СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ НЕПРАВИЛЬНОЙ ЗАГРУЗКИ ЦИСТЕРН
METHOD AND DEVICE FOR TANK IMPROPER LOADING DETECTION

Предлагаемое изобретение относится к средствам контроля коммерческой сохранности грузов на железнодорожном транспорте. Более конкретно заявляемое техническое решение предназначено для дистанционного контроля заполненности цистерн наливным грузом и определения веса указанного груза на подвижном железнодорожном транспорте.
Известен способ и устройство дистанционного контроля сохранности грузов на железной дороге [1], заключающийся во внешнем осмотре подвижного состава и отличающийся тем, что при его реализации на входе в парк прибытия подвижной состав перемещают в поле зрения телекамер и производят непрерывную запись изображения состава, распознают отклонения образа наблюдаемого состава от исходного состояния путем его сравнения с эталонным образцом, полученным в парке отправления при видеозаписи подвижного состава в идентичных условиях и переданным в парк прибытия до прихода контролируемого состава.
Недостатком данного технического решения является то, что при его реализации сравниваются образы внешних поверхностей объектов подвижного состава, не несущие информации об уровне их заполненности грузом. В частности, указанное устройство не позволяет определить уровень заполненности цистерн наливным грузом, исходя из указанного уровня - вес указанного груза, и произвести сравнение вычисленного веса груза с его заявленным в сопроводительных документах значением.
Информация об уровне налива груза в цистерне может быть получена на ходу поезда по тепловому изображению боковой поверхности цистерны, полученному с использованием тепловизионных приборов наблюдения [2].
Известен способ и устройство определения массы груза, содержащегося в железнодорожной цистерне [3], заключающийся в том, что получают тепловизионное изображение боковой поверхности цистерны, идентифицируют указанное изображение путем сравнения контурного изображения цистерны с ее масштабным изображением из базы данных, на тепловизионном изображении обнаруживают уровень налива цистерны, сравнивают его с требуемым, а затем судят о наличии коммерческого брака, при этом на каждом кадре изображения выделяют часть изображения одного кадра, охватывающую объект по вертикали, суммируют уровни яркостей темных и светлых элементов (пикселов) каждой строки растра тепловизионного изображения, принадлежащей изображению объекта, изображают суммы яркостей в виде графика, у которого вертикальной координатой является вертикальная граница кадра, а горизонтальной-суммарная яркость, откладывают масштабное значение суммарной яркости на каждой горизонтальной строке, относящейся к изображению исследуемого объекта, на упомянутом графике, соединяя крайние точки, строят годограф, отмечают на нем точку перегиба и считают ее границей уровня наливного груза.
Рассмотренное устройство определения массы груза, содержащегося в железнодорожной цистерне, имеет ряд недостатков, к которым относятся:
- невозможность определения уровня налива, когда цистерна почти полностью заполнена или почти полностью пуста, так как в этом случае граница раздела сред становится трудно различимой;
- вытекающая из рассмотренного выше недостатка сложность идентификации цистерны, как полностью пустой или как полностью полной;
- низкая точность измерений при колебаниях цистерны вследствие размыва границы налива на тепловизионном изображении.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение рассмотренных недостатков, а именно, обеспечение высокой точности измерения уровня налива цистерны при любом уровне налива и, соответственно, надежная идентификация полных и пустых цистерн.
Поставленная задача решается следующим образом.
Для измерения веса наливного груза в цистернах железнодорожного подвижного состава по тепловизионному изображению цистерн предлагается тепловизионный прибор устанавить таким образом, что его оптическая ось находится под углом к диаметральной плоскости цистерны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а цистерна целиком находится в его поле зрения, произвести запись тепловизионного изображения цистерны при ее заданном положении в поле зрения тепловизионногог прибора, наблюдать изображение поверхности зеркала налива, измерить высоту расположения поверхности зеркала налива от головки рельса, для чего на тепловизионном изображении построить изображение расположенного в плоскости поверхности зеркала налива перпендикуляра к боковой границе зеркала налива на расстоянии от края боковой поверхности цистерны, равном расстоянию от вертикальной плоскости, проходящей через края боковой поверхности цистерны, до вертикальной мерной линейки, расположенной у боковой поверхности цистерны, и по точке пересечения изображения указанного перпендикуляра с изображением мерной линейки определяют уровень налива. После выполнения указанных операций идентифицируют цистерну по ее признакам, например, по бортовому номеру, определяют тип цистерны, из базы данных железной дороги или из сопроводительных документов (или натурного листа) определяют вид и вес наливного груза, с учетом типа цистерны рассчитывают уровень налива и сравнивают его с определенным выше по тепловизионному изображению (по мерной линейке). О коммерческой сохранности груза судят по степени соответствия вычисленного и заявленного веса груза.
Заявителем предложено устройство, оборудованное тепловизионным прибором с возможностью получения на мониторе изображения зеркала налива груза в цистерне. При этом дополнительно устройство содержит датчик положения цистерны в кадре тепловизионного прибора, блок записи тепловизионных изображений, коммутатор, синтезатор изображения, сумматор видеосигналов, блок регулировки, а также мерная линейка. При этом тепловизионный прибор устанавливают таким образом, что его оптическая ось находится под углом к диаметральной плоскости цистерны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а цистерна целиком находится в его поле зрения, при этом выход тепловизионного прибора непосредственно соединен с первым входом коммутатора, а через блок записи, управляющий вход которого соединен с датчиком положения цистерны - со вторым входом коммутатора, выход которого через сумматор видеосигналов соединен со входом монитора, при этом свободный вход сумматора видеосигналов соединен с выходом синтезатора, вход которого соединен с выходом блока регулировки.
Схема устройства изображена на фигуре 1.
Заявляемое устройство содержит тепловизионный прибор 1, в поле зрения которого перемещается цистерна 2. Кроме того, имеются датчик 4 положения цистерны в кадре тепловизионного прибора 1, блок записи тепловизионных изображений 5, коммутатор 6, синтезатор изображения 7, сумматор видеосигналов 8, блок регулировки 9, а также мерная линейка 10, установленная вертикально около железнодорожного пути. Тепловизионный прибор 1 установлен относительно железнодорожного пути таким образом, что его оптическая ось находится под углом к диаметральной плоскости ДП цистерны 2 в вертикальной и горизонтальной плоскостях, причем цистерна 2 целиком находится в поле зрения тепловизионного прибора 1. При этом выход тепловизионного прибора 1 непосредственно соединен с первым входом I коммутатора 6, а через блок записи 5, управляющий вход I которого соединен с датчиком положения 4 цистерны 2 - со вторым (II) входом коммутатора 6, выход которого через сумматор 8 видеосигналов (вход I сумматора видеосигналов) соединен со входом монитора 3, при этом второй (II) вход сумматора видеосигналов 8 соединен с выходом синтезатора 7, вход которого соединен с выходом блока регулировки 9.
Устройство может быть реализовано следующим образом. Тепловизионный прибор 1 может быть реализован на основе микроболометрической матрицы ULO 1011 фирмы ULIS (Франция). В качестве монитора 3 можно использовать типовой телевизионный монитор на основе электронно-лучевой трубки. Датчик положения 4 может быть выполнен на основе оптоэлектронной пары «излучатель-фотоприемник», причем элементы пары располагаются соосно по разные стороны железнодорожного пути перпендикулярно ему. Блок записи 5 можно построить на основе аналогового (видеомагнитофон) или цифрового (DVD-рекордер) устройства видеозаписи. В качестве коммутатора 6 можно использовать тумблер. Синтезатор 7, формирующий на экране монитора 3 изображение наклонной линии, может быть реализован с использованием метода формирования на телевизионном растре фигур вытеснения по методологии, описанной в книге И.Н.Гуглина «Телевизионные игровые автоматы и тренажеры». - М., «Советское радио», 1978. Сумматор видеосигналов 8 может быть построен по схеме резистивного сумматора, либо по схеме двух эммитерных повторителей, работающих на общую нагрузку. Блок регулировки 9 может быть выполнен на основе потенциометра. Мерная линейка выполняется в виде металлического профиля с хорошо различимыми делениями, проградуированными в сантиметрах, установленного вертикально вблизи железнодорожного пути за пределами железнодорожного габарита.
При реализации цели изобретения устройство работает следующим образом. Направленный на железнодорожный состав тепловизионный прибор формирует видеосигнал, соответствующий распределению температур в его поле зрения. При этом, так как оптическая ось тепловизионного прибора ориентирована по отношению к железнодорожной цистерне под углом в положении «сбоку-сверху» и развернута под углом к нормали к поверхности цистерны, на тепловом изображении отображается изображение поверхности зеркала налива груза (изображение поверхности зеркала налива заштриховано на тепловизионном изображении цистерны, формируемом на экране монитора 3 на фигуре 1).
При движении цистерны ее тепловизионное изображение перемещается по экрану монитора. Около железнодорожного пути установлен датчик положения цистерны 4, который срабатывает, когда торец цистерны (граница Г цилиндрической поверхности котла цистерны на фигуре 1) совпадает с воображаемой плоскостью Р, перпендикулярной продольной оси цистерны и неподвижной относительно железнодорожного пути. При срабатывании датчика положения 4 сигнал с него поступает на управляющий вход I блока записи 5, который активизируется и записывает тепловизионное изображение, содержащее изображение мерной линейки 10 и цистерны, соответствующее положению цистерны 2, при котором граница Г цилиндрической поверхности котла цистерны 2 совпадает с плоскостью Р.
После прохождения цистерны 2 в поле зрения тепловизионого прибора и записи ее тепловизионного изображения в блок записи 5 оператор выполняет операции по определению уровня налива перевозимого наливного груза. При этом последовательность действий оператора состоит в следующем:
- оператор переключает коммутатор 6, подключая выход блока записи 5 к входу сумматора 8, выводя на экран монитора 3 тепловизионное изображение цистерны 2 в заданном положении (при совпадении торца цистерны 2 с плоскостью Р);
- наблюдая на экране монитора 3 формируемое синтезатором 7 изображение наклонной линии NN, расположенной в горионтальной плоскости перпендикулярно продольной оси цистерны, наложенное на изображение цистерны 2, оператор при помощи блока регулировки 9 смещает это изображение по вертикали или горизонтали в положение, соответствующее ее удалению на расстояние Г от торца цистерны. При этом расстояние 1' с учетом масштаба изображения соответствует расстоянию 1 от плоскости Р до мерной линейки 10. После этого оператор по точке h' пересечения изображения мерной линейки 10 и линии NN по соответствующему делению на линейке 10 определяет высоту налива от головки рельса h.
Далее оператор выполняет финишные операции по проверке коммерческой сохранности груза в следующей последовательности:
- идентифицирует тип цистерны по бортовому номеру (различается на тепловизионном изображении) с использованием натурного листа или сопроводительных документов;
- с использованием натурного листа или сопроводительных документов определяет вид и вес наливного груза, который должен находиться в анализируемой цистерне;
- с учетом типа цистерны с использованием известных геометрических соотношений, заранее подготовленных переводных таблиц или номограмм по заявленному весу груза определяет уровень налива;
- сравнивает вычисленный уровень налива с определенным ранее по тепловизионному изображению.
Заключение о коммерческой сохранности груза делается, исходя из того, соответствует ли принятому допуску разница между вычисленным уровнем налива и уровнем налива, определенным по тепловизионному изображению.
Список использованной литературы
1 Патент РФ №2138077 «Способ дистанционного контроля сохранности грузов в железнодорожном составе и система дистанционного контроля сохранности грузов в движущемся железнодорожном составе».
2 Джемисон Дж.Э. Физика и техника инфракрасного излучения. - М., «Советское радио», 1965, с.642.
3 Заявка РФ №2004138052 «Способ и устройство обнаружения коммерческого брака нефтеналивных цистерн железнодорожного транспорта» (прототип).