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车钩高度光学测量系统的分析及实现

发表时间：2020/1/7 来源：《科技新时代》2019年11期作者：何明

[导读] 铁路运输自19世纪初运营以来，一直以其运量大、速度快、安全、节能等优势作为人类最重要的交通运输方式，对世界各国的经济发展起着十分重要的作用。

何明
        （中国铁路呼和浩特局集团有限公司集宁机务段副段长）

        摘要：
        铁路运输自19世纪初运营以来，一直以其运量大、速度快、安全、节能等优势作为人类最重要的交通运输方式，对世界各国的经济发展起着十分重要的作用。文章先从传统人工测量归纳总结了车钩高度误差产生的原因及问题的分析，从而得出一套安全可靠的车钩光学高度测量方案。以保证了机车连挂的可靠性和安全性。
        关键字：机车；车辆；车号、车钩高度光学测量系统。
        一、概述
        机车车钩是机车与机车、机车与车辆、车辆与车辆之间相互连接的重要部件，车钩的高度正常是否是保证机车运行安全的重要因素。车钩高度指标直接影响机车的正常运行以及机车与车辆的正常连接，是整个货、客运系统的关键。但由于车钩工作环境复杂、恶劣，在使用过程中车钩高度因相关零部件磨耗而造成车钩高度的失差，严重影响了机车运行安全和货运系统的正常运转。近年来，为了提高工作效率，节省资源成本，从技术上实现对车钩高度的自动测量、记录、判断已成为目前的研究热点。
        二、问题的分析及提出
        车钩高度指从铁轨水平面到车钩中心线的垂直高度。《铁路列车运用维修规程》及《铁路客车段修规程》对车钩高度均作了严格的规定：车钩检测出厂合格高度限度为880±10mm（根据铁标TB/T 3044-2002 TB/T 3046-2002），即同一车辆车钩高相差不得超过 10mm。车钩高度超过允许误差范围时，车钩连挂的钩舌的受力面积将会随之减少，由此而引发车钩的自然分离现象，导致脱钩事故，危及行车安全，后果是不堪想象，不但严重威胁行车的安全，同时也给人民的生命和财产造成严重损失。
        现阶段各机务段、车辆段测量车钩高度的主要方法是由检修工人手持“钩高尺”，置于水平铁轨面上并垂直于铁轨平面，然后由数名检修工人肉眼读取，并交给相关人员做好记录，通常完成车钩高度的测量需要三至四人，其工作效率低下。由于工具的误差等因素，车钩高度测量精度得不到有效的保证。如遇到下雪天，沙尘暴或者刮风等恶劣条件的影响，检测的车钩高度精度更加无法保证，对工人来说费时、费力，并且测量数据精度不一定能满足检修的工作要求。因此设计出一套可以自动测量车钩高度、识别机车车号、存储相关测量数据的系统已迫在眉睫。
        三、采取的措施
        针对上述问题，各段将车钩高度测量纳入重点测量对象，并完善了相应的检修规程，但在实际运用过程中收效甚微。车钩高度光学测量系统可以从根本上解决上述问题，该系统具备全天候无人值守，能克服各种不良条件，只要列车进入待检区域，系统会自动采集机车车号、测量车钩的高度，并将测量数据存储计算机或在手机等终端显示，方便相关人员随时查看和调阅。当车钩高度不符合规定时，能立刻报警和远程呼唤相关人员。车钩高度光学测量系统的设计满足了段方提出的车钩高度测量要求，实现了车钩高度测量的精准化，同时又具有信息化，自动化，节能环保，安全可靠的特点。

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        车钩高度光学测量系统主要由光学高度测量系统、车号识别系统、数据处理系统、网络连接系统及客户端显示等五部分组成。光学高度测量系统主要由以下部分组成：安装支架、补光灯阵列、车钩高度摄像机、启停摄像机、高速数据采集系统以及高性能数据处理工作站，该系统主要完成对车钩高度的精确测量；车号识别系统包括信号获取子模块、视频采集子模块、车号识别子模块、识别结果输出及显示子模块。因为是动态采集，故采用高清运动相机来处理。由于机车有和谐、东风、韶山等各种不同的式样，字体大小不一，所以采用超广角相机并校正畸变的形式来识别车牌。数据处理系统完成对车钩高度、机车车号的采集，并将采集的数据保存在高速数据处理工作站中的磁盘阵列上；网络连接系统主要对高度信号数据，车号识别数据以及服务器、客户端等各种信息进行信息互通交互采集，保证数据的及时有效链接；客户端安装在授权人员的电脑中，用于工作人员对数据的访问，支持自定义随时查询车钩高度信息，具备语音及图像报警功能，同时最多可登录100台客户端，检修人员根据接收到的数据情况进行工作安排，保证检修进度，按时完成机车、车辆的出库检修工作。
        四、取得成效
        （1）车钩高度光学测量系统的投入使用结束了以前单纯依靠人力测量车钩高度的历史，将车钩高度的测量转变为机器自动测量，测量数值准确、精度高，从技术上杜绝了人工测量过程中的疏漏，真正意义上的实现技术控制检修，具有一定的社会效益，同时对确保机车运用安全有着十分重要的意义。
        （2）车钩高度光学测量系统的安装降低了检修工人劳动强度，节省了人力资源，使得以前单纯依靠检修工人手动测量车钩高度来防止脱钩事件的发生转变为利用车钩高度光学测量系统的自动测量功能对车钩进行实时测量，现场监控，提高了工作效率，保证了行车安全。
        （3）车钩高度光学测量系统的安装杜绝了脱钩事件的发生，避免因发生事故后高额费用的支出，同时避免了事故发生后检修人员高强度的劳动，具有一定的经济价值。
        （4）车钩高度光学测量系统适用于内燃机车，电力机车，其应用前景广阔。
        五、结束语
        车钩高度光学测量系统针对铁路检修中遇到的实际问题，研究了基于计算机光学技术的客、货运列车车钩高度、车号识别系统。该系统针对性强、实用、快捷，采用计算机的算法和技术，实现了客、货运列车的车钩高度的自动测量与车号的自动识别。它具有可行性程度高、稳定好性好、识别率高、测量准确等特点，并且实现了客、货运列车管理的完全自动化，减少了车钩高度测量带来的人力物力资源的消耗，减少了人为主观因素的影响，提高了识别的准确率。车钩高度光学测量系统填补了当前车钩高度和车号识别自动化测量的空白，适应了新形势下的列车运行需要，对铁路运输具有重要的现实意义。
        参考文献
        [1] 中华人民共和国铁道行业标准TB/T 1333-1996《机车电器基本技术条件》
        [2]《铁路列车运用维修规程》TB/T 3044-2002
        [3]《铁路客车段修规程》TB/T 3046-2002
        [4]电气工程师手册机械工业出版社，2005.9印