基于图像处理的铁路室外信号设备识别与站场图生成

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通常车站现场联锁试验需要搭建对应的站场平面图仿真软件,用来显示和控制信号机、道岔和轨道电路的状态。目前这种站场平面图仿真软件需要手动录入配置信息生成站场图显示界面和站场型拓扑结构以及手动控制轨道电路的状态实现模拟行车功能,效率较低。因此,本文研究铁路室外信号设备的识别与站场图生成方法,实现站场图显示界面、站场型拓扑结构和模拟行车数据的自动生成具有一定意义。(1)铁路室外信号设备的识别:测量站场图中信号机灯位的直径和相邻轨道电路的间距,为识别信号设备需要设置的参数提供参照数据。基于霍夫变化,对站场图中轨道电路和道岔进行检测,通过对轨道电路检测数据进行分类与筛选,确定轨道电路所在水平线的位置和宽度。对道岔检测数据进行分类与筛选,求解道岔所在斜线与其匹配的轨道电路的交点,完成道岔位置的确定;通过对站场图中道岔端点附近的像素累计值进行统计与分类,确定道岔端点的类型。根据信号机的颜色和形状特征,利用游程平滑、轮廓提取、空洞获取和空洞填充算法确定信号机区域和方向以及发车表示器区域;根据信号机的区域范围、长度和宽度,确定信号机的类型、柱型和咽喉;纵向扫描发车表示器区域得到黑白像素交替变化的最大次数,并根据此数据确定发车表示器的数量。基于连通域的名称区域定位算法,完成信号设备名称的识别与匹配。(2)站场图的生成:基于信号设备的识别结果以及计算机网络拓扑结构的搭建思想,改进传统的站场型数据结构,并构建相应的站场图生成模型;基于改进后的站场型数据结构,对信号设备进行分类与排序,依次遍历每类信号设备,建立各个信号设备之间逻辑关系,实现站场型拓扑结构的自动生成;基于自动生成的站场型拓扑结构,采用高度无往返搜索算法搜索进路,确定进路中道岔的名称和状态,并与外界提供的道岔状态进行对比,实现基本进路与变通进路的自动选择,为自动模拟行车提供数据基础;去除进路搜索结果中与构建轨道区段无关的数据,以信号机、绝缘节和道岔的端点为轨道区段的始终标志,对处理后的搜索数据进行归类,完成轨道区段的建立,通过动态控制轨道区段的状态,实现模拟行车数据的自动生成。最后,基于本文设计的信号设备识别与站场图生成方法,搭建站场平面图仿真软件,测试表明本文设计的信号设备识别方法提取站场图中信号设备的名称、类型和位置等信息需要的时间小于20秒,识别效率较高;本文设计的站场图生成方法以信号设备识别结果为输入数据,能够自动生成站场图显示界面、站场型拓扑结构和模拟行车数据,生成效率较高。
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