CN105620294B - 一种无轨公交电车智能搭线方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无轨公交电车智能搭线方法及装置，能够控制集电杆上升与其对应的电线进行自动搭线。所述方法包括：获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。本发明适用于图像处理与自动化控制技术领域。

Description

一种无轨公交电车智能搭线方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理与自动化控制技术领域，特别是指一种无轨公交电车智能搭线方法及装置。

背景技术

近年来，随着环境问题的日益突出和能源的紧缺，我国各级政府都认可并提倡发展无污染公共交通工具，无轨公交电车以电动机替代发动机，没有尾气排放，并且噪声低，所以从08年奥运以来，在我国多个城市尤其首都北京得到了广泛的应用和发展。

无轨公交电车数量的逐年增加，在公共交通服务方面起到了不可忽略的作用。然而，根据目前的实际情况，电车在通过无电力线的路段后，需要将导线重新接到电力线上，而将导线与电力线连接的搭线操作还处于原始的手工操作方式，智能化低，需要驾驶员先凭借经验判断电车导线与车顶上的电线的位置、距离，然后进行减速或者停车手工将导线挂上电线。不合理的搭线操作会导致“脱线”(集电杆与架空电线分离)，这必然影响其他车辆的正常行进，导致交通拥堵，增加交通故障发生率，甚至导致交通瘫痪，严重制约了智能公交系统的发展。然而，目前还没有无轨公交电车智能搭线的相关技术方案和产品。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无轨公交电车智能搭线方法及装置，以解决现有技术所存在的无轨公交电车的搭线操作属于原始的手工操作方式，智能化程度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种无轨公交电车智能搭线方法，包括：

获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；

若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

进一步地，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域及第二天线对应的第二安全搭线区域；

所述第一电线对应的安全搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足 -x₁<-x_le<-x₂；第二天线对应的安全搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄；

其中，y轴为图像的竖直中垂线；x₁表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最大极限距离；x₂表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最小极限距离；x₃表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最小极限距离；x₄表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最大极限距离；所述若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线包括：

若第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂，第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

进一步地，所述可控搭线区域还包括：第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域；

所述第一电线对应的第一警示搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁及第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅；

所述第二天线对应的第二警示搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃及第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈；

其中，x₅表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₆表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；x₇表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₈表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

所述若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线包括：

若第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃，或第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆向其对应的电线移动；

当各集电杆的U形槽与其对应的电线之间的距离在S/2内时，通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，S表示各电线对应的安全搭线区域的安全搭线距离。

进一步地，所述通过驱动模块驱动各集电杆向其对应的电线移动的距离为Δd＝W*p；

式中，△d表示集电杆应移动的距离；p表示一个像素点的对应实际长度； W表示△x_d对应的像素点数；△x_d表示当前观测到的电线距离其对应的安全搭线区域的竖直中垂线的距离。

进一步地，所述方法还包括：

利用电源隔离电路将无轨公交电车电源与搭线装置的主控电源进行隔离；

同时利用自恢复保险丝对输入搭线装置的电压和电流进行过压和过流处理。

本发明实施例还提供一种无轨公交电车智能搭线装置，包括：

摄像头模块，用于获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

主控模块，用于对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；

驱动模块，用于当所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令时，则驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

进一步地，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域及第二天线对应的第二安全搭线区域；

所述第一电线对应的安全搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足 -x₁<-x_le<-x₂；第二天线对应的安全搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄；

其中，y轴为图像的竖直中垂线；x₁表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最大极限距离；x₂表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最小极限距离；x₃表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最小极限距离；x₄表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最大极限距离；所述驱动模块，具体用于当第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂，第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

进一步地，所述可控搭线区域还包括：第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域；

所述第一电线对应的第一警示搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁及第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅；

所述第二天线对应的第二警示搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃及第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈；

其中，x₅表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₆表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；x₇表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₈表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

所述驱动模块，还具体用于当第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃，或第一电线与y轴之间的距离 x_le满足-x₂<-x_le<-x₅且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆向其对应的电线移动；

当各集电杆的U形槽与其对应的电线之间的距离在S/2内时，通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，S表示各电线对应的安全搭线区域的安全搭线距离。

进一步地，所述驱动各集电杆向其对应的电线移动的距离为Δd＝W*p；

式中，△d表示集电杆应移动的距离；p表示一个像素点的对应实际长度； W表示△x_d对应的像素点数；△x_d表示当前观测到的电线距离其对应的安全搭线区域的竖直中垂线的距离。

进一步地，所述装置还包括：电源隔离电路，自恢复保险丝及安装在电车仪表板上的指示板；

电源隔离电路，用于将无轨公交电车供电的无轨公交电车电源与搭线装置的主控电源进行隔离；

自恢复保险丝，用于对输入搭线装置的电压和电流进行过压和过流处理；

所述指示板包括：LCD显示屏，所述LCD显示屏为半反半透型LCD显示屏。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，使得无轨公交电车恢复通电。这样，通过控制集电杆上升与其对应的电线进行自动搭线，可以减轻驾驶员的负担，提高无轨公交电车的运营效率及智能化程度，从而加快了无轨公交电车的智能化发展，同时填补了国内无轨公交电车智能搭线技术的空白。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无轨公交电车智能搭线方法的流程示意图一；

图2为本发明实施例提供的无轨公交电车智能搭线装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的CMOS摄像头的电路示意图；

图4为本发明实施例提供的无轨公交电车智能搭线装置的硬件框图；

图5为本发明实施例提供的LCD显示屏电路示意图；

图6为本发明实施例提供的电源隔离电路的示意图；

图7(a)为本发明实施例提供的无轨公交电车智能搭线的正视图；

图7(b)为本发明实施例提供的无轨公交电车智能搭线的左视图；

图7(c)为本发明实施例提供的无轨公交电车智能搭线的俯视图；

图8为本发明实施例提供的集电杆和电线结构示意图；

图9为本发明实施例提供的摄像头模块拍摄到的电线示意图；

图10为本发明实施例提供的安全搭线区域及集电杆的可控搭线区域示意图；

图11为本发明实施例提供的图像x轴横坐标示意图；

图12为本发明实施例提供的无轨公交电车智能搭线方法的流程示意图二；

图13为本发明实施例提供的电线处于警示搭线区域的示意图；

图14为本发明实施例提供的软件总体框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的无轨公交电车的搭线操作属于原始的手工操作方式，智能化程度低的问题，提供一种无轨公交电车智能搭线方法及装置。

实施例一

参看图1所示，本发明实施例提供的一种无轨公交电车智能搭线方法，包括：

步骤101：获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

步骤102：对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；

步骤103：若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

本发明实施例所述的无轨公交电车智能搭线方法，获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，使得无轨公交电车恢复通电。这样，通过控制集电杆上升与其对应的电线进行自动搭线，可以减轻驾驶员的负担，提高无轨公交电车的运营效率及智能化程度，从而加快了无轨公交电车的智能化发展，同时填补了国内无轨公交电车智能搭线技术的空白。

本发明实施例中，如图2所示，所述无轨公交电车智能搭线方法对应的搭线装置可以包括：摄像头模块、主控模块及驱动模块；具体的，可以利用摄像头模块获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；并利用主控模块对摄像头模块获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置，并接收用户发出的搭线指令，若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令时，则由所述主控模块根据第一电线、第二电线所处的位置发出控制命令通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行自动搭线，其中，驱动模块可以为电机。

本发明实施例中，由摄像头模块进行图像监测和寻迹，主要完成集电杆、电线图像的获取功能，所述摄像头模块可以包括：CMOS摄像头、为摄像头供电的电源模块，如图3所示为CMOS摄像头的电路示意图。该CMOS摄像头可以选用200万象素的带JPEG输出的OV2640模组(16万色200万象素摄像头)，同时采用SRAM作为CMOS摄像头的图像缓存使用，由于采用了16万色200万象素摄像头，所以1帧全幅图像的大小为2B×1600(pixels)× 1200(pixels)＝3.67MB，因此，需要4MB的SRAM才能存放完整的一帧图像，考虑到OV2640的JPEG输出及图像采集和存储的并行操作，对图像采集的存储空间进行了循环冗余设计，利用循环冗余设计方法，使得图像需要的存储空间远远小于4MB，最大存储空间仅仅需要512KB，SRAM通过FSMC接口与主控模块连接。

本发明实施例中，考虑到搭线装置对硬件的需求和性价比等因素，主控模块的CPU可以采用ARM Cortex-M4为核心处理器的32位微控制器，如图4 所示。

本发明实施例中，所述无轨公交电车智能搭线方法对应的搭线装置还包括：存储器，例如，SD模块，可以通过SD模块存放线路信息、集电杆与电线的原始图像以及经过图像处理后识别出的图像。根据电车工作的实际情况，摄像头模块仅在特定的地方进行拍照操作，考虑到每天可能拍照图像>400 张，大约需要4MB*400＝1.6G，可以选用2GB或者4GB的存储卡。该存储卡可以固化到主控模块中，主控模块的微控制器从存储卡中读取数据进行分析、测距。本发明实施例中，所述无轨公交电车智能搭线方法对应的搭线装置还包括：安装在电车仪表板上的指示板；所述指示板主要用于接收驾驶员的相关命令，例如，搭线指令，并实时显示摄像头拍摄到的图像。所述指示板包括： LCD显示屏、LED指示灯、控制按键及为指示板供电的电源模块。

由于无轨公交电车工作于室外环境，考虑到常规的LCD显示屏在阳光下识别度不高，因此，所述指示板上的LCD显示屏可以选用半反半透型3.5寸 320*240LCD显示屏，该屏在阳光下可见。

由于主控模块无LCD控制器，因此，可以使用SSD1963芯片作为LCD 控制器，主控模块采用FSMC接口与SSD1963连接，同时通过SPI连接到LCD 显示屏，通过SPI配置LCD显示屏的显示模式，通过FSMC-SSD1963向LCD 显示屏发送数据，LCD显示屏的电路示意图如图5所示。LCD显示屏配置为 16位RGB565模式，SSD1963也必须配置为16位RGB565模式，但是硬件电路设计时，使用SSD1963的24位RGB888模式连接LCD的18位RGB666模式，否则，LCD的输出颜色与配置的颜色不匹配，出现色偏问题。

另外，在PCB布线时要保证SSD1963与LCD显示屏之间的数据线和控制线等长，即蛇形布线，并且尽量短，否则SSD1963的IO驱动能力不够，导致LCD显示不正常。

本发明实施例中，SRAM通过FSMC接口与主控模块连接，与LCD控制器共用数据线，通过片选信号确定主控模块操作的是SRAM还是LCD控制器。

本发明实施例中，所述无轨公交电车智能搭线方法对应的搭线装置还包括：电源隔离电路、自恢复保险丝、电源板；其中，电源板包括：为所述主控模块供电的主控电源和为无轨公交电车供电的无轨公交电车电源，所述无轨电车电源是216V的，由18个12V的铅酸蓄电池串联而成，考虑到搭线装置的工作环境与电车自身供电的要求，在电车自身供电电源与搭线装置之间采用了电源隔离的技术。

如图6所示，通过电源隔离电路将电车电源与搭线装置主控电源进行电源隔离，同时，可以采用200mA自恢复保险丝对输入搭线装置的电源进行了过流处理，保证了搭线装置电源不受电车电源故障的影响。

本发明实施例中，所述无轨公交电车智能搭线方法对应的搭线装置还包括：电池电压监测模块，通过所述电池电压监测模块可以实时了解当前电车电池的电压情况，电池的用量。

为了更好地理解本发明，先对电线与集电杆之间的关系进行说明：

如图7(a)、7 (b)、7 (c)所示，第一电线和第二电线间的距离与第一集电杆和第二集电杆间的距离相等，当车顶电线正好处于两集电杆正上方时，如主视图中搭线成功后集电杆相对于车顶垂直，或俯视图中搭线成功后两集电杆处于两电线正下方，图7(c)中俯视图中方框为电车轮廓，当车顶电线正好处于两集电杆正上方时，对图7(b)、图7(c)中的一些距离描述加以解释说明：

a表示俯视图中车顶电线与相邻车顶边缘的距离；

h表示车顶与电线的垂直距离；

b表示两电线的间距，集电杆的间距；

d_l_min表示在实际搭线过程中，能搭线成功的情况下，第一电线与y轴的最小极限距离；

d_l_max表示在实际搭线过程中，能搭线成功的情况下，第一电线与y轴的最大极限距离；

d_r_min表示在实际搭线过程中，能搭线成功的情况下，第二电线与y轴的最小极限距离；

d_r_max表示在实际搭线过程中，能搭线成功的情况下，第二电线与y轴的最大极限距离；

a_l_max表示在实际搭线过程中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

a_l_min表示在实际搭线过程中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；

a_r_min表示在实际搭线过程中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

a_r_min表示在实际搭线过程中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离。

在实际搭线过程中，驾驶员通过指示板上的LCD显示屏观察顶端电线的位置。根据集电杆搭线的原理：当集电杆处于电线下方附近大约10cm距离时，集电杆上有一个U形槽会自动吸附电线，形成一个“扣住”的结构，完成搭线，如图8所示，图9为驾驶员通过LCD显示屏观察到的电线情况。

本设计的思路是在指示板的LCD显示屏上提示安全搭线区域(用S表示安全搭线区域的安全搭线距离)和集电杆的可控搭线区域(用C表示集电杆的可控搭线区域的可控搭线距离)，如图10所示，图10中粗实线是两条电线的位置，x_le是第一电线的与y轴的距离，x_ri是第二电线与y轴的距离，图10 是以图像竖直中垂线为y轴，图像底线为x轴建立的坐标系。

具体的，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域、第二天线对应的第二安全搭线区域、第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域；

所述第一电线对应的安全搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足 -x₁<-x_le<-x₂；第二天线对应的安全搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄；

其中，y轴为图像的竖直中垂线；x₁表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最大极限距离；x₂表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最小极限距离；x₃表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最小极限距离；x₄表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最大极限距离；

所述第一电线对应的第一警示搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁及第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅；所述第二天线对应的第二警示搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃及第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈；

其中，x₅表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₆表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；x₇表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₈表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

由于图像画面都是由一个个的像素组成的，如果只通过单幅的画面计算目标距离和尺寸，那么计算的精度就不会超过目标在图像中单个像素所代表的尺寸。但在一般的视频监控中这个识别精度也足够用了。

本发明实施例中，摄像头安装的角度是固定的，所以其取景的范围是相同的，拍摄到车顶的电线的相对距离是固定的。鉴于本设计对图像精度的要求不高，因此仅通过简单几何运算即可算出图像中的数据的值。

通过几何计算得到画面每一个像素所对应的实际情况的大小尺寸，由于实际中已经知道两电线之间的距离b以及两电线的安全搭线距离，因此可以计算出图像中安全搭线范围。

在实际中，两电线之间的距离是固定的，且间距为b，x_b表示在图像中第一电线和第二电线的间距，根据x_b在图像中的长度可按如下比例得到x_a与x_c的值，如图11，图11中，x_a+xb+x_c的和表示图像的横向宽度。

对于成像大小为m*n的摄像头，所成像中图像的横向的距离共有m个像素点；则有其中，x_b表示图像中第一天线和第二天线的间距， x_a+x_b+x_c的和表示图像的横向宽度，N表示实际情况中两电线间距在图像中对应的像素点个数，那么一个像素点的对应实际长度p表示为：

因此可以得到图像中安全搭线距离的范围满足下式：

式中，Y表示安全搭线距离S对应的像素点数，对应图像中安全搭线距离 S；

根据安全搭线距离S与x_b的比例即可画出安全搭线距离的范围为-x₁～-x₂， x₃～x₄；其中：

同理，可得可控搭线距离的范围x₆～x₁，x₇～x₃或者x₂～x₅，x₄～x₈：

式中，Z表示可控搭线距离C对应的像素点数，Z满足：

如图12所示，当无轨公交电车进入电力线路段后，驾驶员观察指示板上LCD显示屏上的图像，当所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，按键开始搭线，主控模块对CMOS摄像头采集到的图像进行分析，由于车顶距离电线的距离是一定的，根据摄像机的位置与其成像可以进行对比计算出集电杆与顶端电线的相对位置，然后将信号反馈到驱动模块，控制集电杆完成搭线操作。具体的：

1)当驾驶员观测到两条电线均处于显示屏中对应的安全搭线区域时，即第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂，第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

2)当驾驶员观测到两条电线均处于显示屏中对应的警示搭线区域时，即第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃，或第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅且第二电线与y 轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈，说明电线稍微偏离安全搭线区域，但是仍处于集电杆可控搭线区域(集电杆能够偏转的幅度有限)内，驾驶员按键进行搭线操作，在此过程中，驱动模块会控制集电杆向电线靠近，由于电车的运行轨迹与电线是接近平行的，已经知道电线的位置，根据搭线原理可以知道，当各集电杆的U形槽与其对应的电线之间的距离在S/2内时，通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，S表示各电线对应的安全搭线区域的安全搭线距离。这时根据电线目前所处的位置，主控模块会向驱动模块发出信号令驱动模块操作集电杆向左或者向右移动一定的距离再上升，此时集电杆能够进入距离电线S/2范围内，完成搭线操作。

如图13所示，当前观测到的电线均处于显示屏中对应的警示搭线区域时，△x_d表示当前观测到的电线距离其对应的安全搭线区域的竖直中垂线的距离，对应的实际情况中集电杆应左移的距离△d：Δd＝W*p，式中，W满足表示△x_d对应的像素点数；p表示一个像素点的对应实际长度。

3)若当前观测到的电线不处于集电杆可控搭线区域，提醒驾驶员电线不在集电杆可控搭线范围内，驾驶员需要自行调整车的方向以便让电线进入显示器安全搭线区域或可控搭线区域，到达1)或者2)中情形，进而进行搭线。

本发明实施例中，如图14所示，无轨公交电车智能搭线方法的软件可以采用应用层、抽象层和底层驱动层3层的层次结构，以数据结构为核心的设计思想；任务处理上采用有限状态机模型，保证各任务的执行时间已知；编程方法上采用面向对象的结构化编程方法。

底层驱动软件库主要完成系统的硬件模块的驱动功能，包括CPU的各个外设模块和主控模块的外围硬件芯片的驱动等。

抽象层主要是操作系统与底层驱动软件库之间的连接层，操作系统对硬件操作具有一定的格式要求，而底层驱动软件库针对不同的硬件平台，具有不同的格式形式，因此，采用抽象层屏蔽操作系统与底层驱动软件库之间的差别，提高系统的可移植性和可扩展性。

系统初始化和系统自检主要完成系统硬件平台的初始化和检验工作，保证操作系统启动前，硬件平台的各个功能模块的正常，防止硬件异常导致的操作系统任务异常，避免错误扩大化。

实施例二

本发明还提供一种无轨公交电车智能搭线装置的具体实施方式，由于本发明提供的无轨公交电车智能搭线装置与前述无轨公交电车智能搭线方法的具体实施方式相对应，该无轨公交电车智能搭线装置可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述无轨公交电车智能搭线方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的无轨公交电车智能搭线装置的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。

如图2所示，本发明实施例还提供一种无轨公交电车智能搭线装置，包括：

摄像头模块，用于获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

主控模块，用于对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；

驱动模块，用于当所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令时，则驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

本发明实施例所述的无轨公交电车智能搭线装置，通过摄像头模块获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；利用主控模块对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，使得无轨公交电车恢复通电。这样，通过控制集电杆上升与其对应的电线进行自动搭线，可以减轻驾驶员的负担，提高无轨公交电车的运营效率及智能化程度，从而加快了无轨公交电车的智能化发展，同时填补了国内无轨公交电车智能搭线技术的空白。

在前述无轨公交电车智能搭线装置的具体实施方式中，进一步地，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域及第二天线对应的第二安全搭线区域；

所述第一电线对应的安全搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足 -x₁<-x_le<-x₂；第二天线对应的安全搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄；

其中，y轴为图像的竖直中垂线；x₁表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最大极限距离；x₂表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最小极限距离；x₃表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最小极限距离；x₄表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最大极限距离；所述驱动模块，具体用于当第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂，第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

在前述无轨公交电车智能搭线装置的具体实施方式中，进一步地，所述可控搭线区域还包括：第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域；

所述第一电线对应的第一警示搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁及第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅；

所述第二天线对应的第二警示搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃及第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈；

其中，x₅表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₆表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；x₇表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₈表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

所述驱动模块，还具体用于当第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃，或第一电线与y轴之间的距离 x_le满足-x₂<-x_le<-x₅且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆向其对应的电线移动；

当各集电杆的U形槽与其对应的电线之间的距离在S/2内时，通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，S表示各电线对应的安全搭线区域的安全搭线距离。

在前述无轨公交电车智能搭线装置的具体实施方式中，进一步地，所述驱动各集电杆向其对应的电线移动的距离为Δd＝W*p；

式中，△d表示集电杆应移动的距离；p表示一个像素点的对应实际长度； W表示△x_d对应的像素点数；△x_d表示当前观测到的电线距离其对应的安全搭线区域的竖直中垂线的距离。

在前述无轨公交电车智能搭线装置的具体实施方式中，进一步地，所述装置还包括：电源隔离电路，自恢复保险丝及安装在电车仪表板上的指示板；

电源隔离电路，用于将无轨公交电车供电的无轨公交电车电源与搭线装置的主控电源进行隔离；

自恢复保险丝，用于对输入搭线装置的电压和电流进行过压和过流处理；

所述指示板包括：LCD显示屏，所述LCD显示屏为半反半透型LCD显示屏。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无轨公交电车智能搭线方法，其特征在于，包括：

获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；

若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线；

其中，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域及第二天线对应的第二安全搭线区域；

所述第一电线对应的安全搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂；第二天线对应的安全搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄；

其中，y轴为图像的竖直中垂线；x₁表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最大极限距离；x₂表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最小极限距离；x₃表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最小极限距离；x₄表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最大极限距离；

所述若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线包括：

若第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂，第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线；

其中，所述可控搭线区域还包括：第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域；

所述第一电线对应的第一警示搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁及第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅；

所述第二天线对应的第二警示搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃及第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈；

其中，x₅表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₆表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；x₇表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₈表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

所述若所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线包括：

若第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃，或第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆向其对应的电线移动；

当各集电杆的U形槽与其对应的电线之间的距离在S/2内时，通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，S表示各电线对应的安全搭线区域的安全搭线距离。

2.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线方法，其特征在于，所述通过驱动模块驱动各集电杆向其对应的电线移动的距离为Δd＝W*p；

式中，△d表示集电杆应移动的距离；p表示一个像素点的对应实际长度；W表示△x_d对应的像素点数；△x_d表示当前观测到的电线距离其对应的安全搭线区域的竖直中垂线的距离。

3.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用电源隔离电路将无轨公交电车电源与搭线装置的主控电源进行隔离；

同时利用自恢复保险丝对输入搭线装置的电压和电流进行过压和过流处理。

4.一种无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，包括：

摄像头模块，用于获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

主控模块，用于对获取到的所述图像进行处理，得到第一电线、第二电线所处的位置；

驱动模块，用于当所述第一电线、第二电线的当前位置均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到用户发出的搭线指令时，则驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线；

其中，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域及第二天线对应的第二安全搭线区域；

所述第一电线对应的安全搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂；第二天线对应的安全搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄；

其中，y轴为图像的竖直中垂线；x₁表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最大极限距离；x₂表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最小极限距离；x₃表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最小极限距离；x₄表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最大极限距离；

所述驱动模块，具体用于当第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂，第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线；

其中，所述可控搭线区域还包括：第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域；

所述第一电线对应的第一警示搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁及第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅；

所述第二天线对应的第二警示搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃及第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈；

其中，x₅表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₆表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；x₇表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₈表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

所述驱动模块，还具体用于当第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃，或第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈，且接收到用户发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆向其对应的电线移动；

当各集电杆的U形槽与其对应的电线之间的距离在S/2内时，通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，S表示各电线对应的安全搭线区域的安全搭线距离。

5.根据权利要求4所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述驱动各集电杆向其对应的电线移动的距离为Δd＝W*p；

式中，△d表示集电杆应移动的距离；p表示一个像素点的对应实际长度；W表示△x_d对应的像素点数；△x_d表示当前观测到的电线距离其对应的安全搭线区域的竖直中垂线的距离。

6.根据权利要求4所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述装置还包括：电源隔离电路，自恢复保险丝及安装在电车仪表板上的指示板；

电源隔离电路，用于将无轨公交电车供电的无轨公交电车电源与搭线装置的主控电源进行隔离；

自恢复保险丝，用于对输入搭线装置的电压和电流进行过压和过流处理；

所述指示板包括：LCD显示屏，所述LCD显示屏为半反半透型LCD显示屏。