接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及接觸網(wǎng)領(lǐng)域，特別是涉及接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)是電氣化鐵道的主要供電設(shè)備，電力機(jī)車通過接觸網(wǎng)取 得電能。弓網(wǎng)關(guān)系對整個(gè)電氣化鐵路運(yùn)營系統(tǒng)的正常運(yùn)作起著重要的作用。為保證接觸網(wǎng) 運(yùn)行的可靠性及弓網(wǎng)間的良好受流性能，對弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)行檢測和隨時(shí)掌握接觸網(wǎng)參數(shù)的狀 態(tài)是非常重要的工作。接觸網(wǎng)在運(yùn)營過程中承載著巨大的牽引電流，在接觸網(wǎng)線夾等部位 存在接觸網(wǎng)不良引發(fā)溫度異常、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)超限等原因，可能引發(fā)接觸網(wǎng)故障。由于接 觸網(wǎng)屬無備用設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，將中斷列車運(yùn)行，給鐵路運(yùn)輸造成巨大的損失。
[0003] 目前主要檢測方式采用如下方式：
[0004] ①人工巡視:通過鐵路天窗點(diǎn)時(shí)間，作業(yè)人員上線檢測；
[0005]②接觸網(wǎng)檢測車:采用接觸網(wǎng)檢測車定期上線對弓網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行檢測。
[0006] 上述檢測方式存在的不足為：
[0007] ①天窗點(diǎn)人工巡視:效率低，浪費(fèi)人力物力，需要天窗時(shí)間，作業(yè)時(shí)間有限，還可能 因?yàn)槿说钠跈z查導(dǎo)致漏檢；
[0008] ②接觸網(wǎng)檢測車:非運(yùn)營車輛，不能模擬真正的運(yùn)營狀態(tài);檢測設(shè)備有限，覆蓋率 低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測分析系 統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0010] -種接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測分析系統(tǒng)，至少包括第一相機(jī)、第二相機(jī)、圖像矯正 單元、受電弓識別單元、接觸線識別單元、模型數(shù)據(jù)庫、幾何參數(shù)計(jì)算單元和缺陷識別單元。
[0011] 所述第一相機(jī)和第二相機(jī)同一水平安裝在軌道交通工具頂部的兩側(cè)，分別從兩個(gè) 不同的角度采集受電弓的視頻圖像，輸出第一視角圖像和第二視角圖像。所述圖像矯正單 元根據(jù)受電弓的標(biāo)定分別對第一視角圖像和第二視角圖像進(jìn)行透視矯正，使第一視角圖像 和第二視角圖像中的受電弓呈左右對稱形式。所述模型數(shù)據(jù)庫用于存儲受電弓模型，所述 受電弓模型包括與第一視角圖像相應(yīng)的第一視角受電弓模型和與第二視角圖像相應(yīng)的第 二視角受電弓模型。所述受電弓識別單元根據(jù)第一視角受電弓模型和第二視角受電弓模 型，分別在第一視角圖像和第二視角圖像中識別出受電弓，并定位出受電弓區(qū)域。所述接觸 線識別單元用于分別在第一視角圖像和第二視角圖像中識別出疑似接觸線的直線，并將同 一尺度下的第一視角圖像的受電弓區(qū)域與第二視角圖像的受電弓區(qū)域進(jìn)行比對，查找出相 交于受電弓頂端平面的疑似接觸線的直線，并將該直線判定為接觸線。所述幾何參數(shù)計(jì)算 單元根據(jù)受電弓識別單元識別出的受電弓和接觸線識別單元識別出的接觸線，分別計(jì)算出 第一視角圖像和第二視角圖像中接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)，并根據(jù)平滑度和/或相似度特性，輸出 最優(yōu)的幾何參數(shù)。
[0012] 所述缺陷識別單元根據(jù)受電弓識別單元識別出的受電弓、接觸線識別單元識別出 的接觸線和/或幾何參數(shù)計(jì)算單元輸出的幾何參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測識別接觸網(wǎng)存在的缺陷，包括 接觸網(wǎng)缺陷、受電弓缺陷和弓網(wǎng)關(guān)系缺陷。
[0013] 所述缺陷識別單元至少包括受電弓形變?nèi)毕葑R別單元、組件脫落缺陷識別單元、 受電弓拉出超限缺陷識別單元、燃弧缺陷識別單元、高溫干擾識別單元和意外降弓缺陷識 別單元中的任一種或多種組合。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明系統(tǒng)可裝配在運(yùn)營車輛上，如運(yùn)營動(dòng)車組或機(jī)車，隨 運(yùn)營車輛運(yùn)行，可實(shí)時(shí)全天候在線檢測接觸網(wǎng)及弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行即可檢測的在線 檢測模式。本發(fā)明系統(tǒng)可以在不干擾運(yùn)營車輛的運(yùn)輸秩序的情況下，對弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)行有效 快速的在線監(jiān)測，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)所存在的異常缺陷，能夠?qū)崟r(shí)發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)關(guān)系缺陷、接觸網(wǎng) 缺陷、受電弓缺陷和其它運(yùn)行缺陷等。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測分析系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明第一相機(jī)采集的第一視角圖像處理示例圖；
[0017]圖3為本發(fā)明第二相機(jī)采集的第二視角圖像處理示例圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明中受電弓形變?nèi)毕葑R別單元的系統(tǒng)框圖；
[0019] 圖5為本發(fā)明中組件脫落缺陷識別單元的系統(tǒng)框圖；
[0020] 圖6為本發(fā)明中受電弓拉出超限缺陷識別單元的系統(tǒng)框圖；
[0021]圖7為本發(fā)明中燃弧缺陷識別單元的系統(tǒng)框圖；
[0022]圖8為本發(fā)明中高溫干擾識別單元的工作原理示意圖；
[0023]圖9為本發(fā)明中意外降弓缺陷識別單元的系統(tǒng)框圖；
[0024]圖10為本發(fā)明中支柱裝置識別單元的系統(tǒng)框圖；
[0025] 圖11為本發(fā)明中支柱裝置識別單元實(shí)施例的邊緣查找示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于 以下所述，需說明的是，本發(fā)明的技術(shù)方案以各個(gè)單元逐個(gè)說明的方式進(jìn)行詳細(xì)描述，然而 在不同的單元模塊的描述中，可能存在以相同的符號或字母來表示著不同的含義現(xiàn)象，例 如字母n，在受電弓形變?nèi)毕葑R別單元中表示受電弓區(qū)域的總列數(shù)，在組件脫落缺陷識別單 元中表示尺度的數(shù)量等等，本領(lǐng)域技術(shù)人員在理解時(shí)，可將各個(gè)單元模塊存在異議的符號 或字母，僅限定在該單元模塊中來解釋，即可克服不清楚的問題。
[0027](一)接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測分析系統(tǒng)
[0028] 如圖1所示，該實(shí)施例描述了一種本發(fā)明所提出的接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測分析 系統(tǒng)，至少包括第一相機(jī)、第二相機(jī)、圖像矯正單元、受電弓識別單元、接觸線識別單元、模 型數(shù)據(jù)庫、幾何參數(shù)計(jì)算單元和缺陷識別單元。本發(fā)明還可設(shè)置用于進(jìn)行受電弓監(jiān)測的第 三相機(jī)，輔助第一相機(jī)進(jìn)行雙視覺監(jiān)測，輸出受電弓高清圖像。
[0029] (1)所述第一相機(jī)和第二相機(jī)同一水平安裝在軌道交通工具頂部的兩側(cè)，分別從 兩個(gè)不同的角度采集受電弓的視頻圖像，輸出第一視角圖像和第二視角圖像。
[0030] -般的，所述第一相機(jī)可采用紅外相機(jī)，采集的第一視角圖像為紅外圖像，如圖2 所示，所述第二相機(jī)可采用高清可見光相機(jī)，采集的第二視角圖像為可見光圖像，如圖3所 示，所述第二相機(jī)也可采用近紅外相機(jī)。近紅外相機(jī)與普通可見光相機(jī)相比有著更多更優(yōu) 的特點(diǎn)，更適用于安裝在高速軌道交通工具上，以采集接觸網(wǎng)受電弓的高清視頻圖像。
[0031] (2)所述圖像矯正單元根據(jù)受電弓的標(biāo)定分別對第一視角圖像和第二視角圖像進(jìn) 行透視矯正，使第一視角圖像和第二視角圖像中的受電弓呈左右對稱形式。通過矯正手段 可克服相機(jī)在拍攝過程中由于抖動(dòng)等原因造成圖像畸變的情況，基于該矯正后的受電弓， 可測量出更精確的幾何參數(shù)。
[0032] 一般的，對于紅外圖像和可見光圖像，均采用基于九點(diǎn)標(biāo)定板的矯正方法，通過第 一相機(jī)或第二相機(jī)對九點(diǎn)標(biāo)定板透視成像的像素坐標(biāo)和實(shí)際像素坐標(biāo)進(jìn)行量化標(biāo)定，計(jì)算 出畸變系數(shù)，在后期使用時(shí)，只需通過第一相機(jī)或第二相機(jī)拍攝受電弓成像的像素坐標(biāo)，然 后帶入該畸變系數(shù)，推算出沒有畸變的實(shí)際像素坐標(biāo)，完成畸變矯正。
[0033] (3)所述模型數(shù)據(jù)庫用于存儲受電弓模型，所述受電弓模型包括與第一視角圖像 相應(yīng)的第一視角受電弓模型和與第二視角圖像相應(yīng)的第二視角受電弓模型。進(jìn)一步的，所 述第一視角受電弓模型包括第一視角受電弓整體模型、第一視角受電弓左邊模型和第一視 角受電弓右邊模型。所述第二視角受電弓模型包括第二視角受電弓整體模型、第二視角受 電弓左邊模型和第二視角受電弓右邊模型。
[0034] 其中，受電弓左邊模型和受電弓右邊模型均在受電弓整體模型的內(nèi)部，受電弓左 邊模型為受電弓整體模型的左側(cè)部分，受電弓右邊模型為受電弓整體模型右側(cè)部分。在進(jìn) 行模型匹配時(shí)，檢查定位目標(biāo)是否與受電弓整體模型、受電弓左邊模型和受電弓右邊模型 等三個(gè)模型匹配，一般的，當(dāng)三個(gè)模型均匹配時(shí)，才判定該定位目標(biāo)為受電弓。
[0035] (4)所述受電弓識別單元根據(jù)第一視角受電弓模型和第二視角受電弓模型，分別 在第一視角圖像和第二視角圖像中識別出受電弓，并定位出受電弓區(qū)域。
[0036] (5)所述接觸線識別單元用于分別在第一視角圖像和第二視角圖像中識別出疑似 接觸線的直線，并將同一尺度下的第一視角圖像的受電弓區(qū)域與第二視角圖像的受電弓區(qū) 域進(jìn)行比對，查找出相交于受電弓頂端平面的疑似接觸線的直線，并將該直線判定為接觸 線。
[0037] 如以第一視角圖像的定位結(jié)果為基準(zhǔn)，對第二視角圖像的受電弓定位區(qū)域尺寸進(jìn) 行調(diào)整，使第一視角圖像中的受電弓與第二視角圖像中的受電弓保持在同一尺度下，分別 識別出第一視角圖像和第二視角圖像中疑似接觸線的直線，將同一尺度下的兩個(gè)受電弓圖 像進(jìn)行疊合比對，若第一視角圖像中所識別出的某一直線正好與第二視角圖像中所識別出 的某一直線相交，且其交點(diǎn)在受電弓頂端平面上，則判定該直線分別為第一視角圖像中的 接觸線和第二視角圖像中的接觸線。
[0038] 進(jìn)一步的，還可執(zhí)行接觸線跟蹤識別判斷，計(jì)算當(dāng)前接觸線的位置與前一幀接觸 線的位置的偏差，若該偏差大于設(shè)定的偏差閾值，則將該接觸線視為錯(cuò)誤結(jié)果。
[0039] (6)所述幾何參數(shù)計(jì)算單元根據(jù)受電弓識別單元識別出的受電弓和接觸線識別單 元識別出的接觸線，分別計(jì)算出第一視角圖像和第二視角圖像中接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)，并根 據(jù)平滑度和/或相似度特性，輸出最優(yōu)的幾何參數(shù)。所述幾何參數(shù)一般包括導(dǎo)高值、拉出值、 弓尚等等。
[0040] 平滑度的計(jì)算目的是有助于判斷當(dāng)前視角圖像的幾何參數(shù)是否可靠。平滑度好則 認(rèn)為當(dāng)前視角的幾何參數(shù)可信度大，反之可信度小。相似度的計(jì)算有助于區(qū)分兩個(gè)視角中 哪個(gè)視角下識別的幾何參數(shù)可信度大，如第一視角圖像獨(dú)立計(jì)算的幾何參數(shù)與基于雙目計(jì) 算的幾何參數(shù)更相似，則說明第一視角的幾何參數(shù)可信度大，在雙目計(jì)算的時(shí)候可增加其 權(quán)重。
[0041] 基于優(yōu)化計(jì)算方式，本發(fā)明先在單目模式下測量幾何參數(shù)，然后再利用兩個(gè)相機(jī) 的測量結(jié)果以及接觸線的識別信息進(jìn)行綜合分析，最終得到一個(gè)更為精確的幾何參數(shù)。雙 目模式下的幾何參數(shù)測量方法可削弱隧道對于紅外相機(jī)、噪聲、光線亮度以及單個(gè)相機(jī)下 受電弓被遮擋的影響。
[0042] (7)所述缺陷識別單元根據(jù)受電弓識別單元識別出的受電弓、接觸線識別單元識 別出的接觸線和/或幾何參數(shù)計(jì)算單元輸出的幾何參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測識別接觸網(wǎng)存在的缺陷， 包括接觸網(wǎng)缺陷、受電弓缺陷和弓網(wǎng)關(guān)系缺陷。其中，接觸網(wǎng)缺陷包括組件脫落缺陷、線夾 和定位器等接觸不良或氧化造成的熱缺陷及接觸網(wǎng)磨耗或材質(zhì)問題造成的熱缺陷等，受電 弓缺陷包括受電弓形變?nèi)毕?、意外降弓缺陷、燃弧缺陷等，弓網(wǎng)關(guān)系缺陷包括接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾 何參數(shù)超限，如受電弓拉出值超限缺陷。
[0043] 所述缺陷識別單元至少包括受電弓形變?nèi)毕葑R別單元、組件脫落缺陷識別單元、 受電弓拉出超限缺陷識別單元、燃弧缺陷識別單元、高溫干擾識別單元和意外降弓缺陷識 別單元中的任一種或多種組合。
[0044] (8)所述系統(tǒng)還可包括與組件脫落缺陷識別單元連接的支柱裝置識別單元，支柱 裝置識別單元為組件脫落缺陷識別單元提供支柱裝置的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對支柱裝置的組件脫 落缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。
[0045] 本發(fā)明還可設(shè)置用于監(jiān)測車頂及沿線周邊環(huán)境的第四相機(jī)，輸出車頂及沿線周邊 環(huán)境的全畫面圖像，第四相機(jī)與支柱裝置識別單元連接。
[0046] (9)所述系統(tǒng)還可包括進(jìn)行圖像壓縮處理的圖像壓縮單元，圖像壓縮單元可分別 對第一視角圖像和第二視角圖像的每一幀圖像進(jìn)行壓縮處理，并將壓縮得到的圖像以追加 模