基于视频图像的站场表示信息识别方法与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于视频图像的站场表示信息识别方法。

背景技术：

铁路站场中安装有大量的信号机、道岔和轨道电路等设备，计算机联锁系统对这些设备的状态进行实时检测和采集(信号机的灯色、道岔的定反位和轨道电路的占用与出清等)，以此为基础生成站场表示信息，完成信息的对外传送和图像显示。站内设备状态会随着自身的工作或使用情况发生变化，此时可以在站场的表示信息中体现出来，通过站场表示信息可以使现场人员或外部系统了解掌握站场的使用情况。

在现有情况下，外部系统需要站场表示信息，一般需要在既有联锁系统中新增接口设备；一方面，将造成较高的建设和维护成本；另一反面，由于涉及到信息的对外传输，鉴于网络安全形式严峻，铁路上联锁系统接口审批条件严格，要求千差万别，不利于工程的实施；此外，新增的设备会占用接口资源，如ip、以太网口和串口等，不利于系统扩展。

接口设备主要包括接口服务器和防火墙。接口服务器上运行联锁系统的接口软件，对外传送联锁的站场表示信息。防火墙用于传输数据并实现内外系统的隔离，确保传输通道的安全。外部系统与防火墙连接通信，接收对方接口软件发送的数据，按双方协商约定的通信方式和接口数据格式对原始数据进行解析得到站场表示信息。但是，接口软件是由接口双方开发的专用软件，在实际施工过程中，涉及到的厂家众多，接口数据格式差异较大，给接口工作带来较大负担，也将增大研发和测试工作难度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于视频图像的站场表示信息识别方法，不需要现场设置额外的通道和接口设备，无需改动软件功能，另辟蹊径解决现场工程中遇到的问题，加快在现场工程实施的步伐。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于视频图像的站场表示信息识别方法，包括：

采集联锁站场显示终端输出的视频图像数据；

采用视频图像处理技术，对采集的视频图像数据进行实时检测分析，确定设备状态发生变化时对应的关键图像；对于关键图像中的有效区域进行定位，结合预先划定的判别区域、以及参考设备属性配置文件，自动搜寻、检测和匹配识别图形对象，并在视频图像数据上进行图形对象分割，从而将有效区域分割为若干子区域，并确定各子区域内图像对象对应的站内设备类型，以各子区域的图形对象的形状与颜色作为识别特征，再结合样本库，对各子区域的图形对象与站内设备类型进行核对，以及识别出各子区域对应的站内设备类别的状态，从而实现站场表示信息的识别。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，1)系统间没有通信接口，系统间不传输数据，没有安全问题，容易获得审批。2)不需要使用大量硬件接口设备，可以极大地减少建设投资和维护费用。3)双方均不需要开发专用的接口软件，减轻了研发和测试工作量。4)不占用系统的通信接口，节省系统的硬件接口资源。5)上述方法具有很强的通用性，有利于大规模在现场实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于视频图像的站场表示信息识别方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的视频图像的示意图；

图3为本发明实施例提供的视频图像发生变化的示意图；

图4为本发明实施例提供的视频图像中的有效区域的示意图；

图5为本发明实施例提供的视频图像分割示意图

图6为本发明实施例提供的样本库中图形示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种基于视频图像的站场表示信息识别方法，该方法以视频图像处理技术为基础，通过采集站场显示终端视频图像数据，利用图像识别技术从图像中获取站场表示信息的方法，这种方式不需要现场设置额外的通道和接口设备，无需改动软件功能，另辟蹊径解决现场工程中遇到的问题，加快在现场工程实施的步伐。该方法的原理主要为：站场显示终端提供站场信号机、道岔、轨道电路等设备的显示界面。每个设备在界面显示的画面上都有对应的图形对象。设备状态发生变化时，图形对象的形状、颜色等信息也会随之改变，并在界面上显示出来。界面上图形对象与设备是一一对应的关系，因此可以通过判断界面上显示的信息来获取设备的状态，从而实现站场表示信息的识别。

如图1所示，该方法主要步骤如下：

步骤1、采集联锁站场显示终端输出的视频图像数据。

本步骤优选实施方式如下：以站场显示终端输出的视频图像作为数据源，图2示意性的给出了一个视频图像的示例，通过硬件视频采集设备从联锁站场显示终端的视频接口中接收视频信号，对视频信号进行转换并量化成数字信号，然后压缩编码成视频图像数据。

步骤2、采用视频图像处理技术，对采集的视频图像数据进行实时检测分析，确定设备状态发生变化时对应的关键图像；对关键图像中的有效区域进行定位，结合预先划定的判别区域、以及参考设备属性配置文件，自动搜寻、检测和匹配识别图形对象，并在视频图像数据上进行图形对象分割，从而将有效区域分割为若干子区域，并确定各子区域内图像对象对应的站内设备类型，以各子区域的图形对象的形状与颜色为识别特征，再结合样本库，对各子区域的图形对象与站内设备类型进行核对，以及识别出各子区域对应的站内设备的状态，从而实现站场表示信息的识别。

本步骤主要包括如下四个部分：1)提取关键图像；2)定位有效区域；3)图形对象的分割与识别；4)子区域图形对象对应设备的核对与状态的识别；各部分优选实施方式如下：

1)提取关键图像。

由于站场中设备状态是变化的，设备状态的丢失会带来严重后果。因此，需要对采集的视频图像数据进行实时检测分析，当设备状态发生变化时视频图像数据也将发生相应的变化，通过比较当前视频图像数据与上一幅视频图像数据，来判断设备状态是否发生变化；若发生变化，则将当前视频图像数据作为关键图像，继而做后续处理。图3示意性的给出了一个轨道电路状态发生变化后的的示例。

2)定位有效区域。

图像中可能会包含很多无用信息，这些信息会降低识别的精度。因此，预先根据联锁站场显示终端输出的视频图像来设置有效区域，实际应用中，用户可以根据联锁厂家提供的站场显示图自行设置，本发明实施例中，只针对有效区域内的图像数据进行检测分析与处理，有效区域外为无效数据，不进行任何处理。

有效区域的大小设置应适当，过大会包含无效数据，增加数据处理量，过小可能会遗漏有效信息，降低识别准确性。有效区域定位是真正意义上站场状态识别过程的开始。定位效果的好坏会影响整个状态识别的精度，定位失败将直接导致站场状态信息的丢失，定位不准确将直接导致识别对象切割的失败。图4示意性的给出视频图像中的有效区域的示例。

有效区域的尺寸、形状可以由预先设置，但是有效区域在采集图上的位置需要动态进行计算，包含有效数据的图像是关键图像的子图，这块子图在关键图像中的位置可能发生变化，进行图像分割处理是按对象在整体图像中的相对坐标进行的，因此需要对有效区域进行整体的定位及纠正。

初始时刻，预先在原始图像中选取一块参考图(即有效区域)并记录其位置坐标，在程序运行时，实时计算参考图在采集图中的位置，通过判断参考图在原始图像和关键图像中位置坐标的差值，实现有效区域的定位及纠正。

3)图形对象的分割与识别。

前期手动在参考图上划定每个站内设备的判别区域时，标记该判别区域对应的设备类型并记录该判别区域的坐标位置、尺寸和联锁序号等信息，最终生成可供程序读取的参考设备属性配置文件。参考设备属性配置文件中包括：联锁站场显示终端的视频图像内图形对象与站内设备的对应关系，每个图形对象的坐标位置、尺寸、设备类型、联锁序号。

生成参考设备属性配置的流程如下：先在参考图上面人工手动划定判别区域，此时程序自动获取该区域的坐标和尺寸。人工标记该判别区域对应的设备类型和联锁序号等信息。在标记完所有参考图中的图形对象后，由程序生成参考图的设备属性配置文件。

图形对象的分割，可以利用参考设备属性配置中的各图形对象的坐标位置和尺寸信息在关键图像的有效区域上自动搜寻、检测和匹配识别图形对象，根据识别到的图形对象在图像上进行分割，将图形对象由整体分解为若干子区域，且确定各子区域内图像对象对应的站内设备类型。子区域中有用的信息主要是形状信息与颜色信息，可以将形状信息与颜色信息作为识别特征，其中颜色信息可以用于设备状态识别，形状信息可以用于站内设备类型的核对。图5示意性的给出了图形对象分割结果的示例。

4)子区域图形对象对应设备的核对与状态的识别。

系统的预先建立了样本库，其包含了站场显示终端的视频图像内图形对象颜色信息与站内设备(信号机、道岔和轨道电路等)状态信息的对应关系、以及图形对象形状与站内设备的对应关系。图6示意性给出了样本库中相关颜色信息的示例，(a)、(b)、(c)三个部分依次对应于信号机状态、道岔状态和轨道电路状态。

在之前的图形对象的分割阶段，也已经获取了各个子区域的识别特征，因此，结合识别特征，利用图像识别技术，基于机器学习及图像训练，通过样本库分别与各子区域图像进行校核比对，实现图像信息准确的识别与判断。待所有子区域图像处理完毕后，整理识别出来的设备状态信息，转换成站场表示信息。

样本库是预先采集的一些图像样本，该样本中不仅包含了设备的几何形状，还包含需要识别设备的各种状态的图像，这些图像已被明确的标记上对应设备的何种状态。

由于各类型设备在图像中的形状是不一样的，如信号机在图像中主体为圆形，道岔为两条相交的线段，区段的线段是连续的，不相交，过这些几何形状特征，在进行状态识别时，先验证子区域中的图形对象的形状特征与标记的设备类型特征是否相符，若不相符，则说明之前的流程有问题，需要人工介入进行处理。此外，还需要提前建立“各图形对象的颜色信息与设备状态信息的对应关系”。如信号机白灯/黄灯/绿灯表示“信号机开放”，信号机蓝灯/红灯表示“信号机关闭”；如区段红光带表示“区段占用”，区段灰色表示“区段空闲”；道岔岔心绿色表示“定位”，道岔岔心黄色绿色表示“反位”等等。这些关系是提前建立的，在获取到对于图像时，通过获取图像中的主色调与样本库进行比对，可以获取图像中设备对象的状态，实现设备状态的识别判断。

需要说明的，由于附图绘制的要求，图2～图6无法呈现各个图形对象的颜色信息，但是，在实际应用中，联锁站场显示终端输出的视频图像为彩色图像，相关图形对象的不同状态可以通过颜色来区分，具体的颜色区分方式，可以由本领域技术人员根据经验、或者行业内的约定、或者联锁厂家提供的信息来设定。

本发明实施例提供的上述方案，主要获得如下有益效果：

1)系统间没有通信接口，系统间不传输数据，没有安全问题，容易获得审批。

2)不需要使用大量硬件接口设备，可以极大地减少建设投资和维护费用。

3)双方均不需要开发专用的接口软件，减轻了研发和测试工作量。

4)不占用系统的通信接口，节省系统的硬件接口资源。

5)上述方法具有很强的通用性，有利于大规模在现场实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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