基于图像处理技术的铁路站台非安全区安全监控系统的设计与实现

目前，我国高铁建设如火如荼。采用高速摄像机采集图像并通过无线数据传输技术和图像处理技术实现对高铁站台非安全区的安全监控，将对列车的正点运行和保障站台人身安全具有非常重要的意义。

概述

铁路站台非安全区域的安全监控是保障列车进出站时乘客安全以及列车正点运行的有效辅助手段，传统的激光扫描方式监控，激光束之间存在盲区，导致误报率高。针对激光监控存在的问题以及数字视频技术的发展，研发基于高级视像监控技术、视像移动侦测技术、图像处理技术、无线传输技术的全数字视频监控模式的站台非安全区实时监控系统非常必要，该系统采用高速数字摄像机，全面覆盖火车站台非安全区，对在列车进出站时非安全区内的障碍物进行视频成像，通过对图像的对比处理计算，分析出站台非安全区是否有障碍物的存在，是否影响列车进出站，并将分析结果实时发送至列车司机、站台值班员以及站台值班室值班员，为列车进出站时判断站台安全状态提供有效的辅助依据，是降低安全事故的发生，保障列车进出站安全以及站台工作人员和乘客安全的最有效的监控手段。(见图1)

系统构成

站台非安全区安全监控系统主要由无线数据传输、站台视频图像采集处理、站台值班室监控系统、站台值班员手持机以及列车司机室报警装置五部分组成。

无线数据传输

数据传输方面，我们通过建立无线局域网络，对所有站台进行无线全覆盖，监控摄像机采集的视频图像、图像数据处理的结果、非安全区有障碍物的报警信号、站台值班室与站台值班员的信息交互以及站台值班室、站台值班员与列车司机室的信息交互等都可以通过无线方式进行数据传输。

站台视频图像采集处理

大多列车站台基本上是非封闭环境，考虑到阳光直射以及其他外界因素(灯光、飞虫、灰尘等)的影响，我们在每个站台设置四个高清摄像机，分别放置在站台两端，每端两台摄像机，以不同角度放置，以避免阳光直射，同时，四个相机可完全交叉监控站台非安全区域，使的监控系统在同一时间可获得四幅静态图像，综合对比分析四幅不同角度的图像，从而准确得出站台非安全区域的实时状态，避免因单台摄像机故障、单幅图像角度以及其他外界因素(飞虫、镜头粘有异物等)问题而产生误判断、误报警。

根据处理终端部署位置的不同，分为前端处理模式和后端处理模式。

前端处理模式

所有摄像机均采用有线网络可编程摄像机，首先将单台采集的视频图像通过相机处理程序进行初步处理分析，然后采用有线方式传至本站台图像数据处理设备，由本站台图像数据处理设备完成四路视频图像的对比处理分析，得出分析处理结果，并将有障碍物情况下的分析处理结果以无线方式发送至站台值班室监控系统、站台值班员手持机和列车司机室报警装置。前端处理无线数据传输示意图 (见图2)

优点：

视频图像采集摄像机与图像处理设备之前通过有线方式连接，可靠性、稳定性高。

每个站台的图像数据处理部分相互独立，自成系统，数据处理设备发生故障或处理程序出现BUG时，仅影响本站台系统运行，不影响其他站台系统的运行。

缺点：数据处理设备重复，设备利用率低，系统整体性不强。

后端处理模式

所有摄像机均采用无线网络可编程摄像机，首先将单台采集的视频图像通过相机处理程序进行初步处理分析，然后再以无线方式传回站台值班室监控系统，由站台值班室监控系统完成四幅图像的综合对比处理分析，得出分析处理结果，并将有障碍物情况下的分析处理结果由站台值班室监控系统实时以无线方式发送至站台值班员手持机和列车司机室报警装置。

优点：系统整体性好，结构简单，集中分析，集中管理，设备利用率高。

缺点：图像数据处理在站台值班室处理终端完成，所有数据传输依赖无线网络，稳定性、可靠性相对较低。

所有站台的图像数据处理均由站台值班室图像数据处理程序完成，数据处理设备发生故障或处理程序出现BUG时，所有站台系统均不能正常运行。

站台值班室监控系统

前端处理模式下实现前端分析处理结果的显示、存储与报警。后端处理模式下实现对每个站台传输回的视频图像的处理分析，并在有障碍物状态下实时发送报警信号至列车司机室报警装置及站台值班员手持机。

站台值班员手持机

供站台值班员接收非安全区有障碍物状态下的分析处理结果和报警提示。

列车司机室报警装置

供列车司机室接收非安全区有障碍物状态下的报警信号和报警提示。

系统原理

列车进站时的监控

手动启动监控系统

列车进站时由站台值班室值班员通过站台值班监控系统或站台值班员通过手持机，根据过站列车信息，确定进站列车进入的站台，并启动相应站台的监控系统。同时，站台监控系统分析进入无线网络的列车监控装置，确定进站的列车，通过进站列车TAX箱数据获取列车信息，分析判断后建立站台与列车的通信。

自动启动监控系统

在车站外道岔口处设监测装置，当有列车进入相应股道时，由监测装置发送启动信号启动相应站台监控系统。同时，站台监控系统分析进入无线网络的列车监控装置，确定进站的列车，通过进站列车TAX箱数据获取列车信息，分析判断后建立站台与列车的通信。

列车出站时的监控

列车出站时，由站台值班室值班人员在给发车命令的同时，启动相应站台的监控系统，或者对站台值班员在接到发车命令的同时通过手持机启动监控系统。待列车出站后由站台值班室值班员或站台值班员关闭监控系统。

系统功能

站台值班室监控系统

各个站台的实时监控图像显示功能;

各个站台监控图像的硬盘存储、回放功能;

各个站台监控设备的启动和暂停控制功能;

实现各个站台监控图像的对比处理分析;判断出非安全区是否存在障碍物;并发送分析处理结果和报警信号至站台值班员手持机和列车司机室监控装置;(后端处理模式下);

各个站台非安全区有障碍物状态下的语音报警功能;

过站列车信息数据库维护功能。

站台值班员手持机

本站台列车进出站过程中非安全区有障碍物的报警信号并语音提示功能;

本站台监控图像分析处理结果信息显示，及时掌握非安全区障碍物信息;

本站台监控设备的启动和暂停控制功能;

过站列车信息数据库查询功能。

列车司机室报警装置

接收本站台列车进出站过程中非安全区有障碍物的报警信号并语音提示。

结束语

在目前大力发展高速铁路的时期，客运专线、动车组列车等对列车运行时间和安全的要求都非常的高，保障站台非安全区的安全就显得尤为重要。采用高速摄像机采集图像并通过无线数据传输技术和图像处理技术实现对站台非安全区的安全监控在技术和功能实现上是完全可行的，如将其应用于高速铁路各大中小站台，将对列车的正点运行和保障站台人身安全具有非常重要的意义。