Co-60货运列车检测系统中图像与信息处理系统的设计

    摘要：Co-60货运列车检测系统是世界上首台对货运列车进行在线检测的大型系统，它的图像与信息处理系统具有检测速度快、数据量大、要管理的信息复杂等特点。介绍了Co-60货运列车检测系统的系统布局、检测流程以及在该系统中采用的关键技术。

    关键词：Co-60货运列车检测系统 系统布局 检测流程

Co-60货运列车检测系统是世界上首台对货运列车进行在线检测的大型系统。检测时，列车以小于10公里/小时的速度通过检测通道，当机车通过检测通道时，检测系统自动启动，对机车后的货车车厢进行扫描，获取车厢的扫描图像，海关工作人员对照货申报单据检查扫描图像与货主申报的是否相符，并根据检查结果进行相应处理。

与通常的集装箱检测系统[1]相比，Co-60货运列车检测系统的图像与信息管理系统具有检测度快、数据量大和要管理的信息关系复杂等特点。Co-60货运列车检测系统获得一列由50节车厢组成的列车的扫描图像仅需4～5分钟，这仅相当于普通集装箱检测系统获取一个集装箱或一辆货车扫描图像所需的时间；一列列车扫描图像的数据量相当于60～70个40英尺标准集装箱扫描图像的数据量；集装箱信息只需按集装箱管理，而列车车厢信息既要按列车管理，又要分车厢管理。Co-60货运列车检测系统的这些特点对其图像和信息处理提出了很高的要求。结合海关特殊情况，我们为Co-60货运列车检测系统设计了合理的系统布局和检测流程，并采用了一些关键技术，实现了上述性能。

1 系统布局

为了满足检测需要，Co-60货运列车在线检测系统设计了四个功能中心：图像采集中心、图检中心、查验中心和数据中心，它们分别实现系统的一部分功能，具体如下。

图像采集中心：进行列车车厢图像的采集和实时显示；并将车厢图像和列车车厢号进行关联。

图检中心：对照申报信息进行图像检查，给出检查结果。

查验中心：查询图检中心的检查结果，对可疑车厢进行手工查验，并给出查验结果。

数据中心：进行扫描图像和检查信息的存储；并进行信息查询和统计。

在一般的铁路口岸，铁路报关楼是货主向海关申报的场所，铁路换装厂是海关对货物进行开箱查验的场所，它们的国门以海关办公楼分别位于不同的地点。根据上述四个地址的特点和四个功能中心的职能，我们将图像采集中心、图检中心、查验中心和数据中心分别设在国门、铁路报关楼、铁路换装厂和海关报关楼；四个功能中心分别建立自己的局域网，各局域网之间以光缆相互联接，组成个虚拟局域网。

2 检测流程设计

为了实现Co-60货运列车在线检测系统的预定功能，并结合设计和技术条件，设计了如下检查流程：

（1）当列车通过检测通道时，采集中心采集列车图像，自动进行车厢图像分割，同时车厢号录制系统自动将车厢号录制下来。

（2）采集中心工作人员回放列车通过检测通道时的录像，并按顺序输入车厢号序列，使车厢号和车厢扫描图像一一对应。

（3）采集中心将图像和车厢号信息保存到数据中心。

（4）图检中心在货主报关后进行图像检查，确定查验重点，具体程序为：

①检查员在海关电子报关系统的信息查询终端上查询货主的报关信息，并从报关信息中检索出车厢号；

②检查员通过输入车厢号，调出该车厢的图像，对照报关信息进行检查；

③给出接受申报的检查结果，并将检查结果存储到数据中心。

（5）查验中心自动显示需复验车厢的车厢号，并显示该车厢的图像；查验员对照图像对该车厢进行手工查验，并输入手工查验结果；手工实际查验结果也存储到数据中心。

检测流程和设备布局图如图1所示。

3 关键技术环节

3.1 图像数据高速传输、实时显示与实时存储

如前所述，系统图像采集中心的功能是进行图像数据采集、实时显示和实时存储。而事实上，由于列车通过检测通道时的速度往往达到10公里/小时以上，采集中心每2ms就要采集一列图像数据；并且列车往往由50节左右的车厢组成，每节车厢的图像数据多达3M字节，因此一列列车的图像数据多达150M字节。这些数据需要采集中心在短短的3～4分钟内采集、实时显示和存储中。而且采集中心还要随时测控制系统发的采集起停、车厢分割等信号，并做出相应的处理。以上要求给采集中心的功能实现带来很大困难。

为了解决上述问题，我们设计了双工作站串行工作机制，即将采集中心分为采集控制站和采集站。采集控制站负责监控控制系统的命令，并根据控制系统的命令进行数据采集启停、自检、校零等操作，同时将采集的图像数据通过网络传送到采集站；采集站则负责接收采集控制站发送的图像数据，进行实时显示和存储。通过采集上述串行工作机制，我们成功地解决了采集中心多任务工作的难题，实现了采集中心的全部功能。

3.2 信息的动态维护

Co-60货运列车在线检测系统需要维护的信息有列车车厢号、车厢序列号、车厢对应图像文件名、采集中心操作员代码、采集时间、图检中心操作员代码、图检时间、图检结论、查验中心操作员代码、查验时间、查验结论等。这些信息是在检测流程的不同环节产生的，如列车车厢号、车厢序列号、采集时间等是在采集中心进行图像采集时产生的，图检时间、图检结论等是在图检中心进行图检操作时产生的；查验时间、查验结论等是在查验中心进行查验操作时产生的。由于这些信息分别产生于检测流程的各个不同阶段，因此需要随着检测进行动态维护和添加这些信息。我们通过采用SQL SERVER和ODBC技术[2]实现了上述信息云集维护。

3.3 列车信息管理

在Co-60货运列车在线检测系统中，每一个车厢图像对应着某时刻出入境的一节车厢，同时一节列车车厢也对应着货主向海关提交的一张报关单，因此列车的信息管理必然以列车车厢作为基本单位。但是同一列列车中的不同车厢之间也有一定的对应关系，列车信息管理也需要体现它们之间的这种关系。这些数据既属于同一列列车，又需要分车厢进行管理。为了解决这个问题，我们在数据库中增加了列车车厢流水号。它由14位阿拉伯数字组成，前8位是获取该车厢图像的年（4位）、月（2位）、日（2位），第9～11位为该日顺序排列的检测列车流水号，第11～14位为该车厢在所在列车中的流水号。因此列车车厢流水号是系统自动生成的与该车厢唯一对应的序号，可以作为数据库的主索引。列车车厢流水号前11位能唯一标识在某日出入境的一列列车，整个14位流水号则唯一标识在该日出入境的某一节车厢。通过引入列车车厢流水号，我们有效地解决了列车信息管理的难题。