CN104145171B - 受电弓测定方法以及受电弓测定装置 - Google Patents

Abstract

一种基于图像处理的受电弓测定方法，其特征在于，该图像处理包括：取得设置于受电弓(40)的标记(50)的影像，根据所取得的影像生成时空图像的步骤(S1)；通过将时空图像与和高度对应的搜索图案进行对照来搜索标记(50)的步骤，(50)是交替配置难以反射光的第1区域(51)和易于反射光的第2区域(52)而成的条纹花纹，并且，第2区域(52)为至少二个以上且条纹宽度各自不同，搜索图案对应于标记的条纹花纹。

Description

受电弓测定方法以及受电弓测定装置

技术领域

本发明涉及通过图像处理来测定受电弓的受电弓测定方法以及基于该方法的受电弓测定装置。

背景技术

作为电气化铁路的设备有架空线，但架空线必须架设在离轨道面规定高度的范围内。

因此，为了不受长期变化、车辆的动态因子的影响，需要管理架空线的高度是否收敛于管理值内。此时，架空线的高度与受电弓的高度相等，所以代用受电弓的高度来进行管理。受电弓是设置在电气化铁路车辆的车顶上的集电装置之一。

另外，如果在运转中受电弓以较大的加速度向下方振动，则受电弓和架空线分离，架空线由于其电弧而发生局部磨损。因此，需要进行管理以使受电弓的加速度变小。

作为受电弓的测定单元，有被称为检测车、车辆极限测定车等专用的测定车，利用运营运转的空闲时间，每隔固定周期运用一次。在这些测定车上安装有许多测定车体的倾斜、轨道的偏移等的传感器，作为该传感器之一有受电弓的测定传感器(电气学会著“电车线路设备维护的现代化技术”)。

受电弓测定方法有激光传感器方式、光切传感器方式、加速度传感器方式、图像处理方式，有以下特征。

1)激光传感器是如下传感器：主要使用扫描式，用反射镜等对受电弓扫描激光，通过其反射波的位置差、所照射的激光形状的变形，而测定到受电弓的距离。

2)光切传感器是如下传感器：将条纹投光到测定对象，且接收根据受电弓形状而变为凹凸的条纹，测定到受电弓的距离。

3)加速度传感器是通过陀螺仪、压电元件等输出加速度的传感器，并且是直接安装于受电弓来测定受电弓的加速度的传感器。

4)图像处理方式有通过模型匹配、图案匹配来检测受电弓的方式。

但是，在这些方式中也存在如下那样的问题。

1.关于激光传感器的扫描周期，因为使反射镜旋转的马达的转速极限、和防止反射镜的共振，所以扫描周期相对较慢。由此，激光传感器存在虽然能够测定受电弓的位置(低频率分量)，但不适合加速度(高频率分量)的测定的问题。

2.光切传感器无法在白天进行测定。由此，在热膨胀剧烈的白天无法进行测定。

3.用加速度传感器来测定受电弓的加速度的方法是当前主要使用的方法。但是需要以下的对策，并非简易的测定方法。

(A)需要将传感器直接固定在受电弓上。

(B)对于取出传感器输出电压的缆线需要考虑抗噪性。

(C)对于取出传感器输出电压的缆线需要考虑绝缘性。

4.图像处理方式存在在测定时间长的情况、每单位时间的帧频数多的情况下，计算处理变得庞大的问题。另外，有由于隧道坑口、高架桥下等背景的急剧的变化，所以暂时地看漏受电弓，从而发生数据丢失的危险。

相对这些，在“基于图像处理的受电弓测定装置(日本特开2008-104312号)”(专利文献1)中，为了解决上述课题，通过在受电弓上安装既知的标记，因为黑标记将背景(天空等)与白标记切分开，所以即使在白天也能够搜索该图案，从而能够进行测定，并且，即使隧道坑口等背景突然变化了，由于白标记反射投光器的光，所以数据不会缺失，能够连续地进行测定。

但是，在该方式中，如图8所示，在具有镜面光泽的构造物通过标记之上时，在从照相机拍摄到的图像中映出实物的标记和镜面反射出的标记这2个标记，存在引起误识别的可能性。

专利文献1：日本特开2008-104312号

发明内容

受电弓测定方法有激光传感器方式、光切传感器方式、加速度传感器方式、图像处理方式、使用了专利文献1的线传感器的基于图像处理的测定方法，存在接下来的问题。

(1)关于激光传感器的扫描周期，因为使反射镜旋转的马达的转速极限、和防止反射镜的共振，所以扫描周期相对较慢。由此，激光传感器存在虽然能够测定受电弓的位置(低频率分量)，但不适合加速度(高频率分量)的测定的问题。

(2)光切传感器在白天无法进行测定。由此，在热膨胀剧烈的白天无法进行测定。

(3)用加速度传感器来测定受电弓的加速度的方法是当前主要使用的方法。但是，需要以下等的对策，并非简易的测定方法，该对策是指：需要将传感器直接固定在受电弓上；对于取出传感器输出电压的缆线需要考虑抗噪性；对于取出传感器输出电压的缆线需要考虑绝缘性。

(4)图像处理方式存在在测定时间长的情况、每单位时间的帧频数多的情况下，计算处理变得庞大的问题。

另外，有由于隧道坑口、高架桥下等背景的急剧的变化，所以暂时地看漏受电弓，从而发生数据丢失的危险。

另外，在专利文献1中，如图8所示，在受电弓4上安装有白黑等宽的标记5，所以在具有镜面光泽的构造物6通过标记5之上时，在从照相机拍摄到的图像中映出实物的标记5和由构造物6镜面反射出的标记61这2个标记，存在引起误识别的可能性。

解决上述课题的本发明的第1方面的基于图像处理的受电弓测定方法，该图像处理包括：从设置在车辆的车顶上的线传感器取得设置于受电弓的标记的影像，根据所取得的影像生成时空图像的步骤； 通过将所述时空图像与和高度对应的搜索图案进行对照来搜索标记的步骤；将与所述搜索图案一致或者一定程度以上近似的部位记录为受电弓位置的步骤；以及根据所记录的受电弓位置测定高度和加速度的步骤，所述受电弓测定方法的特征在于，所述标记是交替配置难以反射光的第1区域和易于反射光的第2区域而成的条纹花纹，并且，所述第2区域为至少二个以上且条纹宽度各自不同，所述搜索图案对应于所述标记的条纹花纹。

解决上述课题的本发明的第2方面的基于图像处理的受电弓测定装置，具备：线传感器，设置于车辆的车顶上，取得设置于受电弓的标记的影像；以及图像处理部，根据由所述线传感器取得的影像生成时空图像，将所述时空图像与和高度对应的搜索图案进行对照，从而搜索标记，将与所述搜索图案一致或者一定程度以上近似的部位记录为受电弓位置，根据所记录的受电弓的位置测定高度和加速度，所述受电弓测定装置的特征在于，所述标记是交替配置难以反射光的第1区域和易于反射光的第2区域而成的条纹花纹，并且，所述第2区域为至少二个以上且条纹宽度各自不同，所述搜索图案对应于所述标记的条纹花纹。

(i)由于是非接触的方式，所以在高速行驶中也能够运用。

(ii)在装置的构造上，在离开接点(point)、空气段、锚这样的既存构造物的位置设置传感器，所以无需考虑与既存构造物的冲突。

(iii)无需使用特别的照明。

(iv)相比于使用激光的方法，无需考虑对人体的影响，处置简单。

(v)相比于使用激光的方法，没有在光源与受光装置之间进行精密的对位的麻烦。

(vi)通过拍摄安装于受电弓的标记并进行图案匹配，从而在白天也能够拍摄。

(vii)即使在隧道坑口等背景的亮度急剧变化的情况下，也能够 连续地取得数据。

(viii)即使具有镜面光泽的构造物通过标记之上而引起镜面反射，也不会误识别而能够连续地取得数据。

附图说明

图1(a)是基于基本的考虑方法的受电弓测定装置的概略图，图1(b)是在该图(a)中虚线所包围的部分H的放大图。

图2是示出基于基本的考虑方法的标记花纹的例子的说明图。

图3是示出基于基本的考虑方法的受电弓测定方法的流程图。

图4是示出时空图像例的图形。

图5是示出搜索图案的生成例的说明图。

图6是示出受电弓的扫描的图形。

图7是示出受电弓的位置的插值的图形。

图8(a)是示出以往技术的有镜面光泽的构造物以及设置于受电弓的标记的说明图，图8(b)是在该图(a)中虚线所包围的部分B的放大图。

图9(a)是示出本发明的有镜面光泽的构造物以及设置于受电弓的标记的说明图，图9(b)是在该图(a)中虚线所包围的部分C的放大图。

(符号说明)

10：车辆；20：线传感器；30：照明器具；40：受电弓；50：标记；51：黑标记；52：白标记；60：图像处理部；70：记录装置。

具体实施方式

以下，参照附图所示的实施例，详细说明本发明。

实施例1

(1)基本的考虑方法

本实施例以通过图像处理简便地测定受电弓的高度和加速度为目的。

在其结构中，例如，如图1所示，在车辆10的车顶上设置线传感器20和照明器具30，一边用照明器具30进行照明，一边用线传感器20取得安装于受电弓40的弓头的标记50的影像。

此处，关于线传感器20设为图中箭头所示的线传感器拍摄面设置于在上下方向垂直地切断受电弓40和标记50的方向上，且不论受电弓40变动到哪个高度，都必须能够拍到标记50。

如在图2中放大所示，标记50是如下条纹花纹：以难以反射光的颜色、材质的第1区域51(以后称为黑标记)为基础，重叠易于反射光的颜色、材质的第2区域52(以后称为白标记)。此处，白标记52为2条以上，且设为各自宽度不同的形状。另外，黑标记51为3条以上，设为宽度相等。

作为照明器具30而使用通常的照明器具。

进而，针对由线传感器20取得的图像，在图像处理部60中进行图像处理，将图像处理的结果、所测量出的受电弓40的高度和加速度记录到记录装置70中。

图像处理部60中的图像处理方式依照图3所示的流程图，如下所述，按照时空图像生成(步骤S1)、图案匹配(步骤S2)、受电弓位置插值(步骤S3)、处理结束判定(步骤S4)、高度/加速度输出(步骤S5)的顺序进行处理。

<时空图像生成>

首先，通过线传感器20，针对每单位时间(针对每帧频)取得安装于受电弓40的标记50的影像，如图4所示，生成将线传感器20的输出、即线传感器拍摄面的高度方向作为纵轴且将时间作为横轴的时空图像。

关于图4所示的时空图像，按照标记50的形状，连续地拍摄有由光的反射少的黑色的带和光的反射多的白色的带构成的条纹花纹。即，拍摄有由二个白区域和三个黑区域构成的条纹花纹。

另外，高速横穿受电弓附近的电车线设备等受电弓的背景表现为噪声N。

<图案匹配>

受电弓40的位置越高，通过线传感器20拍摄的标记50与线传感器20的距离越远，从而被拍摄为越小的图像。因此，如果将标记50的大小和线传感器20的朝向考虑进来，则根据时空图像上的位置方向，大致确定映现的标记50的大小。

因此，如图5所示，生成与标记的花纹和高度对应的搜索图案。即，搜索图案是呈现大小二个山形的图案，且图像上的位置越高则变得越低的图案，该大小二个山形的图案与宽度不同的2个白标记52对应且具有高亮度。

另外，如图6所示，针对每单位时间，在时空图像中使扫描线a从上方朝下扫描，搜索与搜索图案一致的部位。即，将时空图像与和高度对应的搜索图案进行对照(图案匹配)，一致就将部位记录为受电弓位置，并且，即便在不一致时，只要是一定程度以上近似的图案，则也关于扫描线a，从最近似的部位开始附加位次而记录为多个受电弓位置。

即，如图6所示，如第1候补b1、第2候补b2那样记录多个。另外，在不存在近似的部位的情况下保留。

<受电弓位置插值>

在图案匹配中，关于如图7所示地保留了的受电弓位置(保留部分)c1、未连结的受电弓位置(不连结部分)c2，根据前后的点而补全位置。

在插值的方法中，有简单地以填上保留部分或者不连结部分的间隙的方式直线地进行补全的方法，但也可以通过其他方法补全。

<处理结束判定>

关于全部时空图像，如上所述，反复进行图案匹配(S2)、受电弓位置插值(S3)的处理，将与搜索图案一致或者一定程度以上近似的部位作为受电弓位置而记录到记录装置70中。

<高度输出>

将记录在记录装置70中的受电弓位置作为高度而输出。

<加速度输出>

在记录装置70中记录的受电弓位置，求出向下凸的拐点的极值，将规定的值以上的极值作为加速度而输出。

在本实施例中，通过图像处理来测定受电弓高度和加速度，由于是非接触的方式，所以能够实现高速的运用。

另外，在装置的构造上，在离开接点、空气段、锚这样的既存构造物的位置设置传感器，所以无需考虑与既存构造物的冲突，基本上能够在全部的区间中拍摄传感器图像。

另外，无需使用特别的照明，没有如使用激光那样的要考虑对人体的影响来进行处置的难度。没有进行光源与受光装置之间的精密的对位的麻烦。

因为安装于受电弓40上的标记50的花纹既知，且黑标记51将背景(天空等)和白标记52切分开，所以即使在白天也能够通过搜索其图案来进行测定。

另外，在专利文献1中，如图8所示，在受电弓4上安装有白黑等宽的标记5，所以在具有镜面光泽的构造物6通过标记5之上时，在从照相机拍摄到的图像中映现实物的标记5和由构造物6镜面反射了的标记61这2个标记，存在引起误识别的可能性。

在本实施例中，如图9那样，在受电弓40上设置了包括不同的条纹宽度的2条以上的白标记52的标记50，所以在由具有镜面光泽的构造物6镜面反射出的标记(映入了的标记)62中上下相反地以相异方式映现花纹，所以只要使用例如图5所示的搜索图案，就不会引起误识别，能够连续地取得数据。

产业上的可利用性

本发明在产业上被广泛用作能够连续地取得受电弓的位置、加速度的受电弓测定方法以及利用该方式的受电弓测定装置。

Claims (2)

1.一种基于图像处理的受电弓测定方法，

该图像处理包括：

从设置在车辆的车顶上的线传感器取得设置于受电弓的标记的影像，根据所取得的影像生成时空图像的步骤；

通过将所述时空图像与和高度对应的搜索图案进行对照来搜索标记的步骤；

将与所述搜索图案一致或者一定程度以上近似的部位记录为受电弓位置的步骤；以及

根据所记录的受电弓位置测定高度和加速度的步骤，

所述受电弓测定方法的特征在于，

所述标记是交替配置难以反射光的第1区域和易于反射光的第2区域而成的条纹花纹，并且，所述第1区域与所述第2区域相互平行，所述第2区域为至少二个以上且条纹宽度各自不同，

所述搜索图案对应于所述标记的条纹花纹。

2.一种基于图像处理的受电弓测定装置，具备：

线传感器，设置于车辆的车顶上，取得设置于受电弓的标记的影像；以及

图像处理部，根据由所述线传感器取得的影像生成时空图像，将所述时空图像与和高度对应的搜索图案进行对照，从而搜索标记，将与所述搜索图案一致或者一定程度以上近似的部位记录为受电弓位置，根据所记录的受电弓的位置测定高度和加速度，

所述受电弓测定装置的特征在于，

所述标记是交替配置难以反射光的第1区域和易于反射光的第2区域而成的条纹花纹，并且，所述第1区域与所述第2区域相互平行，所述第2区域为至少二个以上且条纹宽度各自不同，

所述搜索图案对应于所述标记的条纹花纹。