窗口的水平梯度、垂直梯度、左对角梯度和右对角梯度，将水平梯度、垂直梯度、左对角梯度和右对角梯度中的最大值作为最终梯度；将最终梯度与基于所述实时视频图像信息的灰度直方图得到的分度阈值进行比较，当最终梯度大于所述分度阈值时，表示3×3边缘检测邻域窗口的中心点为边界像素。

5.根据权利要求4所述的用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，所述水平梯度、垂直梯度、左对角梯度和右对角梯度通过计算得到，其中，h为水平梯度，v为垂直梯度，dl为左对角梯度，dr为右对角梯度，a0为3×3边缘检测邻域窗口中左上方的像素值，a1为3×3边缘检测邻域窗口中正上方的像素值，a2为3×3边缘检测邻域窗口中右上方的像素值，a3为3×3边缘检测邻域窗口中右侧的像素值；a4为3×3边缘检测邻域窗口中右下方的像素值，a5为3×3边缘检测邻域窗口中正下方的像素值，a6为3×3边缘检测邻域窗口中左下方的像素值，a7为3×3边缘检测邻域窗口中右侧的像素值。

6.根据权利要求1所述的用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，所述待挂车辆识别模块包括：

7.根据权利要求1所述的用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，所述机车运行方向识别模块包括：

8.根据权利要求1所述的用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，所述机车运行速度识别模块包括：

9.根据权利要求8所述的用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，其特征在于，所述管理单元还包括车距计算模块，用于将视场长度和移动距离相减，得到机车与待挂车辆的距离。

技术总结本发明涉及一种用于轨道机车控制的智能挂车辅助系统，包括控制单元和管理单元；所述控制单元包括：采集模块，用于采集机车运行的实时视频图像信息；预处理模块，用于对所述实时视频图像信息进行预处理以优化所述实时视频图像信息的质量；所述管理单元包括：待挂车辆识别模块，用于根据预处理后的实时视频图像信息识别待挂车辆的车辆尺寸特征以及待挂车辆的车钩状态；机车运行方向识别模块，用于根据预处理后的实时视频图像信息识别机车的运行方向；机车运行速度识别模块，用于根据预处理后的实时视频图像信息识别机车的运行速度。本发明能够辅助机车司机在挂车作业时进行综合评判。技术研发人员：王德顺,王开毅,裴志伟,曹远志,戴正洲,李晓亮,刘欢受保护的技术使用者：国网上海能源互联网研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19