CN104748685A - 一种接触网几何参数动态测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通检测领域，尤其涉及一种接触网几何参数动态测量方法，在所述钢轨上设置一移动小车，该移动小车可沿所述钢轨移动，在所述移动小车的车体上设置线阵列相机和线激光器，使所述线激光器的光束发射面对准所述所需测量的接触网，将所述线阵列相机分别置于所述线激光器两侧，并使所述线阵列相机的照射面朝向所述接触网；推动移动小车并启动所述线阵列相机，使所述线阵列相机随着所述移动小车在所述钢轨上的移动持续拍摄所述接触网的图像数据；采用三角法立体测量技术原理对所述接触网的图像进行分析处理。本发明的优点是：可实现对接触网几何参数、磨耗及接触网悬挂装置安全状态进行连续、实时、高精度的动态检测。

Description

一种接触网几何参数动态测量方法

技术领域

本发明涉及轨道交通检测领域，尤其涉及一种可测量接触网几何参数、磨耗及悬挂装置安全状态的接触网几何参数动态测量方法。

背景技术

近年来，伴随我国国民经济的飞速发展，铁路事业也获得了空前发展。在铁路大幅提速的背景下，交通的安全性日益受到广泛的关注，成为铁路运营的重要课题。铁路牵引供电系统运行过程的安全性、设备的可靠性和故障处理的及时性是整个铁路系统安全运行的重要保障。接触网是牵引供电系统向机车提供电能最直接的环节，其状态直接影响机车受流质量，影响机车运行安全。

目前接触网检测方式主要为接触网检测车定期巡检以及人工天窗点不定期检修维护两种。检测设备主要由照明光源、工业相机和计算机处理设备等组成，通常安装在机车顶部，随列车以一定速度运行检测。为了适应列车运行速度的不断提高，接触网检测车的检测速度与参数正不断的改进和完善。这种方式是接触网安全检测的重要方式，为相关专业部门提供检测数据，为现场的检修维护提供数据指导。另外，人工检测方式通过一些简单的手持设备如JZ-DJJ8型激光接触网检测仪，进行点式测量，但效率低下，数据单一，无法系统分析接触网的安全状况。

接触网检测车上的车载接触网检测设备对照明光源要求很高，一般采用大面积LED定制光源或其它优质光源，再加上相机和工业计算机一般体积较大，价格较为昂贵，而且对电源也有特殊要求，不适宜作为人工手持检测设备。另外，接触网检测车定期对全线路进行巡检，一般周期较长，另外由于车辆运动中有六个自由度的晃动等因素，车载设备动态测量精度不高。因此，该方式不能满足现场及时对接触网维护的需求。现行的接触网综合状态检测多依靠各区段人工作业，接触网作业工人采用激光测距和标尺等简单设备在天窗时间进行定点测量。该方式效率低，任务繁重，长期夜间天窗作业造成人员疲劳，且不能获得连续的接触线状态参数，因此，很难对铁路接触线的趋势变化进行有效观测以及及时主动维护，这种方式已不能完全满足当今铁路线路频繁使用的要求，严重影响到客车运行安全。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种接触网几何参数动态测量方法，运用机器视觉原理，通过两台高速线阵列相机辅助以线激光器，使得光轴与线激光器共面构成光幕，在铁路轨道上实时拍摄接触网悬挂装置状态图像，再通过图像解析软件对接触网的几何状态进行分析处理计算得到接触网的几何参数及磨耗值，同时利用面阵列相机结合LED光源来拍摄线路上方的接触网悬挂装置的安全状态，为铁路养护部门提供科学养护维修的依据。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种接触网几何参数动态测量方法，所述接触线悬挂于钢轨上方，其特征在于：所述动态测量方法至少包括以下步骤：

在所述钢轨上设置一移动小车，该移动小车可沿所述钢轨移动，在所述移动小车的车架上设置两台线阵列相机和至少一台线激光器，使所述线激光器的光束发射面对准所述所需测量的接触网，将所述线阵列相机分别置于所述线激光器的两侧，并使所述线阵列相机的照射面朝向所述接触网；

推动移动小车并启动所述线阵列相机，使所述线阵列相机随着所述移动小车在所述钢轨上的移动持续拍摄所述接触网的图像数据；

采用三角法立体测量技术原理对所述接触网的图像进行实时分析处理，计算得到所述接触网的几何参数。

在所述移动小车的车轮内侧分别设置有顶轮，所述顶轮的表面贴合所述钢轨的内侧表面。

在所述移动小车的车架主梁上设置伸缩结构以及位移传感器，通过所述位移传感器测量所述伸缩结构的伸缩量，该伸缩量用于测量线路的轨距数值，用于修正所述接触网的几何参数及磨耗数据。

在所述移动小车上设置倾角传感器，通过所述倾角传感器测量所述线路轨道的超高，该高度用于修正所述接触网的几何参数及磨耗数据。

所述车架上设置激光测距仪，所述激光测距仪用于测量线路支柱的侧面限界。

所述车架上安装有视频监控相机及LED照明光源，所述视频监控相机用于拍摄线路前方接触网悬挂装置的安全状态，所述LED光源用于相机拍摄时的补光。

本发明的优点是：可实现连续、实时、高精度动态检测，同时具有轻便、操作简单，价格低廉等优势；为非接触式检测，不影响接触网正常运行，不受受电弓扰动影响，安全可靠；该系统通过在轨道上推行，连续检测接触网几何参数，解决了传统接触网工用手持设备点式测量的不便，极大的降低了工作人员的劳动强度，有效的提高了检测精度和效率；弥补了现场点式测量不能系统的进行线路的变化趋势判断，无法及时发现接触网的缺陷问题，能够有效的减少事故的发生。

附图说明

图1为本发明中移动小车的结构示意图；

图2为本发明的检测原理图；

图3为本发明的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-3所示，图中标记1-12分别为：右线阵相机1、线激光器2、左线阵相机3、处理器4、编码器5、车体6、传感器7、推杆8、电源9、顶轮10、车轮11、视频监控相机及照明器12。

实施例：如图1所示，本实施例中接触网几何参数动态测量方法涉及一种移动小车。移动小车的车体6上具有车轮11，车轮11架设在钢轨上并可沿钢轨的铺设方向移动，钢轨上方为所需测量的接触网。移动小车的车体上设置有右线阵相机1和左线阵相机3，阵列相机对称分布在以线激光器2为对称中心的两边，且两相机的拍摄线与激光射出的激光带重合。线激光器2的光束发射面朝向所需测量的接触网，两线阵相机的照射面也对准接触网。

移动小车车体6的左车轮处的里程编码器5根据车轮10的行驶距离输出脉冲信号，为接触网检测提供里程信息和采集接触网图像的右线阵相机1和左线阵相机3触发信号。车体6上的传感器7为接触线检测提供补偿数据。锂电池9固定于车体6的右端，分别为线阵相机和线激光器2提供电源。处理器4与线阵相机相连，用于接收线阵相机拍摄的接触网的图像数据。处理器4的托架还可作为车体6的推行把手。为保证车体6的行驶稳定，即车轮10始终在钢轨上，在车轮10的内侧设置有顶轮10，顶轮10通过旋转推杆8连接控制；在使用时，通过旋转推杆8调整顶轮10与车轮11之间的间距，使顶轮10的表面始终与钢轨内侧表面相结合，从而保持车轮10和钢轨始终接触，确保车体行驶稳定。

本实施例中的系统检测原理如图2所示，左线阵相机1和右线阵相机3的线采集范围分别为α和γ。线激光器2的发射角度为β。两线阵相机和线激光器2重合的公共区域完全包含接触网的极限位置区域，如图中具有剖面线的圆形标靶所示。该接触网的极限位置区域是指，该区域包括了所有不同导高、拉出值等数值的接触网的位置集合。

如图2所示，在车体6上建立三维坐标系，Z轴表示高度，Y轴表示小车横方向，X轴表示小车纵方向。图像处理软件根据接触线在两线阵列相机所拍摄的接触网的成像高度，像素的灰度变化，实际点的坐标等诸多参数，依据双目视觉成像原理可计算出接触线几何参数及磨耗值。

线激光器2垂直于钢轨方向向上发射一条激光光束，形成一个激光断面，由此可知，无论接触线导高、拉出值如何变化，激光光束总是能扫描到接触线。再利用两个线阵相机沿钢轨方向斜向上拍摄，利用线激光与接触线产生的轮廓有别于图像其它灰度值，可以方便迅捷的提取出接触线在整幅图像中的位置，再通过分析变换处理，可得出接触线的导高、拉出值等几何参数值。

此外，为了提高接触网几何参数动态测量的准确性。车体6上设置有传感器7，传感器7由位移传感器和倾角传感器构成。其中位移传感器与小车车体6的主梁上设置的可伸缩结构配合使用。当通过顶轮10保证小车的四个车轮11始终紧贴钢轨移动时，车体6的主梁会随着钢轨轨距的变化而伸缩，此时采用高精度激光位移传感器监测小车主梁的伸缩值，便可得到轨道轨距的变化量，该变化量即可应用于补偿修正由线阵相机检测的接触网图像数据值。高精度倾角传感器用于测量左右钢轨超高，该测量值应用于补偿修正由线阵相机检测的接触网图像数据值。车体6上设置激光测距仪，用于测量线路支柱的侧面限界。车体6上安装有视频监控相机及照明器 12，其中视频监控相机用于拍摄线路前方接触网悬挂装置的安全状态，照明器采用LED光源用于视频监控相机拍摄时的补光。

动态测量时，根据定位杆基础数据结合里程编码器5进行定位，同时，利用线路上接触网“之”字型的架设特点，处理器4可智能判断接触网拉出值的拐点，同时结合基础的杆距、杆号等综合信息，以杆号为标志定位检测数据，精度小于300mm，解决了现场现有系统定位误差大的难题，为快速定位现场缺陷数据提供了便利，提高了作业效率。

本实施例中的接触网集合参数动态测量方法如图3所示，包含以下步骤：

（1）在轨道上搭载本实施例中的移动小车，使右线阵相机1、左线阵相机3和线激光器2分别对准所需测量的接触网。

（2）推行移动小车，此时，里程编码器5发出触发脉冲信号；

（3）处理器4接收到脉冲信号并控制右线阵相机1和左线阵相机3进行接触网的图像拍摄，同时通过里程编码器5计算出经过的里程，并存储；

（4）处理器4接收左、右线阵相机所拍摄的图像，采用三角法立体测量技术原理对图像进行数据处理（计算接触线的导高、拉出值、磨耗等值）并将结果数据压缩、存储，同时接收激光位移传感器和倾角传感器的数据修正计算出的接触网几何参数值。

（5）数据分析处理子系统将修正好的数据和里程信息存储到对应图像中，继续进行检测，直到检测结束。

虽然以上述实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，上述实施例的实质是：运用机器视觉原理，通过两台高速线阵列相机辅助以线激光器，使得光轴与线激光器共面构成光幕，在铁路轨道上实时拍摄接触网状态图像，再通过图像解析软件对接触网的几何状态进行分析处理计算得到接触网的几何参数。所以在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，如：一个线激光器和两个线阵相机的组合或者两个线激光器和两个线阵相机的组合等，或者可应用在如工务的轨道参数检测、状态巡检等领域，故在此不一一赘述。

Claims (6)

1.一种接触网几何参数动态测量方法，所述接触线悬挂于钢轨上方，其特征在于：所述动态测量方法至少包括以下步骤：

在所述钢轨上设置一移动小车，该移动小车可沿所述钢轨移动，在所述移动小车的车架上设置两台线阵列相机和至少一台线激光器，使所述线激光器的光束发射面对准所述所需测量的接触网，将所述线阵列相机分别置于所述线激光器的两侧，并使所述线阵列相机的照射面朝向所述接触网；

推动移动小车并启动所述线阵列相机，使所述线阵列相机随着所述移动小车在所述钢轨上的移动持续拍摄所述接触网的图像数据；

采用三角法立体测量技术原理对所述接触网的图像进行实时分析处理，计算得到所述接触网的几何参数。

2.根据权利要求1所述的一种接触网几何参数动态测量方法，其特征在于：在所述移动小车的车轮内侧分别设置有顶轮，所述顶轮的表面贴合所述钢轨的内侧表面。

3.根据权利要求1或2所述的一种接触网几何参数动态测量方法，其特征在于：在所述移动小车的车架主梁上设置伸缩结构以及位移传感器，通过所述位移传感器测量所述伸缩结构的伸缩量，该伸缩量用于测量线路的轨距数值，用于修正所述接触网的几何参数及磨耗数据。

4.根据权利要求1所述的一种接触网几何参数动态测量方法，其特征在于：在所述移动小车上设置倾角传感器，通过所述倾角传感器测量所述线路轨道的超高，该高度用于修正所述接触网的几何参数及磨耗数据。

5.根据权利要求1所述的一种接触网几何参数动态测量方法，其特征在于：所述车架上设置激光测距仪，所述激光测距仪用于测量线路支柱的侧面限界。

6.根据权利要求1所述的一种接触网几何参数动态测量方法，其特征在于：所述车架上安装有视频监控相机及LED照明光源，所述视频监控相机用于拍摄线路前方接触网悬挂装置的安全状态，所述LED光源用于相机拍摄时的补光。