技术与应用
TECHNOLOGY AND APPLICATION
近年来，我国城市轨道交通行业快速发展，地铁客流量不断高升，地铁车辆的运行安全压力也越来越大，由于地铁长期运行受到风吹日晒雨淋刮擦等容易造成车侧身污损、车底部件异常损伤变形脱落等问题，长期以往有可能会给运营造成安全事故，影响到正常的运营。国内第一套视觉车辆检测系统于2006年问世，其技术发展包括采用1394接口摄像结合氙气灯成像、网口面阵相机结合频闪灯成像、线阵相机结合线激光、线面结合三维成像，技术的创新改变了传统作业模式，使用至今为保障列车运行安全发挥了重大作用，也减轻了检车作业员检车强度，但系统依然存在以下问题：户外强光照射下，传统激光三角法三维成像受阳光干扰影响大；传统三维成像采用线面结合方式，由于2个相机位置不同，其所成像无法实现任意点完全重叠，导致细小部件定位不准识别准确率不高。
车体360度图像检测系统利用数字图像处理技术与自动控制技术相结合，车顶及车体两侧检测单元安装在龙门架及两侧的立杆上，车下走行部检测单元需要在整体道床内布置的底沉箱中安装，利用轨边三维图像检测装置采集运行车辆车顶、走行部、制动部件、底架悬吊件、钩缓连接、受电弓等可视部位三维图像，采用图像自动识别技术，对图像
进行自动异常分析和分级预警。系统利
用图像传输与处理加速器技术，在占用
较低网络带宽条件下将异常报警信息及薄膜印刷
大容量图像数据实时传输至本地或异地
车辆检测所内报警终端，人工仅需对异
常报警信息进行人工确认，系统实现了
对车辆在线运行部件状态的监控，提高
了故障产生初期的预警能力和联网追踪
能力。
系统组成单元
地铁车底车侧图像检测系统按照
现场设备布局可分为轨边基本检测单
元、现场控制中心、远程控制中心三
部分组成。
基本检测单元
（1）传感器及综合控制器
组成：进离线光电开关、测速磁
钢、相机触发光电开关和综合控制器；
家庭智能化控制系统功能：进离线光电开关获得地铁列
车进线和离线信号通过综合控制器控制
系统工作和停止；测速磁钢获得地铁列
车方向、速度、轴数、列车辆数控制检
测相机和光源进行采集。
（2）车号识别装置
组成：车号图像采集相机、光源和
工控机等。
功能：车号识别装置是车底和车身
检测系统的辅助设备，采用图像方式快
速拍摄列车车号图像并自行智能识别。
（3）车顶监控和车顶异常检测模块
组成：面阵相机及对应激光光源、
线阵相机及对应激光光源等。
功能：线阵相机用于车顶全覆盖图
像采集生成地铁过车高清视频和图像，
同时面阵相机可用于生成3D图像用于车
顶检测，包括空调外观、避雷器外观、
受流器、无线电天线、ATC 天线等车顶
电气以及异物、丢失、变形等故障自动
报警。
（4）车底走行部可视部位检测模块
组成：由线阵相机、面阵相机和激
光光源组成的3D图像采集模块。塑钢拉链
功能：车底线阵和面阵相机组合拍
摄获得车底部可视部件的2D和3D图像数
据，主要包括车底牵引装置、电机盖、
闸瓦或者制动盘、齿轮箱、抱轴箱等，
并通过智能图像分析识别对异常部位及
类型进行报警。
（5）车侧可视部位检测模块
组成：由线阵相机、面阵相机和激
光光源组成的3D图像采集模块，由线阵相
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机和光源组成的2D图像采集模块；
功能：线阵和面阵组合的3D图像采
集模块主要用于转向架侧部、轴箱、车体裙板等可视部位的3D数据采集，2D图像采集模块辅助车侧中部和上部图像采集，并对采集的图像智能图像分析识别对异常部位及类型进行报警。现场控制中心
组成：系统配电箱、系统主控箱、图像采集主机、数据服务器、UPS等；
功能：现场控制中心位于现场设备
间，实现基本检测单元的供电、控制、数据和图像的采集、分析处理、存储，同时与远程控制中心进行通讯。现场控制中心由配电箱、控制箱、工控机、通讯箱、UPS等设备组成。远程控制中心
组成：数据中心模块由中心的服
务器、操作终端、交换机、声光报警装置、光纤收发器等设备组成；
功能：远程控制中心位于远程控制
室，是系统的控制中心、数据管理中心和监控中心，主要由控制台、控制机及其外围设备构成。在远
程控制中心，可以设置系统参数，监控设备的运行状态和检测过程，查看、统计、分析、打印检测数据，提供检测信息展示、记录、打印、查询和异常检测报警等功能。
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安全防护功能
系统具有防伤害及防误操作功能。
具有安全监控、防雷、防水、防大电流冲击及接地等功能，具有对现场的实时监控功能。具有恶劣环境系统自动关
闭功能。系统适应轨道交通复杂电磁环境，适应轨旁振动干扰。系统采用纳米技术实现镜头防水功能。系统采用新型抗阳光干扰技术，通过光源特征滤除环境光影响，具备抗阳光干扰的功能。满足地铁列车通过要求，不对地铁列车通讯电子设备产生干扰，检测信号不被地铁列车所干扰。
系统关键技术创新
CCD复眼技术。系统单相机同时输
硅片清洗
出一维灰度数据及二维点云数据，解决了线面对齐难的问题，大大提高了图像识别准确率，同时解决了线扫相机因震动导致线相机与线光源对不齐问题。
二维及三维配合匹配技术。采用三
维及二维信息综合匹配技术，实现标准及当前数据的精确识别，实现高精度识别报警（螺栓松动3mm、接地线脱落、
防松铁丝丢失、螺栓松动6mm）。
经济和社会效益
及时发现车顶、车底及车体四周故
障。通过智能图像分析识别对异常部位及类型进行报警，将故障消灭在萌芽状态。
监控发展中的车顶、车底及车体四
周故障。监控所有的车顶、车底及车体四周部件故障，跟踪故障的发展趋势，及时预报故障隐患，使潜在的故障得到有力监控。
合理制订维修计划。监控每个车
顶、车底及车体四周的健康状况，根据每个部件具体状况制订个性化维修计划并及时预报维修日期，
实现状态修。
强化管理手段。按照需求生成各
种统计分析报表，为各级管理人员制定决策提供依据，如按照不同线路故障统计，评估线路情况、设备维护水平等。
该系统的投入使用，可以大大节
约检修作业人员的人力成本、减少检修作业工具的资产投入，通过故障的分析预测延长轮轴等关键部件的在线使用寿命；
通过系统的实现，能够在安全上提
高运输安全保障系数，在经济上降低维护成本、降低运营成本，通过减少运维时间、提高运输效率、保证运输秩序取得良好的社会效益。
结束语
蓬勃发展的高铁市场对铁路安全提
出更高的要求，车体360度动态图像检测
系统采用非接触式的图像检测方式实现对所在运行车辆车顶、走行部、制动部件、底架悬吊件、钩缓连接、受电弓等可视部位三维图像自动识别技术，对图像进行自动异常分析，实现高精度识别自动分级预警，此系统解决了原有技术存在的环境干扰影响及细小部件定位准确等问题，对行业技术的多元化和智能创新开辟了新的方向，使之成为高速铁路车体360度动态图像检测安全运行的技术保障，具有深远意义。
（作者单位：南京拓控信息科技股份有限公司）
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