一种车站道岔位置信息检测系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种车站道岔位置信息检测系统及其方法。该系统包括图像采集单元和数据处理单元，图像采集单元架设于能够清晰拍摄到车站计算机联锁显示屏站场画面的位置，采集显示屏站场画面图像；数据处理单元与图像采集单元相连接，从实时视频流每帧图像中提取道岔图符，对道岔图符进行图像处理得到待检测道岔二值图符，获取待检测道岔二值图符的有效连通域数量和最长水平直线长度比例两个形状特征，根据所述形状特征与预设条件进行判断，得到道岔位置信息。本发明专利技术无需和车站计算机联锁系统发生电气连接，就可获取车站道岔的位置信息，避免影响车站计算机联锁系统的正常运行，提高了信息获取的安全性和适用范围。信息获取的安全性和适用范围。信息获取的安全性和适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种车站道岔位置信息检测系统及其方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通
，尤其是涉及一种车站道岔位置信息检测系统及其方法。

技术介绍

[0002]车站计算机联锁系统负责轨道交通车站列车走行通路的办理，是保障行车安全的核心设备系统。
[0003]车站计算机联锁系统属于功能安全系统，和其他系统的连接有严格限制。轨道交通运输行业车务、工务、车辆等专业单位均有需要获取车站计算机联锁信息，以快速了解列车和站场的实时状态，特别是道岔位置信息，以利于工作的开展。为了获取道岔位置信息，往往需要车站计算机联锁系统提供电气通信接口，并配合编制相应的专用通信协议。由于涉及功能安全系统的变更，需要进行各种安全评估和测试验证，整个过程十分复杂，耗时较长。由于车站计算机联锁系统的安全级别较高，考虑各种潜在的安全风险，车站计算机联锁系统往往不提供对外的通信接口，车务、工务和车辆专业需要获取道岔位置信息才能进行的工程项目因而无法展开。如何在保障安全的前提下获得车站道岔位置信息成为轨道交通领域的难题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种车站道岔位置信息检测系统及其方法，能够快速、安全检测得到车站道岔位置信息。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种车站道岔位置信息检测系统，其特征在于，包括图像采集单元和数据处理单元，所述图像采集单元架设于能够清晰拍摄到车站计算机联锁显示屏(3)站场画面的位置，所述图像采集单元与数据处理单元相连接，所述图像采集单元用于获取车站计算机联锁显示屏(3)的站场画面图像；所述数据处理单元用于对站场画面图像进行分析处理以及匹配计算，以得到对应的道岔位置信息。
[0006]进一步地，所述数据处理单元包括系统初始化模块、图符提取模块、图像处理模块、特征获取模块和检测判断模块：
[0007]所述系统初始化模块用于校准站场画面图像及标定道岔图符信息；
[0008]所述图符提取模块用于根据标定的道岔图符信息，从实时视频流每帧图像中截取出对应的道岔图符；
[0009]所述图像处理模块用于将道岔图符转换为待检测道岔二值图符；
[0010]所述特征获取模块用于获取待检测道岔二值图符的形状特征；
[0011]所述检测判断模块根据预设条件对形状特征进行分析判断，输出相应的道岔位置信息。
[0012]一种车站道岔位置信息检测方法，包括以下步骤：
[0013]S1、图像采集单元安装于固定位置，拍摄车站计算机联锁显示屏的站场画面，将所
述视频通过通信网络传输至数据处理单元、从视频中提取原始帧图像并存储；
[0014]S2、使用所述步骤S1获得的任一帧图像作为样本图像，系统初始化模块在人工介入下完成系统初始化，并将相关初始化信息储存于数据处理单元。所述系统初始化包括站场画面图像视角校准、站场画面图像提取、站场画面图像中道岔图符的信息标定。所述道岔图符的信息包括道岔的编号、道岔在站场画面图像中的坐标、道岔的岔尖方向；
[0015]S3、使用所述步骤S2中获得的初始化信息，图符提取模块从接收的实时视频流每帧图像中，提取所有道岔图符，所述道岔图符是以所述道岔在站场画面图像中的坐标为中心，每边像素数为预设值L
a
的正方形；
[0016]S4、图像处理模块将所有道岔图符分别转换为对应的待检测道岔二值图符；
[0017]S5、特征获取模块获取待检测道岔二值图符的形状特征，所述形状特征包括有效连通域数量及最长水平直线长度比例；
[0018]S6、检测判断模块根据预设条件，对获取的形状特征进行分析判断得到各道岔的状态检测结果。
[0019]进一步地，所述步骤S2的系统初始化具体步骤为：
[0020]S21、站场画面图像校准是将原始帧图像F校准为平视的校准图像F
′
，使校准图像中站场画面图像为矩形，以提高后续检测的准确性；
[0021]其中，步骤S21的具体过程为：
[0022]S211、将原始帧图像F中每一像素点坐标通过所述变换计算公式变换为在校准图像F
′
中对应的坐标，所述变换计算公式如下：
[0023][0024][0025]式中，(x,y)为像素点在原始图像中坐标，(x
′
,y
′
)为变换后对应坐标；
[0026]S212、将所述变换计算公式变形，并通过人工标定方式得到原始帧图像F中站场画面图像四个顶点的坐标[(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4)]，设校准图像F
′
中所述四个顶点对应坐标为[(x
′1,y
′1),(x
′2,y
′1),(x
′1,y
′2),(x
′2,y
′2)]，将变换前后四组顶点的坐标代入，得到如下矩阵：
[0027][0028]通过求解上述矩阵，得到所述站场画面图像校准所需参数a
i
,(i＝1,2,
…
,7,8)，将所述参数储存于数据处理单元供后续步骤使用；
[0029]S22、站场画面图像提取是在所述校准图像F
′
中对站场画面图像区域R进行提取，
站场画面图像区域R的矩形框参数为步骤S212中四个顶点坐标[(x
′1,y
′1),(x
′2,y
′1),(x
′1,y
′2),(x
′2,y
′2)]，其中x
′1<x
′2,y
′1<y
′2，区域R定义为：
[0030]R∈(x,y),x
′1≤x≤x
′2,y
′1≤y≤y
′2[0031]将区域R由图像F
′
中取出，将坐标为(x
′1,y
′1)的像素点置为坐标原点，得到大小为(M1×
M2)的站场画面图像D，其中M1＝x
′2‑
x
′1,M2＝y
′2‑
y
′1，将顶点坐标[(x
′1,y
′1),(x
′2,y
′1),(x
′1,y
′2),(x
′2,y
′2)]保存至数据处理单元供后续步骤使用；
[0032]S23、站场画面图像中道岔图符的信息标定，是在站场画面图像D中，通过人工标定方式得到所有道岔图符的信息，道岔图符是用来表示道岔的最小图形单元，道岔信息包括道岔编号C
i
、岔尖坐标(x
i
,y
i
)及道岔岔尖方向E
i
，其中i＝1,2,
…
,n，n为站场画面图像D中道岔数量，道岔编号C
i
为第i个道岔在系统中的编号，岔尖坐标(x
i<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车站道岔位置信息检测系统，其特征在于，包括图像采集单元(1)和数据处理单元(2)，所述图像采集单元(1)架设于能够清晰拍摄到车站计算机联锁显示屏(3)站场画面的位置，所述图像采集单元(1)与数据处理单元(2)相连接，所述图像采集单元(1)用于获取车站计算机联锁显示屏(3)的站场画面图像；所述数据处理单元(2)用于对站场画面图像进行分析处理以及特征获取，以得到对应的道岔位置信息。2.根据权利要求1所述的一种车站道岔位置信息检测系统，其特征在于，所述数据处理单元(2)包括系统初始化模块、图符提取模块、图像处理模块、特征获取模块、检测判断模块：所述系统初始化模块用于校准站场画面图像及标定道岔图符信息；所述图符提取模块用于根据标定的道岔图符信息，从实时视频流每帧中截取出对应的道岔图符；所述图像处理模块用于将道岔图符转换为待检测道岔二值图符；所述特征获取模块用于获取待检测道岔二值图符的形状特征；所述检测判断模块通过预设条件对形状特征进行分析判断，输出相应的道岔位置信息。3.一种应用如权利要求1所述车站道岔位置信息检测系统的车站道岔位置信息检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)图像采集单元安装于固定位置，拍摄车站计算机联锁显示屏的站场画面，将站场画面视频流通过通信网络传输至数据处理单元；(2)使用所述步骤(1)获得视频流中任一原始帧图像作为样本图像，系统初始化模块在人工介入下完成系统初始化，并将相关初始化信息储存于数据处理单元，所述系统初始化包括站场画面图像视角校准、站场画面图像提取、站场画面图像中道岔图符的信息标定，所述道岔图符的信息包括道岔的编号、道岔在站场画面图像中的坐标、道岔的岔尖方向；(3)图符提取模块接收(2)处理后的图像，提取所有道岔图符，所述道岔图符是以所述道岔在站场画面图像中的坐标为中心，边长为预设值La的正方形；(4)图像处理模块将所有道岔图符分别转换为对应的待检测道岔二值图符；(5)特征获取模块获取待检测道岔二值图符的形状特征，所述形状特征包括有效连通域数量及最长水平直线长度比例；(6)检测判断模块根据预设条件，对获取的道岔二值图符的形状特征进行分析判断，得出各道岔的位置信息。4.根据权利要求3所述的一种车站道岔位置信息检测方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括以下步骤：步骤(4a)：将道岔图符转换为灰度图像；步骤(4b)：使用双边滤波法，去除灰度图像的噪声并增强边界；步骤(4c)：使用大津自动阈值分割法，将灰度值大于阈值的像素点灰度值置为255，反之置为0，得到二值图像；步骤(4d)：根据所述道岔的岔尖方向，将对应岔尖方向为右的二值图像进行左右翻转，得到待检测道岔二值图符。5.根据权利要求3所述的一种车站道岔位置信息检测方法，其特征在于，所述步骤(5)
具体包括以下步骤：步骤(5a)：所述有效连通域数量的获取方法为：使用8
‑
邻域的两遍扫描法算法扫描待检测道岔二值图符，标记其中所有连通域，记为Z；并计算各个连通域和待检测道岔二值图符的面积及...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓辰鑫，薛腾辉，周锦煌，沈阳，李柏松，惠青文，
申请(专利权)人：上海泽高电子工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：