vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2023_2_20vrgup-26Research ArticleПОДВИЖНОЙ СОСТАВ, БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ И ЭКОЛОГИЯROLLING STOCK, TRAFFIC SAFETY AND ENVIRONMENTКалибровка датчиков системы технического зрения тягового подвижного составаCalibration of the vision system sensors of the traction rolling stockОхотниковА. Л.OkhotnikovA. L.

Охотников Андрей Леонидович - заместитель начальника Департамента информационных технологий – начальник отдела стратегического развития

Okhotnikov Andrey Leonidovich - Deputy Head of the Information Technology Department – Head of the Strategic Development Department

a.ohotnikov@vniias.ruКостюковА. В.KostyukovA. V.

Костюков Александр Владимирович - кафедра «Теоретические основы электротехники», кандидат технических наук, доцент

Kostyukov Alexander Vladimirovich - Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Chair «Theoretical Foundations of Electrical Engineering»

kav@rgups.ruАО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС»)Research and Design Institute for Information Technology, Signalling and Telecommunications on Railway Transport (JSC “NIIAS”)Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)202330062023022029Copyright © Охотников А.Л., Костюков А.В., 20232023Охотников А.Л., Костюков А.В.Okhotnikov A.L., Kostyukov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/26

Рассматривается алгоритм автоматической калибровки датчиков системы технического зрения, который применяется для всех видов сенсоров с различными физическими принципами. Система технического зрения в данном случае выступает как элемент системы автоматического управления движением поездов и служит для обнаружения препятствий на пути движения поезда. Отдельно приводятся схемы и описание калибровки для камер видимого диапазона и тепловизоров с различными фокусными расстояниями. Для лидаров приведены описание и схема расчета внешних параметров с учетом преобразования 3D-облака точек в 2D-псевдоизображения для поиска маркеров по расстоянию, координате и рефлективности с одновременной фильтрацией псевдоизображений по глубине и по рефлективности. Использование автоматической калибровки датчиков системы технического зрения при подготовке поезда в депо и при осуществлении поездки на станциях калибровки позволит повысить точность измеряемых параметров поезда, снизить время реакции на внештатные ситуации, оптимизировать энергозатраты, снизить расходы на зарплатный фонд и уменьшить влияние человеческого фактора на работу поездов, а, следовательно, повысить безопасность движения.

The paper considers an algorithm for automatic calibration of sensors of a vision system, which is used for all types of sensors with different physical principles. The vision system in this case acts as an element of the automatic train traffic control system and serves to detect obstacles in the way of the train. Separately, diagrams and descriptions of calibration are given for cameras in the visible range and thermal imagers with different focal lengths. For lidars, a description and a scheme for calculating external parameters are given, taking into account the transformation of a 3D point cloud into 2D pseudo-images to search for markers by distance, coordinate, and reflectivity with simultaneous filtering of pseudo-images by depth and reflectivity. The use of automatic calibration of vision system sensors during train preparation at the depot and when traveling at calibration stations will improve the accuracy of the measured train parameters, reduce response time to emergency situations, optimize energy costs, reduce payroll costs and reduce the impact of the human factor on train operation, and consequently improve traffic safety.

автоматическая калибровкавнешние параметры датчиковавтономный транспортсистема технического зренияобнаружение препятствийсмещениеугол поворотаautomatic calibrationexternal parameters of sensorsautonomous transportvision systemobstacle detectiondisplacementrotation angleReferencesПогрешности измерения расстояния до препятствия средствами технического зрения и прогноза пути торможения в беспилотных системах управления движением поездов / Л. А. Баранов, П. Ф. Бестемьянов, Е. П. Балакина, А. Л. Охотников // Мир транспорта. – 2021. – Т. 19, № 6(97). – С. 6–12. – DOI 10.30932/1992-3252-2021-19-6-1.Errors in measuring the distance to an obstacle by means of technical vision and braking path prediction in unmanned train traffic control systems / L. A. Baranov, P. F. Bestemyanov, E. P. Balakina, A. L. Okhotnikov // Mir Transporta (World of Transport and Transportation). – 2021. – Vol. 19, No. 6 (97). – P. 6–12. – DOI 10.30932/1992-3252-2021-19-6-1.Розенберг, Е. Н. Построение системы адаптивного планирования пропуска поездов с использованием цифровых методов обработки данных Data Science и Big data / Е. Н. Розенберг, А. В. Озеров, А. М. Ольшанский // Интеллектуальные транспортные системы : материалы Международной научно-практической конференции, Москва, 26 мая 2022 года. – Москва : Российский университет транспорта, 2022. – С. 285–289. – ISBN 978-5-00204-191-6.Rozenberg, E. N. Building an adaptive planning system for trains using digital data processing methods Data Science and Big data / E. N. Rozenberg, A. V. Ozerov, A. M. Olshansky // Intelligent transport systems : materials International Scientific and Practical Conference, Moscow, May 26, 2022. – Moscow : Russian University of Transport, 2022. – P. 285–289. – ISBN 978-5-00204-191-6.Автоматическая калибровка системы видеокамер и лидаров для автономных мобильных комплексов / Ю. Б. Блохинов, Е. Э. Андриенко, К. К. Казахмедов, Б. В. Вишняков // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 3. – С. 382–393. – DOI 10.18287/2412-6179-CO-812.Automatic calibration of multiple cameras and lidars for autonomous vehicles / Yu. B. Blokhinov, E. E. Andrienko, K. K. Kazakhmedov, B. V. Vishnyakov // Computer optics. – 2021. – Vol. 45, No. 3. – P. 382–393. – DOI 10.18287/2412-6179-CO-812.Охотников, А. Л. Транспортный объект как элемент системы автоматического управления / А. Л. Охотников // Наука и технологии железных дорог. – 2022. – Т. 6, № 3(23). – С. 45–52. – ISSN 2587-5752.Okhotnikov, A. L. Transport object as an element of the automatic control system / A. L. Okhotnikov // Science and Technology of Railways. – 2022. – Vol. 6, No. 3(23). – P. 45–52. – ISSN 2587-5752.ГОСТ Р 8.879-2014. Государственная система обеспечения единства измерений. Методики калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 ноября 2014 г. № 1701-ст. – Москва : Стандартинформ, 2015. – 6 с.GOST R 8.879-2014. State system for ensuring the uniformity of measurements. Methods of calibration of measuring instruments. General requirements for content and presentation : National Standard of the Russian Federation: official publication: approved and put into effect by Order of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology dated November 20, 2014 No. 1701-st. – Moscow : Standartinform, 2015. – 6 p.Здоровцов, А. А. Разработка и исследование алгоритма калибровки монокулярной камеры контроля скорости / А. А. Здоровцов // Прикладная математика: современные проблемы математики, информатики и моделирования : материалы III Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, Краснодар, 21–24 апреля 2021 года. – Краснодар : ФГБУ «Российское энергетическое агентство» Минэнерго России Краснодарский ЦНТИ – филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России, 2021. – С. 150–155. – ISBN 978-5-91221-511-7.Zdorovtsov, A. A. Development and study of the calibration algorithm for a monocular speed camera / A. A. Zdorovtsov // Applied Mathematics: Modern Problems of Mathematics, Informatics and Modeling : Proceedings of the III AllRussian Scientific and Practical Conference of Young Scientists, Krasnodar, 21 – April 24, 2021. – Krasnodar : FSBI “Russian Energy Agency” of the Ministry of Energy of Russia Krasnodar CNTI – branch of the FGBU “REA” of the Ministry of Energy of Russia, 2021. – P. 150–155. – ISBN 978-5-91221-511-7.Polyakov, A. R. Auto-calibration and synchronization of camera and MEMS-sensors / A. R. Polyakov, A. V. Kornilova, I. A. Kirilenko // Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. – 2018. – Vol. 30, No. 4. – P. 169–182. – DOI 10.15514/ISPRAS-2018-30(4)-11.Polyakov, A. R. Auto-calibration and synchronization of camera and MEMS-sensors / A. R. Polyakov, A. V. Kornilova, I. A. Kirilenko // Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. – 2018. – Vol. 30, No. 4. – P. 169–182. – DOI 10.15514/ISPRAS-2018-30(4)-11.Сенченко, П. В. Задача автоматической калибровки проектора и сенсора глубины / П. В. Сенченко, Д. А. Ознабихин, В. Ф. Тарасенко // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. – 2016. – № 2(35). – С. 71–77. – DOI 10.17223/19988605/35/8.Senchenko, P. V. The problem of automatic calibration of the projector and depth sensor / P. V. Senchenko, D. A. Oznabikhin, V. F. Tarasenko // Tomsk State University Journal of Control and Computer Science. – 2016. – No. 2(35). – P. 71–77. – DOI 10.17223/19988605/35/8.Курохтин, В. Ю. Определение внешних параметров калибровки камеры системы технического зрения / В. Ю. Курохтин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2017. – № 1(53). – С. 132–136. – ISSN 1813-9108.Kurokhtin, V. Yu. Determination of external calibration parameters of a vision system camera / V. Yu. Kurokhtin // Modern Technologies. System Analysis. Modeling. – 2017. – No. 1(53). – P. 132–136. – ISSN 1813-9108.Курохтин, В. Ю. Определение внешних параметров калибровки камеры системы технического зрения / В. Ю. Курохтин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2017. – № 1(53). – С. 132–136. – ISSN 1813-9108.Kurokhtin, V. Yu. Determination of external calibration parameters of the vision system camera / V. Yu. Kurokhtin // Modern technologies. System Analysis. Modeling. – 2017. – No. 1(53). – P. 132–136. – ISSN 1813-9108.Якушев, Д. А. Цифровая модель пути для беспилотного управления движением поездов / Д. А. Якушев // Автоматика, связь, информатика. – 2021. – № 4. – С. 35–39. – DOI 10.34649/AT.2021.4.4.005.Yakushev, D. A. Digital track model for unmanned train traffic control / D. A. Yakushev // Automation, Communication, Informatics. – 2021. – No. 4. – P. 35–39. – DOI 10.34649/AT.2021.4.4.005.Terzakis, G. A Consistently Fast and Globally Optimal Solution to the Perspective-n-Point Problem / G. Terzakis, M. Lourakis // In Computer Vision – ECCV 2020 : Lecture Notes in Computer Science. Vol. 12346 / A. Vedaldi, H. Bischof, T. Brox, J. M. Frahm (eds). – Springer, Cham, 2020. – DOI 10.1007/978-3-030-58452-8_28.Terzakis, G. A Consistently Fast and Globally Optimal Solution to the Perspective-n-Point Problem / G. Terzakis, M. Lourakis // In Computer Vision – ECCV 2020 : Lecture Notes in Computer Science. Vol. 12346 / A. Vedaldi, H. Bischof, T. Brox, J. M. Frahm (eds). – Springer, Cham, 2020. – DOI 10.1007/978-3030-58452-8_28.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.