列车辅助驾驶离不开对列车运行环境的实时检测，而列车运行环境图像存在丰富的小目标。与大中型目标相比，目标占原图比例小于1%的小目标由于分辨率低而存在误检率高、检测精度较差的问题，因此提出一种基于改进YOLOv3的列车运行环境目标检测算法YOLOv3-TOEI （YOLOv3-Train Operating Environment Image）。首先，利用k-means聚类算法优化anchor，从而提高网络的收敛速度；然后，在DarkNet-53中嵌入空洞卷积以增大感受野，并引入稠密卷积网络（DenseNet）获取更丰富的图像底层细节信息；最后，将原始YOLOv3的单向特征融合结构改进为双向自适应特征融合结构，从而实现深浅层特征的有效结合，并提高网络对多尺度目标（特别是小目标）的检测效果。实验结果表明，与原YOLOv3算法相比，YOLOv3-TOEI算法的平均精度均值（mAP）@0.5达到84.5%，提升了12.2%，每秒传输帧数（FPS）为83，拥有更好的列车运行环境图像小目标检测能力。
