научная статья по теме ВИДЕОДАТЧИКИ В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПЕРЕЕЗДЕ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ВИДЕОДАТЧИКИ В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПЕРЕЕЗДЕ»

— для 97 % автомобилей абсолютная максимальная ошибка определения скорости не превышает 3 км/ч, среднее значение ошибки — 1,49 км/ч;

— для 85 % автомобилей были корректно распознаны регистрационные номера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Интеллектуальные транспортные системы на сайте ФЦП "Повышение безопасности дорожного движения в 2006— 2012 годах". <http://www.fcp-pbdd.ru/special_equipment/ transport_systems/>.

2. Обухова Н. А., Мотыко А. А. Метод формирования панорамных изображений в ТВ системах транспортного мониторинга // Сб. док. 7-й международной конференции "Телевидение: передача и обработка изображений", СПб., ЛЭТИ, 29—30 июня 2011.

3. Timofeev B. S., Obukhova N. A., Motyko A. A. The method of video panorama construction from low detail source videos //

IEEE International Conference on Consumer Electronics, Berlin, 7—10 September 2014.

4. Alkaabi S., Deravi F. Iterative Corner Extraction and Matching for Mosaic Construction // Proc. sofCRV. — 2005. — Р. 468—475.

5. Hartley R., Zisserman A. Multiple View Geometry in computer vision // Cambridge University Press. — 2003. — Р. 561.

6. Тимофеев Б. С., Мотыко А. А. Измерение скоростей автомобилей путем анализа видео последовательности // Информационно-управляющие системы. — 2012. — № 1. — С. 2—7.

7. Bruce D. Lucas, Takeo Kanade. An Iterative Image Registration Technique with an Application to Stereo Vision // International Joint Conference on Artificial Intelligence. — 1981. — Р. 674—679.

8. Jianbo Shi, Carlo Tomasi. Good Features to Track // IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition. — 1994. — Р. 593—600.

9. Тимофеев Б. С., Мотыко А. А. Алгоритмы сегментации планки номерного знака // Сб. докл. Научной сессии ГУАП. — СПб, 2014.

УДК 621.397.6

ВИДЕОДАТЧИКИ В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПЕРЕЕЗДЕ

VIDEO SENSORS IN THE SYSTEM OF ENSURING OF TRAFFIC SAFETY THE MOVE ON THE RAILWAY CROSSING

Астратов Олег Семенович

канд. техн. наук, профессор

Филатов Владимир Николаевич

канд. техн. наук, доцент E-mail: filbait@mail.ru

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Факультет радиотехники, электроники и связи

Кафедра радиотехнических и оптоэлектронных систем

Аннотация: Рассмотрена задача обеспечения безопасности на железной дороге с помощью видеодатчиков и цифровой обработки видеоизображений. Проанализированы опасные ситуации, возникающие на железнодорожном переезде, и возможности их обнаружения с помощью цифровой обработки видеоинформации. Описан алгоритм обработки изображений, приведены результаты обработки конкретных изображений. Сделаны выводы относительно работоспособности предложенного алгоритма и его совершенствования.

Ключевые слова: видеодатчик, железнодорожный переезд, безопасность, цифровая обработка изображений, алгоритм.

Astratov Oleg S.

Ph. D. (Technical), Professor

Filatov Vladimir N.

Ph. D. (Technical), Associate Professor E-mail: filbait@mail.ru

Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation Faculty of radioengineering, electronics and communication

Chair of radio engineering and optoelectronic systems

Abstract: Tasks to ensure safety on the railway (on a railway crossing) is described in this paper. The task can be solved with the help of the video sensor and digital processing of video images. Dangerous situations on the move, and their possible detection using digital processing of video information are analyzed. The algorithm for image processing, and the results of processing of specific images are shown. Conclusions are made regarding the operability of the proposed algorithm and how to improve it.

Keywords: video sensor, railway crossing, security, digital processing of the images, algorithm.

ВВЕДЕНИЕ

С ростом скорости поездов и увеличением плотности их движения все большее внимание уделяется вопросам обеспечения безопасности на железной дороге. Особенно остро стоит вопрос обеспечения безопасности на нерегулируемом железнодорожном переезде [1]. Одним из возможных вариантов решения этой задачи является применение видеодатчиков с последующей цифровой обработкой видеоизображений [2, 3].

Железнодорожные составы, обладающие огромной массой, имеют большой тормозной путь, значительно превышающий расстояние, просматриваемое машинистом. Подобный ограниченный визуальный контроль не позволяет эффективно реагировать на возникшие опасные ситуации, особенно — на нерегулируемом переезде. Для предотвращения катастрофы с помощью своевременного торможения целесообразно на переезде устанавливать системы видеоконтроля с передачей на локомотив текущей видеоинформации и сигналов тревоги. Эта информация о состоянии переезда должна быть передана машинисту заранее, на расстоянии, позволяющем ему принять адекватное решение. Кроме того, в случае нештатной ситуации система должна привлечь его внимание к поступающей видеоинформации с ближайшего переезда.

На железнодорожном переезде устанавливается видеокамера на специальную мачту таким образом, чтобы в поле ее зрения попадал весь потенциально опасный участок пути [1] (рис. 1). По запросу с локомотива система видеоконтроля начинает передачу видеосигналов на монитор в кабине машиниста. Расстояние, с которого необходимо сделать запрос, должно превышать максимально возможный тормозной путь поезда. Максимальный тормозной путь имеют товарные составы как наиболее тяжелые. Их максимально допустимая скорость дви-

Рис. 1. Потенциально опасный участок переезда

жения на территории Российской Федерации составляет 90 км/ч, т. е. 1,5 км в минуту. Тормозной путь товарного состава, движущегося с такой скоростью, составляет около 2 км. Это расстояние состав пройдет за 1,4 минуты.

Для анализа ситуации, оценки обстановки на ближайшем переезде и принятия решения машинисту требуется ориентировочно около трех минут. Таким образом, принимая во внимание время, необходимое для принятия решения, и время

торможения, система видеоконтроля должна начать передачу машинисту оперативной информации о состоянии переезда с расстояния не менее 1,5 (3 + 1,4) = 6,6 км.

Необходимо отметить, что для непрерывной работы системы видеоконтроля в любое время суток требуется установить на переезде источники освещения, включаемые автоматически от соответствующего датчика.

ВЫБОР И УСТАНОВКА ВИДЕОДАТЧИКА

Система видеоконтроля, в которую входят видеодатчик и приемопередающее устройство, предназначены для работы в сложных погодных и климатических условиях России. Поэтому видеодатчик должен обладать следующими характеристиками:

— рабочий температурный диапазон должен находиться в пределах от —50 до +50 °С;

— видеокамера должна быть помещена в пыле- и влагозащит-

I I I I

\

\

5 м

1,44 м

I 2 м\

\

14 м

\

4 Н

\

V

5 м

6 м

В\

Рис. 2. Зона обзора видеодатчика в горизонтальной плоскости:

1 — железнодорожный путь; 2 — мачта; 3 — система видеоконтроля с видеокамерой; 4 — шлагбаум; 5 — контролируемый участок переезда

1

Рис. 3. Зона обзора видеокамеры в вертикальной плоскости:

1 — видеокамера; 2 — мачта

ный кожух с системой антиобледе-нительного подогрева;

— видеокамера должна обладать высокой чувствительностью и широким яркостным динамическим диапазоном;

— для обеспечения широкого угла зрения видеокамера должна быть снабжена широкоугольным объективом обзорного типа.

Особое внимание следует уделить месту и способу установки видеодатчика на переезде. План размещения датчика в горизонтальной плоскости показан на рис. 2, где пунктиром обозначена зона железнодорожного переезда, которую необходимо контролировать (примерно 14 х 6 м2). Эта зона должна обязательно попадать в зону обзора видеокамеры.

Зона обзора видеокамеры в вертикальной плоскости схематично показана на рис. 3. Угол зрения камеры по вертикали (ZDCB) меньше угла обзора по горизонтали, что определяется соотношением сторон ПЗС-матрицы. Это условие следует учитывать, чтобы в зону обзора попадал весь представляющий интерес участок переезда. Для выполнения этого условия необходимо, зная угол зрения видеокамеры, определить место установки видеодатчика (расстояние, высоту) и направление оси визирования.

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ВИДЕОКОНТРОЛЯ

Основным назначением системы видеоконтроля является обнаружение посторонних объектов на железнодорожном переезде и передача сигналов предупреждения машинисту поезда. Структурная схема системы видеоконтроля представлена на рис. 4. Она состоит из следующих устройств и блоков:

— блок радиосвязи, осуществляющий обмен информацией между локомотивом и системой видеоконтроля;

— видеодатчик;

— блок записи эталонного изображения сразу после прохода поезда;

— блок цифровой обработки изображений, осуществляющий препарирование (выделение контуров) и фильтрацию видеоизображений, сравнение контурных эталонного и

текущего изображений (формирование разностного изображения);

— датчик ухода поезда с переезда;

— блок формирования сигналов предупреждения машиниста.

Система работает следующим образом. При приближении к очередному переезду с локомотива посылается сигнал-запрос на систему видеоконтроля этого переезда, по которому с нее начинает передаваться видеосигнал на приемное устройство поезда. С этого же момента в системе видеоконтроля получаемое с видеокамеры текущее изображение анализируется с целью выявления постороннего объекта на переезде. Для этого попиксельно сравниваются текущее изображение выбранной области переезда (рис. 5) с эталонным изображением (рис. 6), на котором отсутствуют посторонние объекты. Результатом сравнения является разностное изображение.

При записи и формировании эталонного ("чистого") изображения переезда необходимо предусмотреть влияние различных условий наблюдения (изменение освещенности, наличие осадков), что может привести к появлению в сигнале разности ложных объектов (ложных тревог). Поэтому фиксировать эталонное изображение, на котором отсутствуют посторонние объекты, следует либо по команде оператора, либо автоматически сразу после прохода очередного состава через переезд. В этом случае имеет смысл установить специальные д

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»