TFDS-3型系統常見故障分析與解決方案設計

魏 勇

(成都鐵路局 成都北車輛段， 四川成都 610512)

TFDS-3型系統常見故障分析與解決方案設計

魏 勇

(成都鐵路局 成都北車輛段， 四川成都 610512)

隨著鐵路的不斷發展，TFDS-3型系統被越來越多地運用于車輛運用檢修中，特別是列檢人機分工、純機檢作業的興起，逐步改變現有車輛運用檢修模式，精簡了作業人員，改善了作業環境。減少TFDS-3型設備故障停時，總結歸納經驗，以求在最短時間內查出故障點，采取相應的措施解決。

TFDS-3， 故障原因

貨車故障軌邊圖像檢測系統(以下簡稱TFDS)是通過對運行貨車進行動態圖像檢測，以人機結合的方式，及時發現車輛關鍵部位故障，保障鐵路運輸安全的重要設施。TFDS-3型屬于TFDS最新型號，是集高速線陣掃描數字圖像采集技術、高亮度半導體激光光源技術、圖像分隔技術、大容量圖像數據實時處理技術和精確定位技術、自動控制技術于一體的智能系統。該系統提高了抗陽光干擾的效果，提升了發現列車故障的幾率，加之其光源不可見特性，對行車司機無任何影響，保障了行車安全。

1 TFDS-3型常見故障類型及分析

TFDS-3型常見故障按故障現象分為以下4類：

(1) 曝光、光分布不均故障

(2) 圖片重影、重復故障

(3) 相機穩定性故障

(4) 顯示延時故障

1.1 曝光、光分布不均故障

(1)互鉤差受陽光干擾問題。故障如圖1所示。其原因為互鉤差位置相機成像時易受陽光直射，若相機鏡頭光圈調整過大或曝光時間過長，易造成拍攝時曝光過強，導致陽光干擾圖片成像明顯；而轉向架位置和側部由于車體遮擋了大部分的太陽光線，故受陽光干擾較輕。

圖1 互鉤差受陽光干擾

(2) 沉箱相機光分布不均問題。故障如圖2所示。

該問題集中發生在制動梁、搖枕工位。由于光源透過光學鏡頭所形成的直線光束的能量是分布均勻的，導致圖片亮暗不均的原因在于相機與光源的遠近重合度有差異，即相機的有效像素沒有完全與光源能量最強、最集中的部位重合，相機拍攝區域與光源重合度示意圖如圖3所示。

圖2 沉箱相機光分布不均

圖3 相機拍攝區域與光源重合度示意圖

1.2 圖片重影、重復故障

(1)沉箱拍攝圖片重影問題。故障如圖4所示。該問題集中發生在中間工位。由于沉箱內中間相機與兩側相機的位置調整不合理，導致相機間光源照射到中間部零件而形成零件所映射的影子，沉箱底部各相機均將該影子成像到圖片中顯示出來。

圖5為正確相機位置分布圖，其中的3條橫線分別為各相機光源發射的紅外補償光源，可以清晰的看到這樣的擺放方式完全避開了光源之間的干擾。

圖4 沉箱拍攝圖片重影

圖5 正確相機位置分布圖

圖6分別為兩種錯誤相機位置分布圖，第1種由于有光源之間的交叉干擾，左側相機將中間相機光源打亮位置的陰影圖像拍攝到相機中；第2種由于紅外線性光源之間距離非常近，甚至有重疊部位，同樣在相機拍攝圖片時將造成相機間光源所打亮的陰影圖像拍攝到相機中造成圖片成像重疊。

圖6 兩種錯誤相機位置分布圖

(2) 沉箱拍攝圖片重復問題。故障如圖7所示。由于沉箱底部3個相機同時采集圖像，在相機視角的范圍內有重復拍攝的部位，所以反映在圖像上有重復搭接位置，示意圖如圖8所示。

1.3 相機穩定性故障

(1) 相機光圈和焦距參數調整好后易發生變化問題。該問題出現在設備運行一段時間后，相機調整參數自動變化，造成圖片質量變差。分析其主要原因有兩點：一是相機光圈與焦距在調整到合適位置后，沒有及時的將其鎖死(在光圈和焦距的調整位置有鎖定的頂絲)；二是在相機長期的使用過程中，由于貨車經過時產生的振動，致使其光圈和焦距的位置有所偏離。

圖7 沉箱拍攝圖片重復

圖8 圖像重復搭接示意圖

(2) 相機網線RJ-45接頭松動，斷網重連后竄、丟圖問題。該問題集中在過車中，某相機前部分車輛有圖，后部分沒圖。經實際維修檢測，發現因過車振動造成相機網線RJ-45接頭松動，致使竄、丟圖。其原因在于圖像采集程序實時檢測相機，一旦識別不到相機的IP，將立即導致圖像采集程序無法響應，即便網絡重連后圖像采集程序也無法自動重連相機，造成采集程序一直處于宕機丟圖狀態。

1.4 顯示延時故障

(1) 看圖長時緩沖問題。該問題主要出現在對圖片放大、翻頁及標注故障時，往往緩沖時間每幅圖長達3～5 s。經對比，發現TFDS-3型拍攝相同部位的單幅圖片占用硬盤空間較TFDS-2型大1～2倍，TFDS 3.0瀏覽平臺系統調閱圖片時，將大量增加其圖片拼接、定位負載(讀、寫)的壓力，造成長時緩沖。同時，TFDS-3型看車部位也由TFDS-2型的9個部位增至14個部位，(新增中間部側部1、中間部側部2、車體側面1、車體側面2、車體側面3、車體側面其他)，按每部位最低3 s的時間標準作業，每輛車將增加15 s。

(2) 竄圖、錯圖問題。在實際運用中經常發現TFDS 3.0瀏覽平臺系統調閱圖片發現圖片“張冠李戴”或拼接錯誤等情況，經排查，發現其主要原因與TFDS構建的網絡有直接關系。由于TFDS采集機、控制機、服務器等設備間均通過網絡進行連接，大量圖像及數據利用數字網絡通道進行實時采集、控制、傳輸等，若TFDS內部局域網外的病毒、廣播包等占用帶寬數據進入TFDS內部局域網，將造成內部網絡帶寬被大量占用或影響，導致圖片數據無法上傳、圖像失真、拼接錯誤等現象，如圖9所示。

圖9 占用帶寬數據進入TFDS內部局域網

從圖9中可以看出，1 min內采集機接收2 666個數據包，其中2 625個廣播數據包、41個非廣播數據包。而采集機本身發送僅37個廣播包、2個非廣播包。按照每套TFDS系統有3臺采集機、1臺控制機、2臺服務器。可推理計算出，3號采集機接收的廣播數據包應不超過700個廣播數據包，但其卻接收到2 625個廣播數據包，應收到的數量僅26.7%(700÷2 625×100=26.7%)，其他的73.3%全是外部數據通信網絡發送來的廣播數據包，可想而知，物理網絡鏈路上大量充斥外部無效數據包影響TFDS內部局域網絡傳輸帶寬。

2 TFDS-3型常見故障解決方案

2.1 曝光、光分布不均故障解決方案

2.1.1 調試要點。解決該問題應將核心放在調試相機上，其要點如下。

(1) 光圈調整。調整相機鏡頭光圈，并適當的降低相機的曝光時間，如果導致拍攝圖片整體變暗，則需要重新調試相機與光源的配合度，在合適的光圈與曝光時間內達到拍攝的最佳效果。

(2) 位置調整。重新調試相機與光源的重合位置，保證相機的整個像素線寬度都集中在光源能量比較集中的位置，即相機的像素線與光源能量最集中的位置重合。

(3) 遠近清晰度：調整適合的焦距，使其遠處與近處的清晰度一致。

2.1.2 調試步驟

(1) 組合固定。將帶有濾光片的相機與鏡頭安裝擰緊，并同時將帶有棱鏡的光學鏡頭與相機一起安裝在固定的L鐵架上；

(2) 調整曝光。打開相機軟件，在由目標參照物(運動中的物體，如：滾輪)的前提下，可根據運動物的速度調整軟件曝光時間及拍攝速度，并打開光源；若無動態參照物，可再選取靜態參照物。

(3) 微調鏡頭。旋轉棱鏡鏡頭，保證光源透過棱鏡所形成的光束在運動物體的正中位置；在調試相機的軟件中觀看棱鏡鏡頭的相對位置要與相機的拍攝位置重合(重合前在軟件中是黑色的，重合后可以清晰的看到目標物體)，此過程需要微調整。

(4) 調整光圈。考慮到側部相機陽光干擾問題，應適當的保證圖片質量的前提下，減小光圈，在調整過程中應根據實際的不同情況，擰緊或松開各固定螺絲，使其在微妙的形變中達到相機與光源的最佳吻合度。

(5) 調整焦距。可以根據實際轉向架、側部、互鉤差位置與相機的距離調整焦距，以達到遠處與近處的清晰度保持一致。

2.2 圖片重影、重復故障解決方案

2.2.1 重影調整方法

(1) 調整底部沒有拍到影子的相機位置，保證底部3個相機之間沒有任何的光源交叉。

(2) 如果調整底部相機位置后仍有重影現象，并且沒有絲毫的變化，可以適當調整側面相機的位置。

(3) 再重復以上步驟，直至達到最佳效果。

2.2.2 重復調整方法。在底部圖像正常拍攝且保證圖像沒有任何盲區情況下，各相機之間必然會有重疊部位，在硬件上暫時沒有更好的解決方案。可以在軟件3.0平臺上可以將重疊的部位圖像切掉，但會破壞原圖片的正常比例，即原圖片為1 400×1 024像素，切割后的圖片會減小像素比例，不建議采用軟件方法。

2.3 相機穩定性故障解決方案

(1) 鎖定相機。在調整相機光圈與焦距到適合的位置后，應及時鎖定，并確認鎖定后的光圈與焦距是否與之前一致；

(2) 振動試驗(該項適用于出廠設置，現場無法解決)。考慮到鐵路設備的特殊性，相機在出廠之前要做適當的振動試驗，保證在持續時間的震動過程后，檢驗相機是否與之前的拍攝效果相同。在提供現場時應封裝集成。

(3) 網口綁扎。在確認TFDS工作正常后，應將相機與網線RJ-45接頭綁扎固定，減少振動影響，清理規整沉箱內線纜，防止出現打結，緊繃等現象。

(4) 重啟程序。由于目前廠家還沒有更好的自動重連相機方法，故當相機連接中斷后，應及時重啟圖像采集程序，等找到連接此計算機的所有相機后，方可正常使用。

2.4 顯示延時故障解決方案

2.4.1 解決長時緩沖。通過調整和優化采集程序參數，將位深度由24位調整為8位，降低圖片文件大小。

2.4.2 降低竄圖、錯圖。采用網路物理隔離措施，增加服務器網卡和48口交換機，改變TFDS組網環境，如圖10所示。TFDS服務器不在同一網卡設置使用雙IP(內、外網絡IP)，而采用新增網卡接入數據通信網絡，原雙機熱備IP網卡接入內部局域網，使內、外網絡物理隔離，從而達到“凈化TFDS內部局域網絡，避免對采集機傳控制機圖片數據的影響”的目的。

圖10 TFDS網路物理隔離示意圖

3 結束語

隨著TFDS系統在車輛運用檢修中應用越來越廣泛，當TFDS設備發生故障后，如何迅速定位故障，采取何種處置方法，將成為設備維護的重中之重。雖然TFDS故障的表現形式多種多樣，但萬變不離其中，只要正確弄清故障現象，選擇合適的信號流程切入點進行排查，就能準確地找出原因，并采取相應的措施縮短故障停時，保證行車安全可控。

TFDS-3 System Common Fault Analysis and Solution Design

WEIYong

(Chengdu North Car Depot, Chengdu Railway Bureau, Chengdu 610512 Sichuan, China)

With the continuous development of railway, TFDS-3 type system has been increasingly applied to the vehicle use maintenance, especially the column man-machine division of labor, the rise of pure machine operation, gradually change the existing vehicle maintenance mode, to streamline the homework personnel, improve the working environment. How to reduce the TFDS-3 type equipment malfunction stopped, sums up experience, in order to find out the fault point, inside the shortest time is take corresponding measures to solve the long-term problem in us.

TFDS-3; the cause of the problem solution

1008-7842 (2015) 06-0123-04

男，工程師(

2015-05-14)

U272

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.32