Определение перемещений посторонних объектов в опасной зоне переезда с помощью систем видеонаблюдения Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

АВТОМАТИКА, ТЕЛЕМЕХАН1КА, ЗВ'ЯЗОК

УДК 656.216.2:621.397.7

ПоддубнякВ.И., к.т.н., профессор,ректор (ДонИЖТ) Германенко О.А., инженер(Дон.ж.д.)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОСТОРОННИХ ОБЪЕКТОВ В ОПАСНОЙ ЗОНЕ ПЕРЕЕЗДА С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

Постановка проблемы. Основным условием надежного и безопасного функционирования переездов является соблюдение очередности проследования транспортными средствами его опасной зоны. На магистральных железных дорогах Украины, исходя из различий в скорости перемещения подвижных единиц железно- и автодорожного транспорта, а также длин тормозных участков, преимущественным правом проследования переездов обладает железнодорожный транспорт (на промышленных предприятиях это условие не сохраняется из-за невысоких скоростей движения и особенностей технологического процесса основного производства).

Однако за последние годы проблема в местах пересечения железных дорог и автомагистралей еще более обострилась по причине несоблюдения данного условия. Это связано с увеличением количества транспортных средств и снижения дисциплины их водителей. Нередко водители легковых автомобилей пытаются объехать (проскочить) закрытый переезд при опущенных шлагбаумах. Кроме того, шлагбаум для нарушителей правил дорожного движения (ПДД) сегодня не является препятствием, т.к. его легко можно повредить, поднять, объехать. А объезды шлагбаумов и «проскакивания» на красные мигающие огни переездных светофоров опасной зоны переездов во многих случаях заканчиваются трагически не только для нарушителей ПДД, но и для других участников движения: пассажиров автобусов, автомобилей или поездов.

Поэтому разработка устройств автоматического контроля состояния опасной зоны переезда является одной из основных задач дальнейшего совершенствования систем переездной сигнализации.

Анализ последних исследований и публикаций. Исследования и разработка устройств автоматического контроля состояния опасной зоны переездов ведется в разных странах мира уже длительное время. Особую сложность, при этом, представляет выбор типа чувствительного элемента напольного датчика. В качестве таких датчиков предполагалось использовать различные их типы, в частности фотоэлектрические, лазерные, ультразвуковые, электрооптические, радиолокационные и другие [1]. Однако анализ разработанных устройств на основе вышеуказанных датчиков свидетельствует, что они имеют недостатки, затрудняющие или не позволяющие их использование на переездах в настоящее время.

В то же время, в некоторых наиболее технически развитых странах, в частности в США, Японии и Германии, в последние годы, уже ведутся интенсивные работы по использованию устройств промышленного телевидения для получения достоверной информации о состоянии опасной зоны железнодорожных переездов [2,3]. В зарубежных разработках видеоинформация о состоянии переезда передается по линии связи либо на пост ЭЦ, либо непосредственно на автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП), где отображается на видеомониторе, а оценка ситуации и принятие окончательного решения по-прежнему осуществляется дежурным по станции.

В свою очередь, современные телевизионные средства наблюдения легко увязываются с любым компьютером, имеют высокое быстродействие и позволяют обрабатывать сигналы от неподвижных, малоподвижных и быстроменяющихся объектов, как в реальном, так и в измененном времени [4].

Поэтому, сочленив средства видеонаблюдения с переездным микроконтроллером, можно не только получить автоматическую систему видеоконтроля опасной зоны железнодорожных переездов, в которой процесс обнаружения посторонних объектов на фоне опасной зоны будет осуществляться без участия человека, но и даст возможность контролировать наличие перемещений таких объектов.

Цель статьи. Анализ способности видеосистем определять наличие перемещений, а также скорость перемещений посторонних объектов в огражденной зоне переезда, в момент приближения к нему поезда.

Основной материал исследования. Рассмотрим автоматическую систему (рисунок 1), в которой управляющее решение - смена кодов АЛС, должно приниматься на основе видеоинформации Х1(1) и Х2(11), получаемой от переездных видеокамер соответственно ВК-1 и ВК-2. Такая информация поступает в блок распознавания изображения и оценки ситуации в виде последовательной смены кадров, каждый из которых описывается массивом данных, обычно двухмерным.

Рисунок 1 - Структурная схема функционирования видеосистемы

переездной сигнализации

В качестве примера остановимся на видеоинформации Х1(1). Для нее можно записать:

Хг(Х) =

( Р1,1>Р1,2>-Р2,1'Р2,2'

,р1,п

•, р2, п

Рт,1' pm,2, ••• рт,п у

(1)

I

где р]тпП - элементарный элемент изображения (пиксель) первой

видеокамеры, с координатами пикселя в кадре - т,п.

В связи с тем, что большинство из современных видеокамер и устройств обработки изображения дискретны, то выражение (1) преобразуется к последовательности кадров:

X1(t) = Al, A2 ,..., Ak =

r p11 , p1Í ,

P2,1, P 2,2 '

, Pli Л

Pí

v1,1 v 1,1 v1,1

f„ 1,2 1,2

P11,Pl2,....,P1

P 1,1 , P 1,2'

1,2 Л

,PÍÍ

v1,2 v1,2 r¡1,2 Pm,1, Pm,2 pm,n

( p1,k p1,k

1,1 1,2 P 1,1 , P 1,2'

1,k Л

,P1

v1,k

2,n

v1,k v1,k v1,k pm,1,pm,2,...,pm,n

(2)

где А1 - первый кадр видеокамеры ВК-1, полученный после ее включения;

А2 - второй кадр видеокамеры ВК-1, полученный после ее включения;

Ак - последний к-тый кадр видеокамеры ВК-1, полученный к моменту времени 1;с;

1;с - момент времени возможного столкновения на переезде; р1т]„ - элемент изображения первого кадра видеокамеры ВК-1 с его координатами в данном кадре - т,п;

р1т2„ - элемент изображения второго кадра видеокамеры ВК-1 с его координатами в данном кадре - т,п;

р1тк„ - элемент изображения последнего к-того кадра видеокамеры

ВК-1 с его координатами в данном кадре - т,п.

Для наглядности последовательность (2) можно отобразить на экране дисплея (рисунок 2).

Рисунок 2 - Последовательность кадров изображения видеокамеры

Соответственно, кадр нормативного состояния опасной зоны переезда А0 (т.е. без посторонних предметов и объектов в его огражденной зоне) можно представить в виде - рисунок 3:

Ao =

А 1,0 1,0 1,0 \ Pl,1' Pi,2 ,■■■, Pin

1,0 1,0 „1,0

p2,1, p2,2, ■■', p2,n

1,0 „1,0 1,0 pm, 1, pm,2,■■■ pm,n

(3)

Рисунок 3 - Кадр нормативного состояния опасной зоны

переезда

Естественно, что опасная ситуация на переезде может возникнуть, если на пути следования поезда окажется препятствие. Например, посторонний объект в виде автомобиля по какой-то причине прекратил движение и остался в опасной зоне, а через некоторое время возобновил движение. Следовательно, для правильного распознавания опасной ситуации, важно определение факта движения объекта, а также выявление его остановки и нахождения в пределах габаритов железнодорожного пути, в момент вступления поезда на участок оповещения и следования по нему. В этом случае автоматическая система должна сменить код АЛС на более запрещающий, что требуется для снижения скорости поезда, а при необходимости, и его остановки.

В свою очередь, определение скорости движения автотранспорта через переезд, а также его остановки в опасной зоне, может быть получено методом выполнения операции «исключающее ИЛИ» («excluding or» -или сокращенно XOR) над элементами массивов (2) смежных кадров. В случае совпадения значений всех элементов этих массивов результирующее значение равняется нулю, т.е. нет изменений. Следовательно, за промежуток времени между кадрами движения в опасной зоне переезда не было. В противном случае, если есть остаточные

изменения в кадрах, результирующим будет массив, отображающий меру изменения изображения. Причем, скорость перемещения объекта (автомобиля) в зоне переезда тем больше, чем больше ширина остаточного изменения между соседними кадрами изображения и наоборот (рисунок 4).

а) 1 б) р

Остаточные изменения / в кадре изображения

в) р г) ч / ч

Рисунок 4 -Предполагаемые изменения в кадрах, получаемых от

переездных видеокамер:

а) некоторый и-ный кадр изображения;

б) «и + 1» кадр изображения;

в) наложение и-ного кадра изображения на кадр «и+1»;

г) результат наложения кадров «и» и «и + 1» друг на друга.

Практически данная операция будет выглядеть следующим образом (рисунок 5):

Рисунок 5 - Результат выполнения операции

На последнем кадре явно просматриваются изменения в контурах изображения движущегося автомобиля.

Следовательно, операция ХОЯ должна выполняться в реальном времени, постоянным чередованием двух шагов:

1) проверка каждого кадра изображения с нормативным, на наличие постороннего объекта в зоне переезда (посредством логической операции «ИЛИ»):

Л0 и А„Л0 и 4,Л0 и Аз,..., А0 и 4, (4)

2) проверка каждого кадра изображения на наличие перемещения постороннего объекта (посредством логической операции «исключающее ИЛИ»):

4 I Л2,Л2 I Аз,Лз I Л4,...,Лк_1 I Лк. (5)

При этом результирующая последовательность выполнения операций преобразуется к следующему виду:

л0 и л„ л0 и Л2,А IЛ2, л0 и Лз, Л21 Лз, л0 и Л4, Л31Л4,..., л0 и Лк, лк_, I Лк . (6)

Аналогичные операции производятся с видеоинформацией Х2(г), получаемой от видеокамеры ВК-2.

Таким образом, для выявления скорости перемещения посторонних объектов в огражденной зоне переезда, возможно использование метода выполнения операции ХОЯ между соседними кадрами изображения, получаемого от переездных видеокамер.

Вывод. В работе изложен подход к решению задачи выявления перемещений посторонних объектов в опасной зоне переезда, в момент приближения к нему поезда. Сделан вывод о возможности использования метода выполнения операции «исключающее ИЛИ» между соседними кадрами изображения, получаемого от переездных видеокамер, для определения, как наличия перемещений, так и скорости перемещений данных объектов в огражденной зоне переезда.

В дальнейших исследованиях процесса видеоконтроля опасной зоны железнодорожных переездов предлагается рассмотреть:

- основные ситуации, возникающие в огражденной зоне переезда, для определения степени их опасности движению приближающихся поездов;

- особенности видеообнаружения посторонних объектов в зоне переезда с помощью детекторов активности в кадре изображения;

- особенности функционирования переездных видеосистем на охраняемых и неохраняемых переездах в графике движения поездов.

Список литературы

1. Бойник А.Б., Германенко О. А. Видеоконтроль опасной зоны железнодорожных переездов // Iнформацiйно-керуючi системи на залiзничному транспорт^ 2001. - № 4. - с.24-27.

2. Обеспечение безопасности движения на переездах железных дорог мира. // Автоматика телемеханика и связь, 1997. - № 11- с.30-31.

3. Телевизионные системы контроля на Государственных железных дорогах ФРГ. // Железные дороги мир, 1985. - № 3 - с.28-36.

4. Грязин Г.Н. Системы прикладного телевидения: Учебное пособие для вузов. -СПб.: Политехника, 2000. - 277с.: ил.

УДК 681.5.033:656.2

В.М. Бутенко, к.т.н., (УкрДАЗТ) С.Г. Чуб, к.т.н., (ДП„Орган з сертифжаци АСУ УППЗТ")

ОСОБЛИВОСТ1 ОЦ1НЮВАННЯ СИСТЕМ ЗАЛ1ЗНИЧНО1

АВТОМАТИКИ

1нтенсивний розвиток вггчизняних засоб1в { систем зашзнично! автоматики (СЗА), який зараз вщбуваеться, обумовлений прийнятою „Концепщею та програмою реструктуризування на заизничному транспорт! Украши" [1]. Вщомо [2], що сучасш СЗА мютять пов'язану м1ж собою комп'ютерну, мжропроцесорну, мережеву апаратуру тощо. Вони мають ознаки великих систем, у яких об'екти керування певним чином штегроваш з вщповщними керуючими системами. Пщ час проектування таких СЗА, а також при 1хньому анашзуванш, наприклад, шд час сертифжування, виникають певш системотехшчш проблеми. Щ проблеми багато у чому пов'язаш з оцшюванням в1дпов1дност1 та довершеност1 як