视频道岔缺口检测系统介绍
基于视频监控的转辙机缺口监测系统设计
基于视频监控的转辙机缺口监测系统设计作者：杨振来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第06期【摘要】转辙机作为铁路道岔闭合与分离的动力设备，主要通过改变铁轨上道岔的闭合方向实现火车的换轨，当道岔尖轨与铁轨闭合时，能够将道岔尖端锁闭在规定的轨道上，实现两条轨道的闭合，同时也能反映道岔的位置状态。
转辙机工作时是否将铁轨闭合到位，会影响到火车运行的安全。
因此本文在计算机技术、图像识别算法、现代检测技术等多种技术的基础上研究并设计了基于视频监控的转辙机缺口监测系统。
【关键词】视频监控；道岔位置；转辙机缺口监测系统；设计引言：转辙机是改变道岔开通方向的动力设备，能使火车通过道岔从一股轨道驶入另一股不同方向的轨道，达到换轨的目的。
由于转辙机的工作环境大部分处于室外，自然环境十分恶劣，昼夜温差和天气变化都会影响转辙机中的正常工作，故需对转辙机的工作状态进行检测，保证转辙机出现故障时能及时得到维修，确保铁路安全运行。
随着我国高铁和动车技术的快速发展，高铁的运行的速度越来越快，对转辙机的安全运转提出了更高的要求。
根据铁道部运输部颁布的《铁路信号集中监测系统的安全要求》，必须安装一定的设备，通过实时监测转辙机运行状态，确保转辙机正常工作。
1、转辙机缺口监测系统的总体设计1.1系统设计的需求分析转辙机缺口监测系统通过摄像头和各类传感器实时监测转辙机的工作状态，摄像头将采集的缺口图像上传给监测主机得出缺口值的大小，从而判断铁路道岔尖端是否贴合紧密，通过电能传感器得出转辙机工作的电压与电流值，推算出电机的输出扭矩来判断扳动道岔的的阻力大小，预防道岔扳动不到位的现象发生。
转辙机是铁路系统运行过程中不可或缺的一个重要设备，丝毫的闪失都会酿成重大事故，是铁路系统安全生产管理中的重中之重，所以这套监测系统也是铁路行车安全的重要保障之一。
该系统的设计需要达到铁道部运输部相关文件的技术要求如下：（1）缺口距离测量精度0.1mm。
浅谈缺口监测系统在道岔维保中的应用
浅谈缺口监测系统在道岔维保中的应用摘要：道岔是地铁列车运行、进出车站不同轨道的关键设备。
道岔设备的稳定可靠运行，关系着列车的行车安全和行车效率。
然而道岔缺口的变化往往很难把控，由道岔缺口变化引起的道岔设备故障一直困扰着电务维护人员。
2015年，我们全面引入道岔缺口监测系统，在关键道岔上进行安装，经过一段时间的使用，该设备的加装对道岔的安全运行起到了相当良好的效果。
本文介绍了该系统的原理及软硬件组成，并列举了相关应用实例。
一、缺口监测系统简介设备原理目前国内各家缺口监测厂家所推出的产品在监测原理和手段上较为接近。
以西门子S700K型转辙机为例，系统通过安装摄像头等图像采集设备，利用灰度分析、消噪处理、特征提取、目标锁定和数量量化等图像处理技术，直接识别检测杆的缺口或在检测杆上安装位置标进行图像采集，来进行检测杆缺口位置的存储和比较，直观地反映了道岔缺口的实际状态，测量精度达0.1毫米。
通过分析缺口偏移量的变化趋势，及时养护调整，防止道岔密贴不良故障和无表示故障发生。
除了基本的缺口固态照片监测外，该系统具备动态的视频监测，用于列车经过道岔是观察缺口变化的情况，通过缺口的左右晃动幅度可分析道岔的防震性能以及整体密贴松紧程度，为工电联整道岔提供科学依据。
在基本的缺口监测功能之外，该系统还可进行较为准确的道岔动作阻力测量。
系统通过对道岔转辙机现场电机端实时的电压电流功率及功率因数参数采集，利用电机力矩和功率数学模型，计算转辙机输出力矩，并同步给出动作过程电机端各参数曲线图，实现力矩（阻力）测量的准确性和便捷性。
系统结构缺口监测系统由人机会话层、数据处理层、通信传输层和数据执行层组成。
l 人机会话层：由机柜子系统组成。
l 数据处理层：由数据处理系统组成，实现数据的传输，运算，存储，分析等功能。
l 通信传输层：由通信系统组成，实现室内外设备数据的传输交换等功能。
l 数据执行层：由缺口图像采集分机和道岔扳动信号采集分机组成，实现信号的采集功能。
转辙机缺口视频监测系统在铁路既有线的应用
转辙机缺口视频监测系统在铁路既有线的应用转辙机缺口视频监测系统在铁路既有线的应用近年来，随着铁路运输需求的不断增长，对铁路安全的要求也日益提高。
其中，转辙机作为铁路交通系统的关键设备之一，其性能与状态的稳定可靠性直接关系到列车的正常运行与乘客的安全。
然而，在铁路既有线的运营中，转辙机缺口问题常常成为铁路安全隐患的一个主要来源。
为了及时掌握转辙机缺口的情况，提升铁路运输的安全性和可靠性，转辙机缺口视频监测系统应运而生，并在铁路既有线的应用中发挥着重要作用。
转辙机缺口视频监测系统是一种利用高清摄像机、图像处理技术和数据分析算法相结合的监测设备，可以实时监测并分析转辙机缺口的状态。
通过摄像机的采集，系统可以捕捉到转辙机关键部位的图像和视频，并对其进行处理和分析。
一旦检测到转辙机缺口现象，系统会立即发出警报并将报警信息传输至相关工作人员，以实现快速反应和处理，确保铁路交通的正常运行。
转辙机缺口视频监测系统的应用具有以下几个方面的优势。
首先，转辙机缺口视频监测系统可以实现对转辙机缺口的实时监测。
传统的巡检方法主要依靠人工观察，不仅工作量大、效率低，而且存在着主观误判的风险。
而通过视频监测系统，可以实现对转辙机缺口状态的全天候监测和记录，提高了监测的准确性和可靠性。
其次，转辙机缺口视频监测系统可以提供详细的缺口数据分析。
在传统巡检模式中，往往无法全面了解转辙机缺口的具体情况，难以及时发现问题。
而监测系统所采集到的图像和视频，可以通过图像处理技术和数据分析算法进行详细分析，提取出转辙机缺口的尺寸、位置、形状等关键特征信息，为后续的维修和改进工作提供科学依据。
同时，转辙机缺口视频监测系统可以实现对转辙机缺口状态的远程监控和管理。
通过网络连接，相关工作人员可以实时查看监测系统所采集到的图像和视频，并利用远程监控软件对转辙机缺口进行实时监测和管理。
这极大地方便了监测和维修人员的工作，提高了工作效率和运维水平。
最后，转辙机缺口视频监测系统为铁路运输安全管理提供了重要的技术支持。
转辙机表示缺口视频监测系统
［ ６ ］ 郭军 ， 刘 和平 ， 刘平． 基于大 电流检测 的霍 尔传感 器应
用＿ Ｊ ］ ． 传感器 与微 系统 ， ２ ０ １ １ ，３ ０ （ ５ ） ：１ ４ ２ —１ ４ ５ ．
［ ７ ３ ＷＡ ＮＧ Ｐ ｉ ｎ ｇ ，Ｃ ＨＥ Ｎ Ｒ ｏ ｎ ｇ ． Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
பைடு நூலகம்
程 有 限公 司联 合研 制 了转辙 机表 示缺 口视 频监 测 系
统 ，２ ０ １ ５年 ３月 ｌ ６日在 郑州 铁路 局 荥 阳站 和海 棠 寺 站安 装试 用 ，２ ０ １ ６年 ５月 ２ ７日通 过 了郑 州铁 路 局 科学 技术 委 员会技 术 评审 。
１ 设 计 思 想
１ ．采 用高 分 辨 率 图像 传 感 器 ， 电力 载 波 传 输 技 术及 智 能 图像 处理 技 术 ，结合 数据 分析 、多 特征
位 等 多个参 数进 行 监测 ，既扩展 了缺 口报 警设 备 的
功 能 ，又实 时 全面监 测 转辙 机工 作状 态参 数 ，及 时
参
考
文
献
路通信信号工程技术 （ Ｒ Ｓ Ｃ Ｅ ） ，２ ０ １ ３ ， １ ０ （ ５ ） ：９ Ｏ 一９ ３ ．
［ １ ］ 何涛 ， 范 多旺 ， 魏宗 寿． 计 算机 联锁全 电子 三相交 流转 辙机控制模块 ＿ Ｊ ］ ． 铁 道学报 ， ２ ０ １ １ ，３ ３ （ ４ ） ：８ Ｏ 一８ ３ ． ［ ２ ］ 刘涛． 相交 流电动 转辙 机 ５线制 道岔 电路模 拟试 验
ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ａ ｔ ａ ｎ ｙ ｔ ｉ ｍｅ ．
转辙机缺口视频监测报警系统浅析
转辙机缺口视频监测报警系统浅析摘要：转辙机缺口监测报警系统是保证行车安全，加强信号设备管理，监测铁路信号转辙机设备运用质量的重要行车设备。
缺口视频监测报警系统采用先进的红外摄像头代替传感器对缺口状态信息进行实时状态、历史图像或视频清楚、直观的监测，为现场电务人员维修提供可靠的依据。
该系统为电务维护部门服务的系统设备，降低设备故障发生率，为确保铁路行车安全，提高运输效率具有重要意义。
关键词：转辙机；缺口；视频监测；Switch machinegapvideomonitoring alarm systemanalysisChen changshou(Xinjiang RailwaySurvey and Design InstituteCo. Ltd., XinjiangUrumqi 830011) Abstract:Switch machinegap monitoringalarmsystem is to ensure traffic safety, Strengthen the management ofsignal equipment, Monitoring of railwaysignalswitch machineequipmentusingquality the importanttraffic equipment. The systemuses the infrared cameraadvancedinstead ofsensors to monitorreal-time status,historicalimage or videoclear,intuitiveto the gapstate informationgapvideomonitoring alarm, Provides the reliable basis for thefieldof telecommunication personnelrepair. Thesystem ofequipmentmaintenanceservices,reduce the equipmentfailure rate,to ensure thesafety of train operation,it has an important significance to improvethe transportation efficiency.Key words：Switch machine; Gap; Videomonitoring;0引言随着铁路现代化建设的迅速发展，列车运行速度不断提高，运行密度也在逐步加大；因此，对道岔设备质量提出了更高的要求。
视频道岔缺口检测系统介绍
五、系统组成
❖ ● 集中器与视频采集模块的通讯方式 ❖ 利用现场的备用线缆做为通讯载体，采用CAN通讯协议，进行图像、视频、温湿度
等数据传输，根据站内主机的轮询命令，定时的传输缺口图像，支持点对点的实时 视频数据传输。 ❖ ● 站内通信交换机 ❖ 通过ADSL方式与室外信号集中器通信，并将各终端模块信息转发给站内主机。 ❖ ● 站内电源箱 ❖ 为室外信号集中器提供隔离电源。 ❖ ● 手持终端 ❖ 为现场调试时提供摄像头实时图像；
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七、系统安装
室内设备安装：通信交换机及电源箱安装.
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室内设备安装：主机安装
七、系统安装
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七、系统模块安装
室外设备：S700K缺口视频检测分机安装在转辙机内部分线盒下方的空隙处
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七、系统模块安装
❖ 室外部走线一致整齐.
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七、系统模块安装
❖ 本系统定时拍摄转辙机内部缺口图像，通过图像识别来监测道岔表示缺口变化情况； 监测转辙机的工作环境，以及对承受大振动力的道岔振动加速度进行现场实时采集以做 到多项参数全过程动态实时监测，较全面地掌控道岔实际运用状态，提前预警参数变化 趋势及异常。
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二、系统结构
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二、系统结构
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三、系统技术特点
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五、系统组成
❖ ● 缺口视频监测分机 ❖ 负责实时采集道岔缺口的图像，并进行图像压缩等处理，通过CAN总线方式发送到
集中器；同时对转辙机内部的温湿度等参数进行测量； ❖ ● 信号集中器 ❖ 负责实时收集视频采集模块的各种数据，将CAN通信转为网络通信，再将网络通信
转为ADSL通信；同时通过ADSL通讯方式发送到站内通信交换机；并为各视频采集 模块提供DC24V电源；根据站场布线安装在车站的上下行的咽喉处或道岔7方向盒 旁边；信号集中器分两种型号，一种为不加装CANHub，适用于只有一路CAN分支 ，另一种为加装CANHub，适用于有三路CAN分支。 ❖ ● 站内主机 ❖ 负责记录各道岔的图像、温湿度等实时数据，统计分析，同时保存日/月/年记录， 并通过分析实时报警。
提速道岔缺口集中远程监测系统
提 速 道 岔 缺 口 集 中 远 程 监 测 系 统邬介炎 3随着铁路的全面提速 , 各条主要干线上已大量采用提速道岔 。
但由于该设备固有的特点和外界及 气候的干扰 , 故障较多 , 尤其缺口变化未能及时发 现处理而导致的故障占了相当的比例 。
因此 , 对道 岔表示缺口进行集中 、远程 、实时监测 , 就显得非 常迫切 。
一方面可提高检修作业的效率 , 在值班室 内即可全天候查看各道岔的表示缺口状态 , 而不必 到现场逐组要点检查 ; 另一方面可确保设备正常使 用 , 一旦发现缺口超标 , 可立即组织人员检查处 理 , 将故障消灭在萌芽状态 。
同时 , 检修人员可随 时掌握道岔设备的状态 , 为设备实行状态修创造较 好的条件 。
杭州电务段于 2002 年底提出了 “提速 道岔缺口集中远程监测”的研制项目 , 并于 2004 年通过了分局科委的技术验收 。
图 2 室内部分结构图电路结构及组成该系统主要由设置在工区值班室的主机和现场的采集控制器组成 。
现场部分结构框图参见图 1 , 主要由设在各 S700 K 道岔内的图像采集传感器 、 采集控制机 、无线影音发射机和定向天线组成 , 各 采集点与采集控制机之间采用视频电缆连接 , 对于 离采集控制机较远的采集点采用无线传输 。
室内主机部分则由无线影音接收机 、控制机 、 多媒体计算机组成 。
如图 2 所示 。
2 系统要求11 将现场各 S700 K 道岔的缺口状态 , 按一定顺序显示在工区值班室的多媒体计算机显示屏上 。
检修人员只要通过该显示屏 , 就能直观地看到各道 岔的缺口状态是否符合标准 。
21 系统具有实时录像功能及自动录像存储功能 , 检修人员可根据需要对有关道岔的缺口状态进 1 系统工作原理当系统处于正常工作方式时 , 现场部分的采集控制机 , 将各 S700 K 采集点采集到的包含道岔缺 口信息的图像信号 , 按一定的次序输入到无线影音 发射机 , 经定向天线发射到室内 。
ZXV-H道岔缺口监测系统技术及方案2018
ZXV-H缺口监测设备技术说明目录1.道岔缺口监测设备系统的构成 (2)1.1.系统概述 (2)1.2.系统原理 (2)1.3.道岔缺口系统设备的组成： (3)1.4.各设备的作用： (3)1.5.各类设备视图及安装位置如图 (4)2.道岔缺口监测设备技术指标 (8)3.ZXV-H缺口视频监测系统的功能 (9)3.1.显示车站站场图、道岔缺口状态 (9)3.2.采集并显示转辙机道岔缺口实时图像 (9)3.3.存储并显示转辙机道岔缺口历史图像 (10)3.4.采集并显示实时缺口视频 (10)3.5.图像和视频对比 (11)3.6.监测并显示道岔缺口实时值 (11)3.7.显示道岔缺口日曲线和道岔扳动曲线 (12)3.8.报表统计功能（含缺口日报表、月趋势和缺口分析报告） (13)3.9.报警功能（显示实时报警和历史报警） (14)3.10.显示系统状态 (15)3.11.日志记录功能（包括系统操作日志、系统工作日志） (16)3.12.设置功能 (17)4.机房的设备平面布置图及机房特殊装修要求: (21)5.缺口视频监测系统的施工条件及配线方案 (22)6.有关技术资料阐述 (26)7.远程调阅方案 (31)1.道岔缺口监测设备系统的构成1.1.系统概述ZXV-H型转辙机表示缺口视频监测及油压油位监测系统主要包括室外的各个ZXV-H 型图像采集器、ZXV-ZH通信转换器,室内的监测软件(需要在工控机上运行)、ADSL接入设备、电源箱、机柜、防雷模块等设备共同组成。
另外根据系统的需要，还可配置电液型转辙机内的2路电机启动电流（定反位各1路）、2路或4路油压、1路油位等传感器。
以上设备各部件都与转辙机为非接触式接入，与主系统之间基于通用的TCP/IP协议通过RJ45接口接入，主系统最终通过RJ45纳入信号集中监测。
本设备的系统框图如下：图1系统框图1.2.系统原理图像采集器在监测软件控制下，采集并压缩各个表示缺口实时图像、动态视频、过车视频和油压油位数据，经过通信转换器转换成ADSL信号后，再通过干线信号电缆传输进入到机械室内的ADSL接入设备，然后通过以太网与工控机进行数据交换。
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索引
一、系统概述 二、系统结构 三、系统技术特点 四、系统主要功能 五、系统组成 六、系统性能指标 七、系统安装 八、系统软件界面介绍
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一、系统概述
随着铁路高速、高密度行车区段不断增加，为确保行车安全，对道岔运用质量与状 态稳定性要求越来越高。同时，随着高速繁忙干线电务维修“天窗” 的全面推行，使得 对道岔运用状态进行有效、实时监测尤显迫切；列车高速通过时，道岔（尤其尖轨）承 受极大的低频大振幅和高频小振幅振动力，如不能有效减振，转辙机和道岔均将受害， 其运用状态将迅速恶化。目前，国内大部分转辙机缺口的监测设备均为机械触点式或光 电探测式设备，由于现场环境复杂，常出现误报，影响了设备的正常使用。 本系统定时拍摄转辙机内部缺口图像，通过图像识别来监测道岔表示缺口变化情况 ；监测转辙机的工作环境，以及对承受大振动力的道岔振动加速度进行现场实时采集以 做到多项参数全过程动态实时监测，较全面地掌控道岔实际运用状态，提前预警参数变 化趋势及异常。
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六、系统性能指标
1) 视频缺口 本系统的视频缺口监测可以到达如下性能指标： 图片分辨率：CIF（352×288）分辨率； 视频： 15帧/秒； 图像分辨率：0.03mm； 缺口监测精度：0.1mm； 录像视频时长：≤15s 传输距离：信号集中器到视频采集模块≤350m；信号集中器到室内通信交换机 ≤3.5km 系统容量：每台信号集中器（不采用CANHub方式）带视频采集模块≤30台；信号 集中器（采用CANHub方式）带视频采集模块≤90台；每台通信交换机根据需求可 以带8台或者16台信号集中器；
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五、系统组成
● 集中器与视频采集模块的通讯方式 利用现场的备用线缆做为通讯载体，采用CAN通讯协议，进行图像、视频、温湿度等 数据传输，根据站内主机的轮询命令，定时的传输缺口图像，支持点对点的实时视 频数据传输。 ● 站内通信交换机 通过ADSL方式与室外信号集中器通信，并将各终端模块信息转发给站内主机。 ● 站内电源箱 为室外信号集中器提供隔离电源。 ● 手持终端 为现场调试时提供摄像头实时图像；
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五、系统组成
● 缺口视频监测分机 负责实时采集道岔缺口的图像，并进行图像压缩等处理，通过CAN总线方式发送到集 中器；同时对转辙机内部的温湿度等参数进行测量； ● 信号集中器 负责实时收集视频采集模块的各种数据，将CAN通信转为网络通信，再将网络通信转 为ADSL通信；同时通过ADSL通讯方式发送到站内通信交换机；并为各视频采集模块 提供DC24V电源；根据站场布线安装在车站的上下行的咽喉处或道岔7方向盒旁边； 信号集中器分两种型号，一种为不加装CANHub，适用于只有一路CAN分支，另一种为 加装CANHub，适用于有三路CAN分支。 ● 站内主机 负责记录各道岔的图像、温湿度等实时数据，统计分析，同时保存日/月/年记录， 并通过分析实时报警。
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六、系统性能指标
2) 系统电气特性 室内设备工作电源：AC220V±10%； 室外设备工作温度：-40℃～70℃； 相对湿度： ≤ 95%； 视频采集模块功耗：≤5W。
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七、系统安装
室内设备安装：通信交换机及电源箱安装.
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七、系统安装
室内设备安装：主机安装
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七、系统模块安装
室外设备：S700K缺口视频检测分机安装在转辙机内部分线盒下方的空隙处
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七、系统模块安装
室外设备：S700K模块与摄像头连线，与外部通信线要跟转辙机内部走线一致整齐.
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七、系统模块安装
室外设备：S700K摄像头安装在转辙机内部出线孔的上方，利用固定出线孔的上面两个螺丝.
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八、系统软件界面介绍
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四、系统主要功能
1). 采用模式识别技术，对道岔转辙机（S700K 、ZD6）内合适位置安装红外 高清摄像设备，取得正面缺口图像自动识别测量和监测，可智能判断缺口处于 何种状态，并有超值预、报警。 2).站内主机定时对站内转辙机进行图片采集，记录缺口偏移量，并绘制缺口 偏移曲线图。 3). 转辙机扳动时录制扳动视频，并在扳动完成后拍摄扳动后的实时图片，自 动识别缺口偏移量，超值报警。 4). 当有列车经过道岔区域时，录制过车时的道岔缺口状态视频，记录并上传 ，更有效的对道岔缺口监测。 5).采用高精度传感器定时对采集转辙机内的温湿度等数据采集，并上传保存 后绘制各个参数的趋势图，达到对转辙机性能的实时监测。
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二、系统结构
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二、系统结构
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三、系统技术特点
一、单个通道占用二对双绞线对采集模块的供电及信号传输。 二、采用高清红外摄像头采集缺口位置图像，直接对原始图像进行处理和特征 参数提取、计算，从而实现对表示杆缺口偏移量或缺口大小的精确监测。 三、采用低带宽传输技术（CAN+ADSL组合）， 可进行长距离（3km）传输缺口 动态视频信息，实现实时传输8帧/秒和CIF分辨率的缺口动态视频功能。 四、对转辙机内的温湿度等对转辙机运作有影响的参数定时采集，能够更加有 效的掌握转辙机的运行状况。 五、在站机软件中实现对各个参数间关联，方便监测人员观看。 六、通信故障、摄像头故障等系统自检功能。 七、采用高清晰摄像头，并带有温度补偿功能来适应低温下的拍摄要求。
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谢谢大家！
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ