电子产品世界

2.1.2 列车运行速度检测
关于列车运行速度检测问题，本文采用检测相邻运动帧，并计算相邻运动帧间的位置变化与时间的关系来得到列车运动的速度。
（1）依据差分帧运动检测方法，可以得到列车进入监测现场的首帧运动图象；（2）利用运动检测原理，检测出列车进入画面的第二运动帧，将第二运动帧在图象中的位置和进入画面的时间戳等参数通过ADSL发送到井上的监控PC机上；（3）井上监控PC机根据（1）和（2）两项的相关参数，计算出被监控列车进入监控画面的前两个相邻运动帧的差帧P；（4）根据得到的差帧P，计算出列车在第二运动帧相对于列车在第一运动帧移动的长度，即移动象素的个数ΔP；（5）可以按式(1)计算出监测系统获取的每帧图象对应列车运动方向的视场总长度L（单位为米）；（6）根据列车进入画面的第一、第二运动帧对应的时间戳，计算列车的运行速度V（米/秒）。

2.1.3 系统的约束条件
根据各种参数及相互关系可知，在列车运动方向红外监测系统获取的每帧图象的视场总长度L＝2×[d×tan(α/2)]，如果选择的CCD镜头的视场角为80°，镜头布置位置距离被监测列车上表面是1到1.5米，那么，红外监测系统在PAL制信号[5]条件下（每秒25帧视频图象）能够不失真地监测到列车的最高时速是多少呢？
根据“采样定理[6]”，如果监测系统的采样频率fs = 25Hz（PAL制），分别考虑CCD镜头布置位置距离被监测列车上表面1米和1.5米两种情况。

(1) CCD镜头位置距离被监测列车1米
根据这些参数和基本假设，可以按照公式(3)计算出每帧图象对应列车运动方向的视场总长度：
L = 2×[d×tan(α/2)] = 2×[1×tan(80°/2)] = 2×0.8391 = 1.6782 米
根据“采样定理”知，采样频率fs必须大于被测信号最高频率的两倍，采样后的信号才不会出现混叠现象，即fs ≥ 2fc。
如果按照fc = fs/2计算，fc = 12.5Hz，在此情况下，相应地能够允许列车的最高运行时速为Vmax = 20.98(米/秒)，即允许被监测列车最高以每小时75.5公里的时速通过监测地点，而目前矿井列车的最高设计时速仅为10米/秒（相当于每小时36公里），一般正常情况下，列车在井下的运动速度通常为3米/秒到5米/秒。因此，本监测系统完全可以满足监测需要。
(2) 要满足10米/秒的最高设计时速，CCD镜头布置位置距离被监测列车上表面最短距离
d = L/(2×0.8391) = 0.8/(2×0.8391) = 0.4767米
也就是说，如果监测系统的CCD镜头距离被监测列车上表面大于0.5米，就可以对矿井列车进行有效监测。

同样，如果适当加大镜头与被监测物体的间距，就可以对运行速度更高的物体进行监测，照此看来，本系统的应用范围更广。

2.2 列车移动方向识别
首先，约定两个基本概念：列车的上行方向和列车的下行方向。列车的上行方向：列车从采区运输产品到井上方向定义为列车的上行方向；列车的下行方向：列车从井上到采区方向定义为列车的下行方向。具体实现方法如下：

（1）首先根据列车图象的俯视特征和模式识别的基本原理，检测出“运动物体”是否进入监测画面以及在图象中的具体位置；
（2）根据CCD摄像机俯视列车得到的列车图象具有“矩形特征”这一特点，区分并识别出进入监测现场的运动物体是否是列车；
（3）根据事先约定的列车上行方向、列车下行方向以及CCD镜头的布置位置，连续跟踪列车进入监测画面的第一运动帧、第二运动帧和第三运动帧，以第二运动帧、第一运动帧以及它们的差帧来初步确定列车的运行方向，再以第三运动帧、第二运动帧以及它们的差帧来验证前面确定的初步运行方向是否正确。

2.3 列车运行异常告警处理

2.3.1 列车进入监测现场后停止运行
由于井下条件特殊，一旦运行中的列车由于机械或电力等原因造成列车停止运行，监测系统应该立即向井上控制中心告警，并进行闭锁。因为煤仓容量有限，如果列车运输系统一旦停运，轻者会造成相关采区停工和煤仓事故，重者会造成机车追尾或相撞事故。因此，监测系统必须迅速告警，以便采取必要的措施保障运输安全。告警处理如下：
　　
监测系统将在列车进入监测画面后，连续采集视频图象，不断比较得到的各帧图象之间的差异，运用帧间阈值法判断列车的运行状态，一旦发现列车停止运行（连续若干帧图象完全一致或帧间差值小于给定阈值），井下监测系统将立即向井上监控中心发送列车停止运行标志位和时间戳，井上PC机收到停止标志和时间戳后，便进行系统闭锁、声光告警和监控日志记录。

关键词： 研究 系统 监测 运输 轨道