軌道運輸監(jiān)測系統(tǒng)研究

2.1.2 列車運行速度檢測
關(guān)于列車運行速度檢測問題，本文采用檢測相鄰運動幀，并計算相鄰運動幀間的位置變化與時間的關(guān)系來得到列車運動的速度。
（1）依據(jù)差分幀運動檢測方法，可以得到列車進入監(jiān)測現(xiàn)場的首幀運動圖象；（2）利用運動檢測原理，檢測出列車進入畫面的第二運動幀，將第二運動幀在圖象中的位置和進入畫面的時間戳等參數(shù)通過ADSL發(fā)送到井上的監(jiān)控PC機上；（3）井上監(jiān)控PC機根據(jù)（1）和（2）兩項的相關(guān)參數(shù)，計算出被監(jiān)控列車進入監(jiān)控畫面的前兩個相鄰運動幀的差幀P；（4）根據(jù)得到的差幀P，計算出列車在第二運動幀相對于列車在第一運動幀移動的長度，即移動象素的個數(shù)ΔP；（5）可以按式(1)計算出監(jiān)測系統(tǒng)獲取的每幀圖象對應(yīng)列車運動方向的視場總長度L（單位為米）；（6）根據(jù)列車進入畫面的第一、第二運動幀對應(yīng)的時間戳，計算列車的運行速度V（米/秒）。

2.1.3 系統(tǒng)的約束條件
根據(jù)各種參數(shù)及相互關(guān)系可知，在列車運動方向紅外監(jiān)測系統(tǒng)獲取的每幀圖象的視場總長度L＝2×[d×tan(α/2)]，如果選擇的CCD鏡頭的視場角為80°，鏡頭布置位置距離被監(jiān)測列車上表面是1到1.5米，那么，紅外監(jiān)測系統(tǒng)在PAL制信號[5]條件下（每秒25幀視頻圖象）能夠不失真地監(jiān)測到列車的最高時速是多少呢？
根據(jù)“采樣定理[6]”，如果監(jiān)測系統(tǒng)的采樣頻率fs = 25Hz（PAL制），分別考慮CCD鏡頭布置位置距離被監(jiān)測列車上表面1米和1.5米兩種情況。

(1) CCD鏡頭位置距離被監(jiān)測列車1米
根據(jù)這些參數(shù)和基本假設(shè)，可以按照公式(3)計算出每幀圖象對應(yīng)列車運動方向的視場總長度：
L = 2×[d×tan(α/2)] = 2×[1×tan(80°/2)] = 2×0.8391 = 1.6782 米
根據(jù)“采樣定理”知，采樣頻率fs必須大于被測信號最高頻率的兩倍，采樣后的信號才不會出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，即fs ≥ 2fc。
如果按照fc = fs/2計算，fc = 12.5Hz，在此情況下，相應(yīng)地能夠允許列車的最高運行時速為Vmax = 20.98(米/秒)，即允許被監(jiān)測列車最高以每小時75.5公里的時速通過監(jiān)測地點，而目前礦井列車的最高設(shè)計時速僅為10米/秒（相當于每小時36公里），一般正常情況下，列車在井下的運動速度通常為3米/秒到5米/秒。因此，本監(jiān)測系統(tǒng)完全可以滿足監(jiān)測需要。
(2) 要滿足10米/秒的最高設(shè)計時速，CCD鏡頭布置位置距離被監(jiān)測列車上表面最短距離
d = L/(2×0.8391) = 0.8/(2×0.8391) = 0.4767米
也就是說，如果監(jiān)測系統(tǒng)的CCD鏡頭距離被監(jiān)測列車上表面大于0.5米，就可以對礦井列車進行有效監(jiān)測。

同樣，如果適當加大鏡頭與被監(jiān)測物體的間距，就可以對運行速度更高的物體進行監(jiān)測，照此看來，本系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣。

2.2 列車移動方向識別
首先，約定兩個基本概念：列車的上行方向和列車的下行方向。列車的上行方向：列車從采區(qū)運輸產(chǎn)品到井上方向定義為列車的上行方向；列車的下行方向：列車從井上到采區(qū)方向定義為列車的下行方向。具體實現(xiàn)方法如下：

（1）首先根據(jù)列車圖象的俯視特征和模式識別的基本原理，檢測出“運動物體”是否進入監(jiān)測畫面以及在圖象中的具體位置；
（2）根據(jù)CCD攝像機俯視列車得到的列車圖象具有“矩形特征”這一特點，區(qū)分并識別出進入監(jiān)測現(xiàn)場的運動物體是否是列車；
（3）根據(jù)事先約定的列車上行方向、列車下行方向以及CCD鏡頭的布置位置，連續(xù)跟蹤列車進入監(jiān)測畫面的第一運動幀、第二運動幀和第三運動幀，以第二運動幀、第一運動幀以及它們的差幀來初步確定列車的運行方向，再以第三運動幀、第二運動幀以及它們的差幀來驗證前面確定的初步運行方向是否正確。

2.3 列車運行異常告警處理

2.3.1 列車進入監(jiān)測現(xiàn)場后停止運行
由于井下條件特殊，一旦運行中的列車由于機械或電力等原因造成列車停止運行，監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該立即向井上控制中心告警，并進行閉鎖。因為煤倉容量有限，如果列車運輸系統(tǒng)一旦停運，輕者會造成相關(guān)采區(qū)停工和煤倉事故，重者會造成機車追尾或相撞事故。因此，監(jiān)測系統(tǒng)必須迅速告警，以便采取必要的措施保障運輸安全。告警處理如下：
　　
監(jiān)測系統(tǒng)將在列車進入監(jiān)測畫面后，連續(xù)采集視頻圖象，不斷比較得到的各幀圖象之間的差異，運用幀間閾值法判斷列車的運行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)列車停止運行（連續(xù)若干幀圖象完全一致或幀間差值小于給定閾值），井下監(jiān)測系統(tǒng)將立即向井上監(jiān)控中心發(fā)送列車停止運行標志位和時間戳，井上PC機收到停止標志和時間戳后，便進行系統(tǒng)閉鎖、聲光告警和監(jiān)控日志記錄。