CN104019748A - 观测基准失稳补偿式接触网偏移量检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种观测基准失稳补偿式接触网偏移量检测装置，对检测跨的接触网偏移量进行监控检测，包括标靶、数码相机和主机；标靶分为定位点标靶、跨中点标靶和背景标靶三种；定位点标靶安装在一个定位悬挂的接触导线上，跨中点标靶安装在跨中部位的接触导线和承力索上，定位点标靶和跨中点标靶配置背景标靶，背景标靶固定在地面上；数码相机为面阵相机，分为定位点相机和跨中点相机，工作时的分辨率和拍摄帧率一致，均安装在检测跨的另外一个定位悬挂的支柱上；定位点标靶和背景标靶位于定位点相机的取景器内，跨中点标靶和背景标靶位于跨中点相机的取景器内；主机连接的风速风向仪；主机能够通过有线或者无线方式与远程服务器通讯连接。

Description

观测基准失稳补偿式接触网偏移量检测装置

技术领域

本发明属于轨道交通安全技术领域，具体涉及一种对电气化铁路接触网进行检测的观测基准失稳补偿式接触网偏移量检测装置。

背景技术

风区电气化铁路接触网的防风安全是确保风区铁路安全行车的重要保障，而接触网的风致偏移是接触网防风安全研究的重要参数。目前，接触网偏移量检测多采用车载式检测装置，该装置将线阵CCD相机或激光扫描仪安装于车顶，通过图像识别和激光巡检，可实现对接触导线位移的动态检测。由于检测过程中弓网为接触受流工作状态，在出现弓网离线、钻弓等安全事故时，该装置无法对接触导线的风致偏移超限值提前做出预警。因此，需要采用地面检测方式。

类似的非接触式地面位移检测装置中，基于图像的位移自动读取装置（专利号：03259750.9），将带标记的平板靶面安装于待测位置，CCD摄像机安装于固定位置，平板靶面和CCD摄像机位置可互换，通过计算平板靶面在摄像机的图像偏移来读取待测点实际位移。将该装置应用于接触网偏移量检测，根据其检测原理，CCD摄像机设置在与接触导线等高位置的接触网支柱上，然而由于强风条件下支柱的风摆振动，该装置已经不能满足摄像机观测基准失稳条件下的接触网偏移量检测要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对电气化铁路接触网防风安全问题，提供了一种可实时、连续、长期对接触网接触悬挂关键测点的偏移量、接触网支柱振动量进行在线检测的观测基准失稳补偿式接触网偏移量检测装置。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：

用于对电气化铁路接触网的检测跨的接触导线和承力索在自然外力影响下的偏移量进行实时在线检测检测和分析，包括标靶、数码相机和主机，数码相机和主机电连接，主机内安装专用软件，主机配置输出端口或者输出设备；

所述标靶分为定位点标靶、跨中点标靶和背景标靶；定位点标靶安装在检测跨的一个定位悬挂上，跨中点标靶安装在检测跨的跨中部位，定位点标靶和跨中点标靶配置至少一个背景标靶，背景标靶固定在定位点标靶的后方的地面上；

所述数码相机分为定位点相机和跨中点相机，所有数码相机为面阵相机，均安装在检测跨的另外一个定位悬挂的支柱上，它们工作时的分辨率和拍摄帧率一致；定位点标靶和背景标靶位于定位点相机的取景器内，跨中点标靶和背景标靶位于跨中点相机的取景器内；

所述检测装置配置风速风向仪，风速风向仪与主机电连接；

所述主机能够通过有线或者无线方式与远程服务器通讯连接。

所述定位点标靶、跨中点标靶和背景标靶均为红色矩形结构，定位点标靶、跨中点标靶的尺寸为40 毫米×40毫米， 背景标靶的尺寸为200毫米×200毫米。

所述定位点相机和跨中点相机均配置供夜间工作的红外线光源。

所述主机与风速风向仪之间设置监控装置，监控装置接收风速风向仪的信号，当风速风向仪的风速高于八级风时，监控装置启动整个检测装置工作；当风速风向仪的风速低于七级风时，监控装置停止整个检测装置工作。

本发明与现有技术相比的显著优点是：

1、装置与地面电隔离，无需高压防护，接触网电噪声对装置影响很小，基本不对检测结果产生干扰。

2、装置采用观测基准失稳补偿技术，能同时读取对应风速风向条件下接触导线和承力索的风致偏移量、接触网支柱沿垂直于线路方向的振动量。

3、装置提供的检测结果能对接触网的风致偏移超限值提前做出预警，进一步为大风或其他外力环境下电气化列车运行和接触网维护提供精确的实时状态数据支撑。

附图说明

图1是本发明的装置配置示意图；

图2为本发明的用于计算分析的定位点相机获取的数码照片；

图3为对图2数码照片进行处理后的二值化图像；

图4-7为本发明检测方法的输出结果步骤所给出的曲线图；

图中：101-接触网支柱，102-定位点相机，103-红外线光源，104-跨中点相机，105-承力索，106-接触导线，107-接触导线跨中点标靶，108-承力索跨中点标靶，109-定位点标靶，110-背景标靶，111-轨道，112-风速风向仪，113-主机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

用于对电气化铁路接触网的检测跨中的接触导线和承力索在自然外力影响下的偏移量进行实时在线检测检测和分析，包括标靶、数码相机和主机，数码相机和主机电连接，主机内安装专用软件，主机配置输出端口或者输出设备；

所述标靶分为定位点标靶、跨中点标靶和背景标靶；定位点标靶安装在检测跨的一个定位悬挂上，跨中点标靶安装在检测跨的跨中部位，定位点标靶和跨中点标靶配置至少一个背景标靶，背景标靶固定在定位点标靶的后方的地面上；

所述数码相机分为定位点相机和跨中点相机，所有数码相机为面阵相机，均安装在检测跨的另外一个定位悬挂的支柱上，它们工作时的分辨率和拍摄帧率一致；定位点标靶和背景标靶位于定位点相机的取景器内，跨中点标靶和背景标靶位于跨中点相机的取景器内；

所述检测装置配置风速风向仪，风速风向仪与主机电连接；

所述主机能够通过有线或者无线方式与远程服务器通讯连接。

所述定位点标靶、跨中点标靶和背景标靶均为红色矩形结构，定位点标靶、跨中点标靶的尺寸为40 毫米×40毫米， 背景标靶的尺寸为200毫米×200毫米。

所述定位点相机和跨中点相机均配置供夜间工作的红外线光源。

所述主机与风速风向仪之间设置监控装置，监控装置接收风速风向仪的信号，当风速风向仪的风速高于八级风时，监控装置启动整个检测装置工作；当风速风向仪的风速低于七级风时，监控装置停止整个检测装置工作。

实施例1：

所述检测装置包括标靶、数码相机和主机，数码相机和主机电连接，主机内安装专用软件，主机配置输出端口或者输出设备；标靶分为定位点标靶、跨中点标靶和背景标靶三种；定位点标靶安装在检测跨的一个定位悬挂上，跨中点标靶安装在检测跨的跨中部位，定位点标靶和跨中点标靶配置至少一个背景标靶，背景标靶固定在定位点标靶的后方的地面上；数码相机分为定位点相机和跨中点相机，所有数码相机为面阵相机，均安装在检测跨的另外一个定位悬挂的支柱上，它们工作时的分辨率和拍摄帧率一致；定位点标靶和背景标靶位于定位点相机的取景器内，跨中点标靶和背景标靶位于跨中点相机的取景器内；检测装置配置风速风向仪，风速风向仪与主机电连接；主机能够通过有线或者无线方式与远程服务器通讯连接。风速风向仪和主机均安装在与数码相机相同的支柱上，这样可以节省电线电缆。

实施例2：

与实施例1基本相同，不同的是：定位点标靶、跨中点标靶和背景标靶均为红色矩形结构，定位点标靶、跨中点标靶的尺寸为40 毫米×40毫米， 背景标靶的尺寸为200毫米×200毫米。

实施例3、4：

分别在实施例1、2的基础上，定位点相机和跨中点相机均配置供夜间工作的红外线光源。红外线光源供数码相机夜间使用。

实施例5-8：

分别在实施例1-4的基础上，主机与风速风向仪之间设置监控装置，监控装置接收风速风向仪的信号，当风速风向仪的风速高于八级风时，监控装置启动整个检测装置工作；当风速风向仪的风速低于七级风时，监控装置停止整个检测装置工作。设置监控装置后，所述检测装置能够实现无人值守，在设定风速启动或者停止检测工作。

工作原理及使用方法：

所述检测装置用于电气化铁路接触网在自然外力影响下偏移量的检测和分析，其工作原理及使用方法包括以下步骤： 

步骤1）选定检测跨，参考图1：选择两个相邻的接触网支柱101之间的接触网作为检测跨。

步骤2）设置定位点标靶，参考图1：在检测跨一个定位悬挂的定位点、定位点相邻吊弦部位的接触导线106上设置矩形红色结构的定位点标靶109。

步骤3）设置跨中点标靶，参考图1：在检测跨的跨中部位的接触导线106和承力索105上分别设置矩形红色结构的接触导线跨中点标靶107和承力索跨中点标靶108。

步骤4）架设数码相机，参考图1：在检测跨的另外一个定位悬挂支柱101上安装定位点相机102和跨中点相机104各一部，定位点相机102和跨中点相机104均配置能够夜间工作的红外线光源103，定位点相机102、跨中点相机104和主机113电连接。

步骤5）设置背景标靶，参考图1：在定位点标靶109的后方设置为红色矩形结构的背景标靶110，背景标靶110在定位点相机102的取景范围之内，且背景标靶110不被跨中点标靶108或者定位点标靶109所遮挡。

步骤6）安装风速风向仪，参考图1：在与检测跨距离20-50米的位置安装风速风向仪112，风速风向仪112的高度在电气化铁路轨面以上5-6.5米，风速风向仪112与主机113电连接。

步骤7）获取数据，参考图1：在设定工作期间内，定位点相机102、跨中点相机104和风速风向仪112同时工作，获取的数码影像数据和风速风向数据在同一时间坐标体系中分别进行保存。

步骤8）数据处理：将时间坐标的长度划分为N段形成N+1个时间点，在每个时间点处截取的定位点数码照片、跨中点数码照片和风速风向数据为一组输入数据，共有N+1组输入数据。

步骤9）分析计算，以定位点标靶109和背景标靶110为例，参考图2、图3，分以下三个步骤计算：

 将N+1组输入数据中的定位点标靶109及其背景标靶110的数码照片转化为N+1个定位点标靶109和背景标靶110的二值化图像，按照时间递增的方式，对N+1个定位点二值化图像进行比较，计算出在对应的风速风向条件下定位点标靶109的偏移量(Δx _{k_d_pix}, Δy  _{k_d_pix} , Δθ _{k_d_pix})和背景标靶110的偏移量(Δx _{s_pix}, Δy _{s_pix})。

 给N+1个定位点二值化图像设置相同的正交坐标系，根据图像在正交坐标系的位置和背景标靶的偏移量，计算出观测基准失稳的横移值D _{x_s}和点头角φ _{x_s}如式（1）所示：

                                                    (1)

                                                 (2)

式（1）、式（2）中，K _{s_x} 为背景标靶自标定系数，即背景标靶实际尺寸与像素尺寸之比系数，f为相机焦距。

 计算伪偏移：计算出该数码相机观测基准失稳所产生的定位点标靶偏移值为伪偏移，如式（3）、式（4）所示：

                                              (3)

                                      (4)

 计算修正：步骤的计算结果减去步骤的计算结果，获得定位点标靶109的绝对偏移量如式（5）所示：

                    (5)

式（5）中，K _{c_x} 和K _{c_y} 分别为定位点标靶109的自标定系数，即定位点标靶109的实际尺寸与像素尺寸之比系数。

同样的方法，可计算跨中点标靶107和跨中点标靶108在对应风速风向条件下的绝对偏移量。

步骤10）输出结果，包括：沿垂直于线路的水平方向的横风风速时程曲线如图4所示，对应风速风向条件下支柱沿垂直于接触网的线路方向的振动曲线如图5所示、跨中点标靶的位移时程曲线如图6所述、定位点标靶的位移时程曲线如图7所示。

参考图1所示，所有数据的获取、处理和计算，以及结果的输出均在主机113中进行，主机113能够通过有线或者无线方式与远程服务器通讯连接。

Claims (5)

1.一种观测基准失稳补偿式接触网偏移量检测装置，用于对电气化铁路接触网的检测跨的接触导线（106）和承力索（105）在自然外力影响下的偏移量进行实时在线检测和分析，包括标靶、数码相机和主机（113），数码相机和主机（113）电连接，主机（113）内安装专用软件，主机（113）配置输出端口或者输出设备；其特征在于：

所述标靶分为定位点标靶（109）、跨中点标靶和背景标靶（110）；定位点标靶（109）安装在检测跨的一个定位悬挂上，跨中点标靶安装在检测跨的跨中部位，定位点标靶（109）和跨中点标靶配置至少一个背景标靶（110），背景标靶（110）固定在定位点标靶（109）的后方的地面上；

所述数码相机分为定位点相机（102）和跨中点相机（104），所有数码相机为面阵相机，均安装在检测跨的另外一个定位悬挂的支柱（101）上，它们工作时的分辨率和拍摄帧率一致；定位点标靶（109）和背景标靶（110）位于定位点相机（102）的取景器内，跨中点标靶和背景标靶（110）位于跨中点相机（104）的取景器内；

所述跨中点标靶分为接触导线跨中点标靶（107）和承力索跨中点标靶（108），分别安装在检测跨的跨中部位的接触导线（106）和承力索（105）上；

所述检测装置配置风速风向仪（112），风速风向仪（112）与主机（113）电连接；

所述主机能够通过有线或者无线方式与远程服务器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述定位点标靶（109）、跨中点标靶和背景标靶（110）均为红色矩形结构，定位点标靶（109）、跨中点标靶的尺寸为40 毫米×40毫米， 背景标靶（110）的尺寸为200毫米×200毫米。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于：所述定位点相机（102）和跨中点相机（104）均配置供夜间工作的红外线光源（103）。

4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于：所述主机（113）与风速风向仪（112）之间设置监控装置，监控装置接收风速风向仪（112）的信号，当风速风向仪（112）检测到风速高于八级风时，监控装置启动整个检测装置工作；当风速风向仪（112）检测到风速低于七级风时，监控装置停止整个检测装置工作。

5.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于：所述主机（113）与风速风向仪（112）之间设置监控装置，监控装置接收风速风向仪（112）的信号，当风速风向仪（112）检测到风速高于八级风时，监控装置启动整个检测装置工作；当风速风向仪（112）检测到风速低于七级风时，监控装置停止整个检测装置工作。