一种铁路货车关键部件故障图像智能检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种铁路货车关键部件故障图像智能检测装置，涉及自动化检测技术与图像识别技术领域。本发明专利技术装置包括高速线阵成像单元、高速三维成像单元、面阵抓拍成像单元、图像采集处理单元、车轮传感器、车辆信息采集单元、图像存储单元、图像自动识别单元、信号控制单元以及铁路车号自动识别装置。本发明专利技术装置采用多种成像方式获取火车图像，可针对性抓拍指定部件，定位精度高，基于深度学习的图像自动识别技术，定位关键部位和识别故障，实现对货车部件故障检测较高的诊断准确率以及较低的误报率。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路货车关键部件故障图像智能检测装置
本专利技术属于自动化检测技术与图像识别
，具体涉及一种铁路货车关键部件故障图像智能检测装置。
技术介绍
货车故障轨边图像检测系统(TFDS)是我国铁路货车运行安全的重要保障设备，是铁路车辆5T系统之一。该系统是通过在铁路轨边安装一套TFDS装置，可实时获取经过设备的铁路货车车辆的图像数据和车辆信息，通过后台数据处理，将图像推送至铁路货车列检中心，通过人工看图的方式检测故障。人工检测方式虽然发现了很多故障，但也存在以下问题：1)工作强度大，检车效率低；2)受人员素质、个人能力等影响，错检、漏检故障现象经常发生，作业质量不能保证；3)需要培养大量的动检人员，人员成本居高不下。随着货车故障轨边图像检测系统在全路的应用，TFDS图像故障检测能够自动识别并智能预警的需要已经日益凸现，自动识别技术将成为与铁路运输系统紧密连接的重要创新点和应用方向。
技术实现思路
针对目前TFDS图像故障检测需要自动识别并智能预警的需求，本专利技术提供了一种铁路货车关键部件故障图像智能检测装置，以识别铁路货车关键部件故障。本专利技术的铁路货车关键部件故障图像智能检测装置，包括：高速线阵成像单元、高速三维成像单元、面阵抓拍成像单元、图像采集处理单元、车轮传感器、车辆信息采集单元、图像存储单元、图像自动识别单元、信号控制单元以及铁路车号自动识别装置(AEI)。高速线阵成像单元和高速三维成像单元布置在两侧和铁轨下方，面阵抓拍成像单元布置在铁轨的两侧。高速线阵成像单元、高速三维成像单元和面阵抓拍成像单元分别连接一个图像采集处理单元。高速线阵成像单元从图像采集处理单元接收启动扫描拍照信号，从信号控制单元接收触发脉冲信号，对运行中的火车部件拍摄线阵图像。高速三维成像单元从图像采集处理单元接收启动拍照信号，从信号控制单元接收触发脉冲信号，对运行中的火车部件拍摄三维图像。面阵抓拍成像单元从图像采集处理单元接收启动拍照信号，从定位抓拍磁钢接收脉冲信号，对火车车轮部位拍摄面阵图像。图像采集处理单元获取高速线阵成像单元、高速三维成像单元和面阵抓拍成像单元拍摄的图像，对图像进行变换和增强处理，处理后的线阵图像压缩发送至图像存储单元和图像自动识别单元，处理后的三维图像和面阵图像发送至图像自动识别单元。车轮传感器安装在铁轨内侧。车轮传感器包括开机磁钢、计轴计辆及测速磁钢和定位抓拍磁钢。开机磁钢在有火车车轮经过时触发检测装置由待机状态进入接车工作状态。定位抓拍磁钢在火车车轮经过时生成脉冲信号发送给面阵抓拍成像单元触发拍照。计轴计辆及测速磁钢在火车车轮经过时，生成脉冲信号给车辆信息采集单元。铁路车号自动识别装置识别火车车身底部的电子标签信息并发送给车辆信息采集单元。车辆信息采集单元接收车轮传感器信号及火车的电子标签信息，计算出当前火车车轮的实时速度，进而计算出车轴之间的距离，通过模板匹配的方式得到火车的轴距，同时将读取到的火车的电子标签信息融合，形成完整的车辆信息，发送给图像存储单元和图像自动识别单元。车辆信息采集单元根据火车的轴距进一步识别当前火车是否为货车。通过网络通知图像采集处理单元开启或停止采集图像。车辆信息采集单元根据当前火车车轮的实时速度，实时更新相机的扫描频率，并发送给信号控制单元。信号控制单元接收车轮传感器的脉冲信号，并进行滤波整形处理，将整形后信号实时发送给车辆信息采集单元，同时接收车辆信息采集单元的输出信号，做信号分频处理后发送给高速线阵成像单元和高速三维成像单元，触发拍照。图像自动识别单元接收车辆信息和火车图像，根据车辆信息对图像分类，对图像中的异常进行定位和识别，将识别结果发送至图像存储单元。本专利技术的铁路货车关键部件故障图像智能检测装置，相对于现有技术，具有如下优点：(1)本专利技术采用多种成像方式获取火车图像，所加入的3D机器视觉技术有多方面的优势，通过高速三维成像单元采集的数据有3个维度的信息，可以补偿2D图像检测的不足，比如判别有水渍油渍的故障点，通过2D数据自动识别为误报故障，通过3D数据可忽略表面水渍油渍，过滤该误报点，从而提高货车部件故障检测的准确率。(2)本专利技术可针对性抓拍指定部件，定位精度高；通过硬件设计直接触发相机拍照，忽略了车辆运行速度变化带来的图像窜位等影响，可准确定位拍摄滚动轴承端头螺栓、锁紧板、枕簧等位置图片，识别过程可减少定位这个过程，提高识别效率。(3)本专利技术采用基于深度学习的图像自动识别技术，定位关键部位和识别故障，通过对少数负样本进行过采样的方法，使得以往限制机器学习算法应用、造成误报漏报较多的样本不平衡问题得以解决，并且实验证明本专利技术装置具有较高的故障诊断准确率以及较低的误报率。附图说明图1为本专利技术装置的整体连接示意图；图2为本专利技术装置的轨边部分安装图；图3为本专利技术线阵图像比对的流程图；图4为本专利技术线阵图像拉伸案例图；图5为本专利技术装置将图4修正后的效果图；图6为本专利技术对货车轴端螺栓丢失故障的识别效果统计趋势示意图；图7为本专利技术对货车挡键丢失故障的识别效果统计趋势示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种铁路货车关键部件故障图像智能检测装置可分为三部分，分别是轨边单元、室内单元和列检中心。其中轨边单元及室内单元安装在探测站，探测站一般位于到达货车列检所前10km-20km的轨边咽喉处。轨边单元主要包含高速线阵成像单元、高速三维成像单元、面阵抓拍成像单元、铁路车号自动识别装置(AEI)的室外天线、车轮传感器，安装在铁轨下及铁轨两侧，完成货车车辆信息的探测及图像拍照功能。室内单元主要包含车辆信息采集单元、图像采集处理单元、图像存储单元、图像自动识别单元、信号控制单元、AEI室内单元，安装在距离轨边单元100m内的轨边机房内，完成信号控制、车辆信息采集、图像数据采集处理、图像识别及数据存储功能。列检中心主要包括报警终端。本专利技术采用多种成像方式来获取火车部位的图像，通过三维成像能补偿通过2D图像检测的不足。如图1所示，本专利技术设置有三个图像采集处理单元，分别与高速线阵成像单元、高速三维成像单元和面阵抓拍成像单元连接，高速线阵成像单元、高速三维成像单元还与信号控制单元连接。如图2所示，本专利技术实施例中，在铁轨的两侧布置面阵抓拍成像单元，在铁轨两侧和铁轨下方布置高速线阵成像单元和高速三维成像单元，在铁轨内侧布置车轮传感器。高速线阵成像单元，由线阵相机和激光补偿光源组成，用于对运行中的货车车辆走行部进行成像。本专利技术实施例中，高速线阵成像单元的激光光源发光波长为808nm，同时线阵相机镜头内安装有808nm带通滤光片，在相机成像时不会因阳光干扰而导致图像曝光过度，从而影响图像质量。相机成像频率50kHz以上在千兆网接口来说就是高速了，本专利技术的线阵相机成像频率在80kHz，因此称为高速线阵成像单元。高速线阵成像单元具有硬件输入触发接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁路货车关键部件故障图像智能检测装置，其特征在于，所述装置包括：高速线阵成像单元、高速三维成像单元、面阵抓拍成像单元、图像采集处理单元、车轮传感器、车辆信息采集单元、图像存储单元、图像自动识别单元、信号控制单元以及铁路车号自动识别装置；/n高速线阵成像单元和高速三维成像单元布置在两侧和铁轨下方，面阵抓拍成像单元布置在铁轨的两侧；高速线阵成像单元、高速三维成像单元和面阵抓拍成像单元分别连接一个图像采集处理单元；高速线阵成像单元从图像采集处理单元接收启动扫描拍照信号，从信号控制单元接收触发脉冲信号，对运行中的火车部件拍摄线阵图像；高速三维成像单元从图像采集处理单元接收启动拍照信号，从信号控制单元接收触发脉冲信号，对运行中的火车部件拍摄三维图像；面阵抓拍成像单元从图像采集处理单元接收启动拍照信号，从定位抓拍磁钢接收脉冲信号，对火车车轮部位拍摄面阵图像；/n图像采集处理单元获取高速线阵成像单元、高速三维成像单元和面阵抓拍成像单元拍摄的图像，对图像进行变换和增强处理，处理后的线阵图像压缩发送至图像存储单元和图像自动识别单元，处理后的三维图像和面阵图像发送至图像自动识别单元；/n车轮传感器安装在铁轨内侧；车轮传感器包括开机磁钢、计轴计辆及测速磁钢和定位抓拍磁钢；开机磁钢在有火车车轮经过时触发检测装置由待机状态进入接车工作状态；定位抓拍磁钢在火车车轮经过时生成脉冲信号发送给面阵抓拍成像单元触发拍照；计轴计辆及测速磁钢在火车车轮经过时，生成脉冲信号给车辆信息采集单元；/n铁路车号自动识别装置识别火车车身底部的电子标签信息并发送给车辆信息采集单元；/n车辆信息采集单元接收车轮传感器信号及火车的电子标签信息，计算出当前火车车轮的实时速度，进而计算出车轴之间的距离，通过模板匹配的方式得到火车的轴距，同时将读取到的火车的电子标签信息融合，形成完整的车辆信息，发送给图像存储单元和图像自动识别单元；车辆信息采集单元根据火车的轴距进一步识别当前火车是否为货车；/n通过网络通知图像采集处理单元开启或停止采集图像；车辆信息采集单元根据当前火车车轮的实时速度，实时更新相机的扫描频率，并发送给信号控制单元；/n信号控制单元接收车轮传感器的脉冲信号，并进行滤波整形处理，将整形后信号实时发送给车辆信息采集单元，同时接收车辆信息采集单元的输出信号，做信号分频处理后发送给高速线阵成像单元和高速三维成像单元，触发拍照；/n图像自动识别单元接收车辆信息和火车图像，根据车辆信息对图像分类，对图像中的异常进行定位和识别，将识别结果发送至图像存储单元。/n...

【技术特征摘要】
1.一种铁路货车关键部件故障图像智能检测装置，其特征在于，所述装置包括：高速线阵成像单元、高速三维成像单元、面阵抓拍成像单元、图像采集处理单元、车轮传感器、车辆信息采集单元、图像存储单元、图像自动识别单元、信号控制单元以及铁路车号自动识别装置；
高速线阵成像单元和高速三维成像单元布置在两侧和铁轨下方，面阵抓拍成像单元布置在铁轨的两侧；高速线阵成像单元、高速三维成像单元和面阵抓拍成像单元分别连接一个图像采集处理单元；高速线阵成像单元从图像采集处理单元接收启动扫描拍照信号，从信号控制单元接收触发脉冲信号，对运行中的火车部件拍摄线阵图像；高速三维成像单元从图像采集处理单元接收启动拍照信号，从信号控制单元接收触发脉冲信号，对运行中的火车部件拍摄三维图像；面阵抓拍成像单元从图像采集处理单元接收启动拍照信号，从定位抓拍磁钢接收脉冲信号，对火车车轮部位拍摄面阵图像；
图像采集处理单元获取高速线阵成像单元、高速三维成像单元和面阵抓拍成像单元拍摄的图像，对图像进行变换和增强处理，处理后的线阵图像压缩发送至图像存储单元和图像自动识别单元，处理后的三维图像和面阵图像发送至图像自动识别单元；
车轮传感器安装在铁轨内侧；车轮传感器包括开机磁钢、计轴计辆及测速磁钢和定位抓拍磁钢；开机磁钢在有火车车轮经过时触发检测装置由待机状态进入接车工作状态；定位抓拍磁钢在火车车轮经过时生成脉冲信号发送给面阵抓拍成像单元触发拍照；计轴计辆及测速磁钢在火车车轮经过时，生成脉冲信号给车辆信息采集单元；
铁路车号自动识别装置识别火车车身底部的电子标签信息并发送给车辆信息采集单元；
车辆信息采集单元接收车轮传感器信号及火车的电子标签信息，计算出当前火车车轮的实时速度，进而计算出车轴之间的距离，通过模板匹配的方式得到火车的轴距，同时将读取到的火车的电子标签信息融合，形成完整的车辆信息，发送给图像存储单元和图像自动识别单元；车辆信息采集单元根据火车的轴距进一步识别当前火车是否为货车；
通过网络通知图像采集处理单元开启或停止采集图像；车辆信息采集单元根据当前火车车轮的实时速度，实时更新相机的扫描频率，并发送给...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆庆，宛金波，韩涛，李侠，崔朝辉，丁啸，殷延超，公茂财，张亨，高建龄，张俊铮，关琦，从国飞，
申请(专利权)人：北京康拓红外技术股份有限公司，北京航天康拓信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11