CN104316782A - 受电弓监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种受电弓监测方法及系统，属故障监测技术领域。本申请实施例公开的受电弓监测方法和系统，通过采集受电弓视频图像，使用图像分析方法，监测是否存在大火花、中等火花和小火花，分层次监测火花的产生，不需额外的测量电路，不受电磁干扰，能够更准确的预报故障的产生；并且使用图像分析方法，实现监测受电弓姿态的实时自动监测，相比人工检查具有更高准确度和及时性。

Description

受电弓监测方法及系统

技术领域

本发明涉及故障监测技术领域，尤其涉及受电弓监测方法及系统。

背景技术

受电弓是电力牵引列车从接触网上取得电能的电气设备。受电弓安装在列车车顶，其上框架主体结构如图1所示，主要包括滑板、横杆、弓角和支架，所述滑板与接触网导线直接接触，通过接触网导线从接触网受取电流供列车使用。

在列车运行过程中，受电弓的各种运动，例如滑板和支架的平面运动以及滑板的俯仰运动，会导致受电弓的姿态参数发生变化。受电弓的姿态参数指受电弓的机构几何参数，主要包括支架和中轴线(图1中虚线所示)之间的角度，以及横杆末端弯曲的角度。如果受电弓的姿态参数发生变化，即受电弓不能保持在正确的工作姿态，会导致受电弓运动轨迹在行车方向上发生偏差，影响列车的安全运行。

另一方面，受电弓在运行中，通过相对静止的接触网时，接触网如果受到外力干扰，将在受电弓和接触网两个系统间产生动态的相互作用而引发特定形态的振动。当振动剧烈时，可以造成受电弓滑板与接触导线脱离接触，形成离线，产生电火花，这样不仅会加速电器的绝缘损伤，还会对通信链路产生电磁干扰，更严重的是直接影响受电弓的受流，甚至会造成供电瞬时中断，使列车丧失牵引力和制动力。

由此可知，在受电弓运行时，如果不能了知受电弓姿态的变化和电火花的产生，将给列车安全运行带来极大的隐患，因此受电弓的姿态监测和电火花监测是保障列车安全运行的重要环节。发明人在实现本发明的过程中发现，对于受电弓的姿态，目前仍然主要采取运行前后人工检查的方法；而对于离线的监测，主要采用电检测的方法，即检测受电弓和接触导线间的电阻、受电弓的电流或者接触网的电流的变化，但这种方法需要额外的检测电路，而且容易受到电磁干扰而影响检测精度，通常只能检测“大离线”，即离线严重的情况，不能检测到出现中等或小火花时引起的异常。

发明内容

为克服相关技术中缺乏受电弓姿态监测和电火花监测精度低的问题，本申请提供一种受电弓监测方法及系统。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种受电弓监测方法，包括：

采集受电弓视频图像；

获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息；

判断是否存在火花：

如果比对受电弓视频图像当前帧与参考帧中对应区域的灰度后，所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，且所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于参考帧中对应区域的灰度且与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花；

如果所述当前帧存在灰度极值区域，且所述灰度极值区域的总面积大于预设的极值区域阈值，则确定存在中等火花；

如果所述当前帧中滑板与接触网导线的交点的亮度大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

可选的，所述受电弓监测方法，还包括：

当确定存在大火花，或者确定存在中等火花，或者确定存在小火花且出现小火花的交点数大于预设的安全个数时，进行报警。

可选的，所述的受电弓监测方法，还包括：

根据当前帧采集时间，和/或根据当前帧采集时间对应的摄像头GPS定位信息，和/或根据当前帧采集时间对应的列车杆号识别信息，对出现电火花的区域进行定位。

可选的，所述的受电弓监测方法，还包括判断受电弓姿态是否异常：

在采集到的受电弓视频图像的当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点，根据所述支架的位置和支架的交点得到支架的姿态参数；

在所述当前帧中搜索受电弓的弓角，根据搜索到的弓角确定弓角的姿态参数；

将支架的姿态参数或者弓角的姿态参数分别与对应的预设范围比较，如果支架的姿态参数或者弓角的姿态参数超出对应的预设范围，则确定受电弓姿态出现异常。

其中，在所述当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点，以及在所述当前帧中搜索受电弓的弓角，包括：

二值化处理所述当前帧；

搜索当前帧二值化处理后的白色连通域；

在搜索到的白色连通域中搜索受电弓支架的位置和支架的交点，以及搜索受电弓的弓角。

可选的，所述的受电弓监测方法，还包括：当不存在大火花时，判断受电弓姿态是否出现异常。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种受电弓姿态监测系统，包括：

采集单元，用于采集受电弓视频图像；

图像处理单元，用于获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息；

大火花监测单元，用于比对受电弓视频图像当前帧与参考帧中对应区域的灰度，如果所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，且所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于参考帧中对应区域的灰度且与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花；

中等火花监测单元，用于搜索当前帧灰度的极值区域，如果存在所述极值区域，且所述灰度极值区域的总面积大于预设的极值区域阈值，则确定存在中等火花；

小火花监测单元，用于在所述当前帧中搜索滑板与接触网导线的交点，如果所述交点的亮度大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

可选的，所述受电弓监测系统，还包括：

报警单元，用于当确定存在大火花，或者确定存在中等火花，或者确定存在小火花且出现小火花的交点数大于预设的安全个数时，进行报警。

可选的，所述的受电弓监测系统，还包括：

定位单元，用于根据当前帧采集时间，和/或根据当前帧采集时间对应的摄像头GPS定位信息，和/或根据当前帧采集时间对应的列车杆号识别信息，对出现电火花的区域进行定位。

可选的，所述的受电弓监测系统，还包括：

受电弓姿态监测单元，用于监测受电弓姿态是否存在异常，所述受电弓姿态监测单元包括：

支架搜索子单元，用于在所述当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点；

支架姿态参数获取子单元，用于根据所述支架的位置和支架的交点得到支架的姿态参数；

弓角搜索子单元，用于在所述当前帧中搜索受电弓的弓角；

弓角姿态参数获取子单元，用于根据搜索到的弓角得到弓角的姿态参数；

异常判断子单元，用于将支架的姿态参数或者弓角的姿态参数分别与对应的预设范围比较，如果支架的姿态参数或者弓角的姿态参数超出对应的预设范围，确定受电弓姿态出现异常。

本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：采集受电弓视频图像，使用图像分析方法，监测是否存在大火花、中等火花和小火花，不需额外的测量电路，不受电磁干扰，具有更好的准确度，并且使用图像分析方法，实现监测受电弓姿态的实时自动监测，相比人工检查具有更高准确度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一示例性实施例示出的一种受电弓监测方法的流程示意图。

图2为本申请另一示例性实施例示出的一种受电弓监测方法的流程示意图。

图3为本申请又一示例性实施例示出的一种受电弓监测方法的流程示意图。

图4为本申请一示例性实施例示出的一种受电弓监测系统的结构示意图。

图5为本申请另一示例性实施例示出的一种受电弓监测系统的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的例子。

为了全面理解本申请，在以下详细描述中提到了众多具体的细节，但是本领域技术人员应该理解，本申请可以无需这些具体细节而实现。在其他实施例中，不详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地导致实施例模糊。

图1为本申请一示例性实施例示出的一种受电弓监测方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：

步骤S101，采集受电弓视频图像。

其中，通过安装在列车顶的摄像头拍摄受电弓视频，根据摄像头拍摄的受电弓视频采集受电弓视频图像，形成受电弓视频图像序列。所述摄像头的安装位置应当能够拍摄到受电弓所有与接触网导线的交点。

步骤S102，获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息。

其中，为对受电弓进行实时监测，对受电弓视频图像序列的每帧图像进行分析。对于受电弓视频图像的当前帧进行灰度化处理，得到当前帧的灰度信息。

步骤S103，判断是否存在火花：

步骤S1031，如果比对所述当前帧与参考帧中对应区域的灰度后，所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，且所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于参考帧中对应区域的灰度且与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花；

步骤S1032，如果所述当前帧存在灰度极值区域，且所述灰度极值区域的总面积大于预设的极值区域阈值，则确定存在中等火花；

步骤S1033，如果所述当前帧中滑板与接触网导线的交点的亮度值大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

其中，步骤S1031中，比对受电弓视频图像的当前帧与参考帧中对应区域的灰度，所述参考帧为事先选择的相同摄像头拍摄得到的受电弓正常状态的图像，所述对应区域为当前帧和参考帧对齐时相同位置的区域。所述比对可以将所述当前帧和所述参考帧对齐，比对相同位置区域的灰度。如果比对所述当前帧与参考帧中对应区域的灰度后，所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值(简称为条件1)，且所述当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的灰度大于所述参考帧中对应区域的灰度(简称为条件2)，且所述当前帧中灰度相异的区域的灰度与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值(简称为条件3)，则确定存在大火花。当规定所述灰度阈值为大于零的值时，条件3可以涵盖条件2，省略条件2的判断。

在第一种可能的实施方式中，如果所述当前帧中存在和所述参考帧灰度不同的对应区域，计算所有当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的面积总和，判断所述面积总和是否大于预设的区域阈值，否则，确定不存在大火花；如果所述面积总和大于预设的区域阈值，则判断所述当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的灰度是否大于预设的灰度阈值，否则，确定不存在大火花；如果所述当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的灰度与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花，否则，确定不存在大火花。

在第二种可能的实施方式中，如果所述当前帧中存在和所述参考帧灰度不同的对应区域，则判断所述当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的灰度与参考帧中对应区域的灰度的差值是否大于预设的灰度阈值，否则不存在大火花，其中所述灰度阈值为正值；如果所述当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的灰度与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则计算所有当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的面积总和，判断所述面积总和是否大于预设的区域阈值，否则，确定不存在大火花；如果所述面积总和大于预设的区域阈值，则确定存在大火花，否则，确定不存在大火花。

所述区域阈值和所述灰度阈值确定了何种程度的火花为大火花，可以通过统计不同程度的火花引起的图像灰度的变化，依据统计结果预先选择设定。例如，所述区域阈值可以设定为当前帧全区域面积的1/4，所述灰度阈值设定为200，当当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的面积总和超过当前帧全区域面积的1/4，所述当前帧中与所述参考帧灰度相异的区域的灰度大于200时，确定存在大火花。

其中，步骤S1032中，根据当前帧的灰度信息，搜索当前帧的灰度极值区域，所述灰度极值区域为含有局部灰度极值的区域，如果存在所述灰度极值区域，即能够搜索到当前帧的灰度极值区域，计算所述灰度极值区域的总面积，如果所述灰度极值区域的总面积大于预设的极值区域阈值，则确定存在中等火花，否则，确定不存在中等火花。搜索灰度极值区域可以使用常规的局部极值搜索方法。其中，所述极值区域阈值可以根据火花分级的情况，通过统计不同程度的火花引起的图像灰度的变化，依据统计结果预先选择设定。

其中，步骤S1033中，在所述当前帧中搜索滑板与接触网导线的交点，如果所述交点的亮度大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。在当前帧中搜索滑板与接触网导线的交点，可以包括：

(a1)对当前帧进行预处理；

(a2)二值化处理预处理后的当前帧；

(a3)搜索当前帧二值化处理后得到的白色连通域；

(a4)在搜索到的白色连通域中搜索滑板与接触网导线的交点。

其中，步骤(a1)中预处理包括对当前帧进行滤波和去噪，以使后续的搜索更为准确。由于受电弓视频图像大多数情况下是以蓝天为背景，对于当前帧的红、绿、蓝三个像素通道，只对蓝色通道灰度图像进行去噪，不仅可以区分图像内容和背景，相比使用三通道更能节省运算时间和资源。

对当前帧进行预处理后，使用二值化处理当前帧。二值化处理后，图像只呈现为黑色和白色，在图像中会存在大片白色连通域，搜索出白色连通域。对于搜索到的白色连通域，可以使用霍夫变换搜索到两个支架所在的直线，同时能得到两个支架所在直线的交点。得到的两臂所在直线的交点后，从交点开始沿中轴线向上，可以使用sobel算子边缘搜索技术，进行边缘搜索，根据预设的弓角梯度范围，搜索到弓角，即搜索到梯度在弓角梯度范围内的点，则该点为弓角的点，由此可以得到弓角的位置。根据弓角的位置能够确定横杆所在的直线(两个弓角上端的连线)。利用霍夫变换还可以搜索到与横杆相交的直线，即接触网导线所在的直线。横杆所在的直线和接触网导线所在的直线两者的交点即为滑板与接触网导线的交点。得到滑板与接触网导线的交点后，获取所述交点的亮度值，如果所述交点的亮度大于亮度阈值，则确定存在小火花。

搜索弓角也可以使用canny边缘检测技术，但对于弯曲处的搜索，sobel边缘搜索技术具有更好的准确度。

所述预设的弓角梯度范围根据受电弓弓角的弯曲角度确定。所述亮度阈值可以通过统计不同程度的火花引起的图像亮度的变化，依据统计结果预先选择设定。

对于滑板与接触网导线的交点的搜索也可以使用其他常规的背景分离和图像识别方法。

其中，对于步骤S103，其子步骤S1031-S1033可以都执行，即对每一帧采集到的受电弓视频图像，都并行执行或次第执行是否存在大火花、中等火花和小火花的判断，但通常如果确定存在大火花，便无必要再确定是否存在中等火花和小火花，如果确定存在中等火花，也无必要再确定是否存在小火花，虽然并行执行或次第执行步骤S1031-S1033，不会遗漏对危险的判断，但在程序上存在冗余。因此在一种可能的优选方案中，先进行大火花的监测，判断是否存在大火花，如果存在大火花，则结束步骤S103，即判断完毕，不再进行中等火花和小火花的监测；如果不存在大火花，则进行中等火花的监测，判断是否存在中等火花，如果存在中等火花，则结束步骤S103，不再进行小火花的监测；如果不存在中等火花，则进行小火花的监测，判断是否存在小火花。

所述的受电弓监测方法，还可以包括：

当确定存在大火花，或者确定存在中等火花，或者确定存在小火花且出现小火花的交点数大于预设的安全个数时，进行报警。

受电弓与接触网导线有至少两个交点，通常受电弓与接触网导线的交点为四个。当只有少数交点产生小火花时，通常可以归为正常状态，不进行报警，当产生小火花的交点数超过一定数量时，则说明出现了异常，应该进行报警。因此可以预设安全个数，当出现小火花的交点数大于预设的安全个数时，例如对于单臂弓，出现小火花的交点数大于2个时，进行报警。

所述报警可以为声光报警，并同时在监控界面上显示是何种报警，例如可以在确定存在大火花时，进行声光报警，并在监控界面上显示大火花报警提示画面、文字或声音。当不存在小火花时，可以显示正常。

所述的受电弓监测方法，还可以包括：

根据当前帧采集时间，和/或根据当前帧采集时间对应的摄像头GPS定位信息，和/或根据当前帧采集时间对应的列车杆号识别信息，对出现电火花的区域进行定位。

其中，在列车运行过程中，监测受电弓是否出现电火花，当监测到电火花时，如果了知出现电火花的区域，即了知出现电火花的接触网导线区段，则有利于后续的检修。对出现电火花的区域进行定位，在第一种可能的实施方式中，如果根据受电弓视频图像的当前帧判断存在电火花，则可以根据所述当前帧的采集时间判断列车在所述采集时间运行的地点或区段，从而可以得到出现电火花的接触网导线区段。在第二种可能的实施方式中，可以在用于获取受电弓视频图像的摄像头中安装GPS模块，列车运行过程中，同时记录所述GPS模块的GPS定位信息，所述GPS定位信息与时间对应，如果根据受电弓视频图像的当前帧判断存在电火花，则根据当前帧采集时间可以查找到对应的GPS定位信息，得到出现电火花的区域。在第三种可能的实施方式中，列车运行过程中，可以使用另外的摄像头拍摄列车杆号，并记录相应的拍摄的时间，如果根据受电弓视频图像的当前帧判断存在电火花，则根据当前帧采集时间可以查找到对应的列车杆号识别信息，根据列车杆号识别信息可以得到列车杆号所在的位置，从而可以得到电火花出现的区域。

对于电火花出现的区域的定位，也可以将上述三种实施方式进行组合，彼此之间得到的结果相互印证，以得到更准确的电火花出现的区域。

图2为本申请另一示例性实施例示出的一种受电弓监测方法的流程示意图，如图2所示，所述方法可以包括：

步骤S201，采集受电弓视频图像。

步骤S202，获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息。

其中，步骤S201和步骤S202分别与步骤S101和步骤S102相同。

步骤S203，判断受电弓姿态是否出现异常。

其中，步骤S203包括；

(b1)在所述当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点，根据所述支架的位置和支架的交点得到支架的姿态参数；

(b2)在所述当前帧中搜索受电弓的弓角，根据搜索到的弓角得到弓角的姿态参数；

(b3)将支架的姿态参数或者弓角的姿态参数分别与对应的预设范围比较，如果支架的姿态参数或者弓角的姿态参数超出对应的预设范围，确定受电弓姿态出现异常。

其中，在所述当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点和在所述当前帧中搜索受电弓的弓角，可以包括：

(c1)对当前帧进行预处理；

(c2)二值化处理预处理后的当前帧；

(c3)搜索当前帧二值化处理后得到的白色连通域；

(c4)在搜索到的白色连通域中搜索受电弓支架的位置和支架的交点以及受电弓的弓角。

其中，步骤(c1)中预处理包括对当前帧进行滤波和去噪，优选的是对于当前帧的红、绿、蓝三个像素通道，只对蓝色通道灰度图像进行去噪。

对当前帧进行预处理后，使用二值化处理当前帧。然后搜索二值化处理后图像中的白色连通域。对于搜索到的白色连通域，可以使用霍夫变换搜索到两个支架所在的直线，同时能得到两个支架所在直线的交点，根据两个支架所在的直线和两个支架所在直线的交点能够得到两个支架与中轴线的角度，所述两个支架与中轴线的角度即支架的姿态参数，也可以只取其中一个支架与中轴线的角度作为支架的姿态参数。

得到的两臂所在直线的交点后，从交点开始沿中轴线向上，可以使用sobel算子边缘搜索技术，进行边缘搜索，根据预设的弓角梯度范围，搜索到弓角，同时可以根据所述到的弓角的形态得到弓角的弯曲角度，所述弓角的弯曲角度即弓角的姿态参数。

得到支架的姿态参数或者弓角的姿态参数后，比较支架的姿态参数与支架姿态参数预设范围进行，以及比较弓角的姿态参数与弓角姿态参数预设范围。如果支架的姿态参数超出支架姿态参数预设范围，或者弓角姿态参数超出弓角姿态参数预设范围，确定受电弓姿态出现异常。所述支架姿态参数预设范围和弓角姿态参数预设范围根据受电弓的姿态在正常时对应的支架姿态参数范围和弓角姿态参数范围确定。

步骤S204，判断是否存在大火花：比对所述当前帧与参考帧中对应区域的灰度，如果所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，且所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花；否则，执行步骤S204。

步骤S205，判断是否存在中等火花：搜索所述当前帧的灰度极值区域，如果所述当前帧存在灰度极值区域，则确定存在中等火花；否则，执行步骤S205。

步骤S206，判断是否存在小火花：搜索所述当前帧中滑板与接触网导线的交点，如果所述交点的亮度值大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

其中，步骤S204-S206可以参见步骤S1031-S1033。步骤S203和步骤S204可以顺序进行也可以同时进行，即同时分别进行受电弓姿态是否异常的判断和是否存在电火花的判断。

步骤S207，当确定存在大火花，或者确定存在中等火花，或者确定存在小火花且出现小火花的交点数大于预设的安全个数，或者受电弓姿态出现异常时，进行报警。

其中，所述报警可以为声光报警，并同时在监控界面上显示是何种报警，当不存在小火花时，可以显示无火花，当受电弓姿态未出现异常时，可以显示受电弓姿态正常。

步骤S208，根据当前帧采集时间，对出现电火花和/或出现受电弓姿态异常的区域进行定位。

其中，如果根据受电弓视频图像的当前帧判断存在电火花，则根据所述当前帧的采集时间判断列车在所述采集时间运行的地点或区段，得到出现电火花的接触网导线区段；如果根据受电弓视频图像的当前帧判断受电弓姿态出现异常，则根据所述当前帧的采集时间判断列车在所述采集时间运行的地点或区段，得到出现受电弓姿态异常的接触网导线区段；如果根据受电弓视频图像的当前帧判断既存在小火花也出现了受电弓姿态异常，则则根据所述当前帧的采集时间判断列车在所述采集时间运行的地点或区段，得到同时存在小火花和出现受电弓姿态异常的接触网导线区段。

步骤S208还可以根据当前帧采集时间对应的摄像头GPS定位信息，和/或根据当前帧采集时间对应的列车杆号识别信息，对存在电火花和/或出现受电弓异常的区域进行定位。

图3为本申请另一示例性实施例示出的一种受电弓监测方法的流程示意图，如图3所示，所述方法可以包括：

步骤S301，采集受电弓视频图像。

步骤S302，获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息。

其中，步骤S301和步骤S302分别与步骤S301和步骤S302相同。

步骤S303，判断是否存在大火花：比对所述当前帧与参考帧中对应区域的灰度，如果所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，且所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花；否则，执行步骤S304和步骤S305。

步骤S304，判断受电弓姿态是否出现异常。

其中，步骤S304包括：

(d1)在所述当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点，根据所述支架的位置和支架的交点得到支架的姿态参数；

(d2)在所述当前帧中搜索受电弓的弓角，根据搜索到的弓角得到弓角的姿态参数；

(d3)将支架的姿态参数或者弓角的姿态参数分别与对应的预设范围比较，如果支架的姿态参数或者弓角的姿态参数超出对应的预设范围，确定受电弓姿态出现异常。

步骤S305，判断是否存在中等火花：搜索所述当前帧的灰度极值区域，如果所述当前帧存在灰度极值区域，则确定存在中等火花；否则，执行步骤S206。

步骤S306，判断是否存在小火花：搜索所述当前帧中滑板与接触网导线的交点，如果所述交点的亮度值大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

其中，步骤S303、S305、S306可以参见步骤S1031-S1033，步骤S304可以参加步骤S203。

其中，由于存在大火花时，受电弓视频图像中会出现大片光斑，从受电弓视频图像中搜索支架、支架的交点和弓角较为困难，受电弓姿态监测的准确度下降，因此可以只当不存在大火花时，判断受电弓姿态是否出现异常。

步骤S307，当确定存在大火花，或者确定存在中等火花，或者确定存在小火花且出现小火花的交点数大于预设的安全个数，或者受电弓姿态出现异常时，进行报警。

步骤S308，根据当前帧采集时间，对出现电火花和/或出现受电弓姿态异常的区域进行定位。

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，并存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台智能设备执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储数据和程序代码的介质。

图4为本申请一示例性实施例示出的一种受电弓监测系统的结构示意图。如图4所示，所述系统包括：

采集单元U401，用于采集受电弓视频图像。

图像处理单元U402，与U401连接，用于获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息。

其中，所述采集单元U401可以包括摄像头和视频图像处理单元，所述视频图像处理单元根据摄像头拍摄的受电弓视频采集受电弓视频图像，形成受电弓视频图像序列。所述采集单元U401也可以为具备视频图像处理功能的摄像头。所述摄像头的安装位置应当能够拍摄到受电弓所有与接触网导线的交点。

大火花监测单元U403，与U402连接，用于比对受电弓视频图像当前帧与参考帧中对应区域的灰度，如果所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，且所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于参考帧中对应区域的灰度且与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花。

中等火花监测单元U404，与U402连接，用于搜索当前帧灰度的极值区域，如果存在所述极值区域，且所述灰度极值区域的总面积大于预设的极值区域阈值，则确定存在中等火花。

小火花监测单元U405，与U401连接，用于在所述当前帧中搜索滑板与接触网导线的交点，如果所述交点的亮度大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

图5为本申请另一示例性实施例示出的一种受电弓监测系统的结构示意图。如图5所示，所述系统包括：

采集单元U501，用于采集受电弓视频图像。

图像处理单元U502，与U501连接，用于获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息。

大火花监测单元U503，与U502连接，用于比对受电弓视频图像当前帧与参考帧中对应区域的灰度，如果所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，且所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于参考帧中对应区域的灰度且与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花。

中等火花监测单元U504，与U503和U502连接，用于当U503监测的结果为不存在大火花时，搜索当前帧灰度的极值区域，如果存在所述极值区域，且所述灰度极值区域的总面积大于预设的极值区域阈值，则确定存在中等火花。

小火花监测单元U505，与U504和U501连接，用于当U504监测的结果为不存在中等火花时，在所述当前帧中搜索滑板与接触网导线的交点，如果所述交点的亮度大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

受电弓姿态监测单元U506，与U503和U501连接，用于当大火花监测单元判断的结果为否时，监测受电弓姿态是否存在异常，所述受电弓姿态监测单元包括：

预处理子单元U5061，用于对所述当前帧进行预处理，所述预处理包括对所述当前帧的蓝色通道灰度图像进行去噪；

支架搜索子单元U5062，与U5061连接，用于在所述当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点；

支架姿态参数获取子单元U5063，与U5062连接，用于根据所述支架的位置和支架的交点得到支架的姿态参数；

弓角搜索子单元U5064，与U5061连接，用于在所述当前帧中搜索受电弓的弓角；

弓角姿态参数获取子单元U5065，与U5064连接，用于根据搜索到的弓角得到弓角的姿态参数；

异常判断子单元U5066，与U5063和U5065连接，用于将支架的姿态参数或者弓角的姿态参数分别与对应的预设范围比较，如果支架的姿态参数或者弓角的姿态参数超出对应的预设范围，确定受电弓姿态出现异常。

报警单元U507，与U503、U504、U505和U506连接，用于当确定存在大火花，或者确定存在中等火花，或者确定存在小火花且出现小火花的交点数大于预设的安全个数，或者受电弓姿态出现异常时，进行报警。

定位单元U508，与U501、U503、U504、U505和U506连接，根据当前帧采集时间，对出现电火花和/或出现受电弓姿态异常的区域进行定位。

其中，定位单元U508还可以使用当前帧采集时间、当前帧采集时间对应的摄像头GPS定位信息和/或根据当前帧采集时间对应的列车杆号识别信息的不同组合，对出现电火花和受电弓姿态异常的区域进行定位。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者逆序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种受电弓监测方法，其特征在于，包括：

采集受电弓视频图像；

获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息；

判断是否存在火花：

如果比对受电弓视频图像当前帧与参考帧中对应区域的灰度后，所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于参考帧中对应区域的灰度且与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花；

如果所述当前帧存在灰度极值区域，且所述灰度极值区域的总面积大于预设的极值区域阈值，则确定存在中等火花；

如果所述当前帧中滑板与接触网导线的交点的亮度大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

2.如权利要求1所述受电弓监测方法，其特征在于，还包括：

当确定存在大火花，或者确定存在中等火花，或者确定存在小火花且出现小火花的交点数大于预设的安全个数时，进行报警。

3.如权利要求1所述的受电弓监测方法，其特征在于，还包括：

根据当前帧采集时间，和/或根据当前帧采集时间对应的摄像头GPS定位信息，和/或根据当前帧采集时间对应的列车杆号识别信息，对出现电火花的区域进行定位。

4.如权利要求1-3任一项所述的受电弓监测方法，其特征在于，还包括判断受电弓姿态是否异常：

在采集到的受电弓视频图像的当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点，根据所述支架的位置和支架的交点得到支架的姿态参数；

在所述当前帧中搜索受电弓的弓角，根据搜索到的弓角确定弓角的姿态参数；

将支架的姿态参数或者弓角的姿态参数分别与对应的预设范围比较，如果支架的姿态参数或者弓角的姿态参数超出对应的预设范围，则确定受电弓姿态出现异常。

5.根据权利要求4所述的受电弓姿态监测方法，其特征在于，在所述当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点，以及在所述当前帧中搜索受电弓的弓角，包括：

二值化处理所述当前帧；

搜索当前帧二值化处理后的白色连通域；

在搜索到的白色连通域中搜索受电弓支架的位置和支架的交点，以及搜索受电弓的弓角。

6.如权利要求4所述的受电弓监测方法，其特征在于，还包括：当不存在大火花时，判断受电弓姿态是否出现异常。

7.一种受电弓监测系统，其特征在于，包括：

采集单元，用于采集受电弓视频图像；

图像处理单元，用于获取采集到的受电弓视频图像的当前帧的灰度信息；

大火花监测单元，用于比对受电弓视频图像当前帧与参考帧中对应区域的灰度，如果所述当前帧与参考帧灰度相异的区域的面积总和大于预设的区域阈值，所述当前帧中灰度相异的区域的灰度大于参考帧中对应区域的灰度且与参考帧中对应区域的灰度的差值大于预设的灰度阈值，则确定存在大火花；

中等火花监测单元，用于搜索当前帧灰度的极值区域，如果存在所述极值区域，且所述灰度极值区域的总面积大于预设的极值区域阈值，则确定存在中等火花；

小火花监测单元，用于在所述当前帧中搜索滑板与接触网导线的交点，如果所述交点的亮度大于预设的亮度阈值，则确定存在小火花。

8.如权利要求7所述受电弓监测系统，其特征在于，还包括：

报警单元，用于当确定存在大火花，或者确定存在中等火花，或者确定存在小火花且出现小火花的交点数大于预设的安全个数时，进行报警。

9.如权利要求7所述的受电弓监测系统，其特征在于，还包括：

定位单元，用于根据当前帧采集时间，和/或根据当前帧采集时间对应的摄像头GPS定位信息，和/或根据当前帧采集时间对应的列车杆号识别信息，对出现电火花的区域进行定位。

10.如权利要求7-9任一项所述的受电弓监测系统，其特征在于，还包括：

受电弓姿态监测单元，用于监测受电弓姿态是否存在异常，所述受电弓姿态监测单元包括：

支架搜索子单元，用于在所述当前帧中搜索受电弓支架的位置和支架的交点；

支架姿态参数获取子单元，用于根据所述支架的位置和支架的交点得到支架的姿态参数；

弓角搜索子单元，用于在所述当前帧中搜索受电弓的弓角；

弓角姿态参数获取子单元，用于根据搜索到的弓角得到弓角的姿态参数；

异常判断子单元，用于将支架的姿态参数或者弓角的姿态参数分别与对应的预设范围比较，如果支架的姿态参数或者弓角的姿态参数超出对应的预设范围，确定受电弓姿态出现异常。