技术领域
[0001] 本
发明属于
铁路列车运行安全技术领域，具体涉及一种机车乘务员工作状态预警提醒系统。
背景技术
[0002] 随着我国铁路的快速发展，铁路运输安全问题是现代交通永恒不变的主题，越来越被重视。机车乘务员在机车运行中起着核心作用，他直接决定了列车能否正常运行、避免事故发生等情况，因此，对机车乘务员的安全管理成了重中之重。在机车乘务员安全管理方面,针对乘务员值乘过程中安全关键项点的作业标准,制定标准化要求,依照系统科学的方法，通过分析乘务员一次出乘标准作业程序，列出安全
节点，例如，在列车运行中可能出现的机车乘务员行车精神不振、
视野偏离、盹睡，间断瞭望等重大安全隐患问题，非常有必要通过技术手段在发生上述问题的同时给予报警提示，及时纠正乘务员的驾驶状态，防控
风险于前期，保证行车安全。
[0003] 目前，各机务段都配备了机车乘务员录音笔、机车视频监控，并制定管理办法，组建了分析队伍，结合LKJ(列车运行监控装置)专人分析，以监督乘务员落实日常作业标准。但由于视频监控、录音笔装置是不间断一直记录，即乘务员开车多长时间，记录多长时间，使转储后地面音视频分析人员工作量巨大，每个机务段每天有少则几百，多则上千名乘务员在线值乘，产生海量的音视频数据，而分析员能够分析的数量和每天产生的数据量相比简直是九
牛一毛，不能做到全
覆盖分析，且是事后管理，发现问题时已经构成既成事实，甚至造成事故，无法挽回。
[0004] 目前制约人员疲劳状态实时监测技术推广应用的技术难题主要表现是：
[0005] 1、车内环境照度变化大，白天、夜间、逆光、
背光、夜间会车时灯光直照面部以及其他干扰
光源，还有司机戴墨镜以及司机姿势的变化等。在这些情况下如何实时获得准确、清晰的脸部特别是眼部图像是技术难点。
[0006] 2、
图像识别技术虽然已经在很多领域得到应用，但基本都是在事先存入了可供比较的图像。司机上车时需要事先注册，系统才能正常工作。由于司机可能并非同一个人，该方法在应用中有很大的局限性。如何在无需事先进行图像注册的情况下，就可以准确
定位面部和眼睛，实时地提取面部的各种动态参数并进行正确识别是技术难点。
[0007] 3、乘务员精神状态预警提醒装置的实时性要求使得一些相对稳定的
图像处理和识别
算法不可用，而运行速度较快的算法却达不到足够的识别率。如何在运行速度较快算法下实现稳定准确的识别是技术难点。
[0008] 因此，能够在线实时智能识别并进一步规范乘务员行车标准化操作的方法和系统是十分有必要的，尤其是能够在线实时对乘务员状态预警提醒具有防患于未然的效果。
发明内容
[0009] 本发明的目的就是克服
现有技术的上述
缺陷，提出一种乘务员状态预警提醒系统。本发明的具体技术方案如下。
[0010] 一种机车乘务员工作状态预警提醒系统，其特征在于，包括：
[0011] 1)
图像采集器，用于采集乘务员工作图像；
[0012] 2)处理机，用于处理传输图像采集器采集的图像；
[0013] 3)报警装置，根据所述处理机提供的预警信息进行报警，所述报警装置实施分级语音报警。
[0014] 进一步，所述图像采集器采用全屏蔽结构，包括CMOS(互补金属
氧化物
半导体)摄像机，旋转调节轴，采集器
外壳；所述CMOS摄像机包括镜头和低通窄带滤光片；所述旋转调节轴采用齿牙咬合结构；所述采集器外壳与
电缆屏蔽层的连接采用双
层压接结构。
[0015] 进一步，所述处理机防电防磁兼容；机箱连接处采用
铜箔镶嵌，解决机箱接缝处的
电磁屏蔽问题；所述处理机的
信号引出线设置磁芯电感，电源设置双重滤波，提高整机抗干扰能
力，所述处理机采用全金属外壳，
散热采用机壳与发热元件紧配合，整个机箱均起到散热效果。
[0016] 进一步，所述处理机包括圆
频率滤波器，神经网络算法模型，眼
虹膜识别仪，DSP(
数字信号处理)
电路和FPGA(现场可编程
门阵列)图像识别装置。
[0017] 所述报警装置的分级语音报警包括在线提醒乘务员，使之保持正确操作，不正常操作现象消除后，语音报警随即结束；同时将报警信息存储并向管理部门传输。所述分级，包括一级报警，二级报警，三级报警，驾驶姿势报警和遮挡报警；所述一级报警是指乘务员视野未持续关注运行前方10s以上，所述二级报警是指乘务员视野未持续关注运行前方15s以上，所述三级报警是指乘务员视野未持续关注运行前方20s以上，所述驾驶姿势报警是指乘务员面部超出图像采器范围持续60s以上，所述遮挡报警是指图像采集器被遮挡600s以上。
[0018] 进一步，所述图像采集器包括主动光源和辅助光源；所述主动光源包括
激光器，所述激光器是在电源驱动下产生受激发射940nm
波长激光光束作为主动光源的红外激光器；所述辅助光源设有面部PWM(脉冲宽度调制)驱动电路，所述辅助光源包括波长为850nm红外LED阵列。
[0019] 进一步，所述红外LED阵列包括多个波长为850nm的红外
LED灯，按补光需要均布在所述CMOS摄像机的镜头周围，所述红外LED灯的
亮度位置与所述CMOS摄像机镜头轴线的垂直距离为4～6厘米。
[0020] 进一步，所述低通窄带滤光片是具有光学
薄膜的膜系结构红外940nm窄带低通滤光片，用于过滤包括阳光、日光灯和
白炽灯的环境光中940nm之外的全部光线；所述低通窄带滤光片中心波段为940nm，
通带通过率为70％，带宽±20nm，通带定位
精度±5nm。
[0021] 进一步，所述机车带有GPS定位器，可实时定位机车位置。
[0022] 本发明的有益效果：本发明提供一种全新的解决机车乘务员行车精神和瞭望状态的独特检测系统，达到实际应用的
水平。本发明基于技术成熟的高速DSP(数字
信号处理)嵌入式处理系统，采用先进的视频图像处理技术，在列车运行中，全程实时监测机车乘务员的工作状态，为乘务员工作过程的监督及疲劳状态的
预防提供新的技术手段，同时能够存储一定时间段的视频数据，具有司机疲劳状态图像的事故追忆功能。本发明使用GPS(卫星定位系统)定位技术和4G无线传输技术，实现机车实时定位，并能实时传输乘务员值乘状态视频、远程传输报警数据，使管理者可实时掌控乘务员值乘动态，通过
大数据的积累和智能分析，为有效管理提供依据。
具体实施方式
[0023] 下面对本发明进一步详细说明。
[0024] 本发明公开了一种机车乘务员工作状态预警提醒系统，机车运行时，当乘务员出现不正常操作现象时，报警装置自动实施分级语音报警，在线提醒乘务员，使之保持正确操作，不正常操作现象消除后，语音报警随即结束；所述不正常操作包括视野偏离，精神不振和间断瞭望。
[0025] 在机车运行速度不为0km/h或启动演示模式的情况下，所述机车乘务员工作状态预警提醒系统开始运行，所述系统包括：
[0026] 1)图像采集器，用于采集乘务员工作图像；
[0027] 2)处理机，用于处理传输图像采集器采集的图像；
[0028] 3)报警装置，根据所述处理机提供的预警信息进行报警，所述报警装置实施分级语音报警。
[0029] 所述图像采集器采用全屏蔽结构；包括CMOS摄像机，旋转调节轴，采集器外壳；所述CMOS摄像机包括镜头和低通窄带滤光片；所述旋转调节轴采用齿牙咬合结构；所述采集器外壳与电缆屏蔽层的连接采用双层压接结构。
[0030] 所述处理机防电防磁兼容；机箱连接处采用铜箔镶嵌，解决机箱接缝处的电磁屏蔽问题；所述处理机的信号引出线设置磁芯电感；所述处理机的电源为双重滤波电源，提高整机抗干扰能力；所述处理机采用全金属外壳，结构坚固简单；自动运行，基本免维护；体积小、重量轻，安装和使用方便。所述处理机散热采用机壳与发热元件紧配合，整个机箱均起到散热效果。
[0031] 所述处理机包括圆频率滤波器，神经网络算法模型，眼虹膜识别仪，DSP电路和FPGA图像识别装置。
[0032] 所述分级语音报警设置为一级报警，二级报警，三级报警，驾驶姿势报警和遮挡报警，不正常操作现象消除后，语音报警随即结束；所述一级报警是指乘务员视野未持续关注运行前方10s以上，所述二级报警是指乘务员视野未持续关注运行前方15s以上，所述三级报警是指乘务员视野未持续关注运行前方20s以上，所述驾驶姿势报警是指乘务员面部超出图像采器范围持续60s以上，所述遮挡报警是指图像采集器被遮挡600s以上。
[0033] 所述图像采集器包括主动光源和辅助光源；所述主动光源包括激光器，所述激光器是在电源驱动下产生受激发射940nm波长激光光束作为主动光源的红外激光器，减弱外界光的干扰，全天候获得亮度稳定的视频图像，获得准确、清晰的脸部特征，同时获得较强的眼睛虹膜反射特征，极大简化了眼睛定位和识别过程，提高识别的准确率，误判率小于1％；所述辅助光源设有面部PWM驱动电路，所述辅助光源包括20个波长为850nm红外LED灯组成的阵列。这些LED灯按补光需要围成两圈均布在所述CMOS摄像机镜头周围，所述红外LED灯的亮度位置与所述CMOS摄像机镜头轴线的垂直距离为5厘米。
[0034] 所述处理机对于乘务员眼睛状态的判断使用三种并行判断方法，包括：虹膜特征判断、几何特征判别和神经网络判别；有效地减小了误警率；首先使用
帧间关联对眼睛进行定位，极大减少了系统运行的时间，达到了视频处理的速度。该系统利用神经网络判别算法、眼睛几何轮廓特征以及眼睛虹膜反射特征判断人眼状态，综合头部位置变化等因素分析判断机车乘务员的行车精神和瞭望状态并发出人性化的提示音，提醒机车乘务员保持专注瞭望。
[0035] 所述CMOS摄像机的低通窄带滤光片是具有光学薄膜的膜系结构红外940nm窄带低通滤光片，用于过滤包括阳光、日光灯和白炽灯的环境光中940nm之外的全部光线；所述低通窄带滤光片中心波段为940nm，通带通过率为70％，带宽±20nm，通带定位精度±5nm。
[0036] 所述窄带低通滤光片的光学薄膜的膜系由长波通滤光片膜和短波通滤光膜组合构成，膜料包括可获得低折射率膜层的SiO2膜料、可获得高折射率膜层的TiO2膜料和Si膜料。窄带低通滤光片用于过滤包括阳光、日光灯和白炽灯的环境光中940nm之外的全部光线，有效截止其进入图像
传感器，以显著增强抗环境光干扰的性能，减弱环境光尤其是不同时段的环境光对图像的不利影响，激光发出的高亮均匀面光源经面部反射，光线经窄带低通滤光片过滤得到较真实的面部灰度图像，且不管什么时段和不同照度的环境光条件下都是基本一致的完美图像。
[0037] 所述机车带有GPS定位器，采用wgs84
坐标系统，可实时定位机车位置，方便调度人员的工作。监控中心能随时回放近60天内的自定义时段车辆历史行程、轨迹记录；能全天侯24小时监控车辆的实时位置、行驶方向、行驶速度，以便最及时地掌握车辆的状况；可随时对车辆进行远程断油断电，
锁车功能。
