第２３卷第１期 ＶＯＩ ２３ Ｎｏ １ 团 ＰＯＰＵＬＡＲＩＺＡＴｌ０Ｎ ＡＮＤ 推广与应用ＡＰＰＬＩＣＡＴｌＯＮ 文书编Ｉ Ｉ １００５—８４５１（２０１４）０１—００３３—０４ 铁路货车装载状态高清图像监视系统的 设计与实现 赵昊宇 ，余淼 （１．天津大学求是学部，天津３０００７２；２．郑州铁路局科学技术研究所，郑州４５００００） 摘 要：针对铁路货运检测的实际需要，提出基于高清工业相机的拍照检测体系结构，进行 海量数据采集存储、ＪＸＲ压缩算法的设计，并给出硬件部分框图。应用证明，系统可实现实时采 集，存储高清晰车辆图像。 父键 ：货车装载状态；图像监视；实时；压缩存储 ｌＩ・ 分类 ：Ｕ２９４．２：ＴＰ３９文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｎ Ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｐ０ｒｔａｔｉ０ｎ ＺＨＯＵ Ｈａｏｙｕ ．ＹＵ Ｍｉａｏ （１．Ｑｉｕｓｈｉ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｒａｉｌｗａｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ—ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｃａｍｅｒａ ｂａｓｅｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｉｎｓ．Ｔｈｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｏｒｅ ｍａｓｓ ｄａｔａ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ＪＸＲ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｏｆｅｄ ｔｈｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ ｔｉｍｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｉｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｐｏ￣ｃｈａｒｇｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｉｍａｇｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｒｅａｌ ｔｉｍｅ；ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ 长期以来，铁路货运检查往往是货检人员在 主控系统３大部分组成，系统结构如图１所示。 车辆停稳后，仅凭经验目测，对有明显超限 的地方用标杆或滑动尺核实。效率低、劳动 强度大，且检测结果准确性差，漏检率高。 随着铁路运输的不断提速，运输的质量及安 全保障的问题更为突出。如何加快车辆周转， 实时在线检测车辆装运状态，实现车辆检测 由“人控”向“机控”转变，由“静态检查” 向“动态检查”转变；提高劳动生产率，解 决列车密集到达，货检列检作业与运输畅通 之间的矛盾。为此，郑州铁路局依靠科技创 新，研发了“铁路货车装载状态高清图像监 视系统（以下简称系统）”。 图１ 系统结构示薏图 １系统结构 系统由现场图像采集控制系统、传输系统、 收稿日期：２０１３－０７—１５ 作者简介：赵吴宇，在读本科生；余淼，高级工程师。 １．１图像采集控制系统 由图形采集子系统、ＬＥＤ照明子系统、磁钢 开机测速子系统、工业网络控制子系统、Ｇｉｇｅ网 络子系统、综合控制子系统等６部分组成。 （１）图形采集子系统由３台高速、高清工业 圆２０１４．１总第２０２期 推广与应用 第２３卷第１期 相机组成，主要负责实时采集现场图像； （２）ＬＥＤ照明子系统由４块ＬＥＤ频闪照明 明系统，给工业相机提供照明。 单元以及２组ＬＥＤ频闪控制板组成，主要负责为 ３系统关键技术 ３台工业相机提供同步频闪辅助光源； （３）磁钢开机子系统由２组磁钢（每组２块） ３．１高分辨率、高帧速相机的选择 组成，主要负责检测列车到来、驰离并进行精确 测速，为相机及光源触发提供原始信号； 目前能够获得高质量图像的相机有２种，线 阵相机和面阵相机；线阵相机是一种比较特殊的 （４）工业网络控制子系统由１台ＲＳ２３２数据 形式，其像元是一维线状排列的，即只有一行像元， 光端机组成，主要用于与上位机通信； （５）Ｇｉｇｅ网络子系统由３块Ｇｉｇｅ光端机组成， 主要负责将３台工业相机采集的图像数据实时上 传至图像（数据）采集工控服务器； （６）综合控制子系统由１块主控板及附件组 成，主要负责综合调度、管理现场各种电气设备。 １．２传输系统 由ＲＳ２３２光电传输子系统、Ｇｉｇｅ光电传输子 系统等２部分组成。主要为图像数据及控制数据 提供可靠、稳定的数据通道。 １．３主控系统 由图像存储子系统、图像处理子系统以及综 合管理子系统等３部分组成。 （１）图像存储子系统由ｌ台工控服务器、３ 块Ｇｉｇｅ采集卡、若干大容量硬盘等组成，主要负 责实时、无丢帧的存储前端设备发送的数据； （２）图像处理子系统由１台工控服务器及若 干网络辅助设备组成，主要负责及时处理采集的 图像数据； （３）综合管理子系统由若干组软件组成，主 要负责与下位机通讯、与采集程序通讯、提供图 像回放、报表生成、网络传输等功能。 ２系统工作流程 当列车经过第一个车轮探测器时，主控板得 到触发信号，将其转换为控制信号，启动抓拍系统， 同时根据车轮压过车轮探测器的波形获取车速车 位信息，再通过光纤或电缆传递给工控采集服务 器。工业相机将抓拍的图像通过光纤传给图像采 集工控服务器。图像采集工控服务器得到信号以 后，开启图像存储功能，并接收车速信息，通过 自动分析计算，建立查询索引，供回放时查找。 当环境光照度低于设定值时，会启动ＬＥＤ频闪照 ２０１ ４．１总第２ｏ２期圆 每次只能采集一行的图像数据，只有当相机与被 摄物体在纵向相对运动时才能得到我们平常看到 的二维图像。在机器视觉中一般用于被测物连续 运动的场合，尤其适合于运动速度恒定、分辨率 要求较高的情况。就本项目来说，由于纵向触发 精度控制、相机工作行频等原因采用线阵相机有 一定问题。而面阵相机其像元是按行列整齐排列 的，每个像元对应图像上的一个像素点，一般所 说的分辨率就是指像元的个数。对于本项目可以 保证图像质量。 经过前期多次现场对比试验，选择了一款适 合于在铁路这种干扰源多、情况复杂的状况下的 高速面阵相机。 ３．２海量图像数据无丢帧、错帧以及最帧存储 技术 相机采集的单张图像大小为１．３７ ＭＢ，按最 低帧速２０帧／ｓ的速度计算，１台相机每秒采集的 数据量为２０×１．３７ ＭＢ＝２７．４ ＭＢ，３台相机每秒 采集的数据量为２７．４ ＭＢ×３＝８２．２ ＭＢ；按照最高 帧速６０帧／ｓ的速度计算，１台相机每秒采集的数 据量为６０ Ｘ １．３７ ＭＢ＝８２．２ ＭＢ，３台相机每秒采 集的数据量为２７．４ ＭＢ×３＝２４６．６ ＭＢ。 而目前单块硬盘的稳定写入速度，经过反复 测试小文件存储为３０ ＭＢ／ｓ－４０ ＭＢ／ｓ；大文件存 储为８０ ＭＢ／ｓ－９０ ＭＢ／ｓ。这个写入速度可以满足 “２０帧／ｓ”状态下图像无丢帧、错帧的存储，无 法满足“６０帧／ｓ”状态下图像无丢帧、错帧的存储。 为解决这个技术问题，系统采用了双缓冲、 大数据流存储技术及磁盘Ｒａｉｄ技术，可确保在“６０ 帧／ｓ”状态下图像无丢帧、错帧的存储。 ３．３抗强光干扰技术 影响图像成像质量干扰光源主要有以下几种： （１）阳光强光直射干扰； （２）对侧ＬＥＤ频闪光源高亮度光线干扰；