CN105674896B - 基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法，运用于车载弓网动态监测系统或手推式接触网巡检车上，其包括以下步骤：(1)，获取图像中接触网的像素坐标(xPixel，yPixel)以及检测装置的角度变化(xAngle，yAngle)，(2)，数据处理，将整个测试范围分为N段，对每段进行标定，从而使每段形成一组相机标定参数；通过步骤(1)所获取的像素坐标，判断和获取该像素坐标位于的标定高度段，再通过该高度段的相机标定参数，得出拉出值、导高值；(3)，数据校正，通过校正转换，获取接触网实际的拉出值和导高值；(4)，坡度计算；本发明采用三角测距原理，能够有效的检测接触网的导高、拉出、两线间距和坡度，保证整个量程内的测量精度，消除较大范围的误差。

Description

基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，尤其涉及一种运用于车载弓网动态监测系统或手推式接触网巡检车的接触网几何参数的动态检测方法。

背景技术

接触网是电气化铁路系统的重要的架空设备，是整个牵引供电系统最为关键的部件。接触网的几何参数直线影响电气化列车的运行效果，在安全提速和高速运行方面起着至关重要的作用。当前对接触网的几何参数检测，作为接触网维护和检修的重要参考，主要有三种方式：接触式网检设备、手持式非接触的网检设备、车载式非接触的网检设备。对于这三种检测设备，均存在着弊端，其中，接触式网检设备操作繁琐，检测数据因人而异，耗时，不能适用于平时网检；手持式非接触的网检设备采用的点激光测试技术，在检测过程中需人工对位，且对位困难，测试速度慢，不能适用于平时网检；而车载式非接触的网检设备自动化程度高，能够自动采集相关数据，无需人工操，一定程度上可以弥补传统技术的不足，但其采用的是双目视觉的检测方法，对两个相机的安装要求高，实际工程运用难于达到高精度测量。

由于接触网的参数测量对列车的行驶起着至关重要的作用，而现有的测量技术又存在诸多不足，因此亟需一种精度高、误差小的测量方法取代现有技术。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中的不足，提供一种基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法。

一种基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法，用于车载弓网动态监测系统或手推式接触网巡检车上，以检测接触网的相关参数，其包括以下步骤：

(1)，获取图像中接触网的像素坐标xPixel、yPixel以及三角测量装置的角度变化xAngle、yAngle，基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法提供一检测装置，该检测装置包括线激光器、工业相机及倾角传感器，所述列车和手推巡检车均包括车身部分，所述线激光器和工业相机装设于车身顶部，线激光器的照射方向垂直于车身本并朝向接触网，所述工业相机与车身呈一夹角，并且线激光器与工业相机在同一直线上，线激光器的光照射在接触网形成一亮光区域，线激光器、工业相机及亮光区域呈三角分布，从工业相机所拍摄的图像获取目标点在图像中的位置，得出接触网的坐标值，倾角传感器获取行驶中的列车或手推巡检车车身的倾斜角度(xAngle，yAngle)；

(2)，数据处理，将整个测量范围分为N段标定高度段，对每段进行标定，从而使每段形成一组相机标定参数，将步骤(1)所获取的像素坐标值与每一段的标定参数作比较，获取该像素坐标所位于标定高度段，再通过该高度段的相机标定参数，得出拉出值、导高值，即为xVal、hVal；

(3)，数据较正，根据计算的xVal和hVal及倾角传感器的参数对数据进行补偿，通过校正转换，获取实际的拉出值和导高值；

(4)，坡度计算，计算相邻两接触网定位点的高度差与两定位点距离的比值；

(5)，实时判断报警，根据步骤(1)、(2)、(3)、(4)所获得的数据的大小判断是否需要报警提示，当所有的数据均没有超出设定值时，则认定为安全；当其中的一个或一个以上的数据超出设定值时，系统则认定存在隐患，进行报警。

本发明的有益效果在于：采用三角测距原理，算法简单可靠，能够有效的检测接触网的导高、拉出和坡度、两线间距，且具备很高的测量精度，精度为±1.5mm。在测量过程中，采用逐段线性标定，则将测试范围分为N段，每段进行精确标定，这样可保证整个量程内的测量精度，消除较大范围的误差，使得量程在3550—4800处的误差控制在±1.5mm，量程在300—1500范围的误差控制在±1mm。整个检测装置结构简单，测量数据全面，实用性好，具有较强的推广意义。

附图说明

图1为发明基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法进行测量时的示意图。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法，该方法可用于车载弓网动态监测系统或手推式接触网巡检车上，以检测接触网的相关参数，该基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法包括以下步骤：

步骤(1)，获取图像中接触网的像素坐标(xPixel,yPixel)以及角度变化(xAngle，yAngle)，本发明提供一检测装置，该检测装置包括线激光器10、工业相机20、一倾角传感器、水平位移传感器(图未示)、限界检测仪(图未示)，所述列车和手推巡检车均包括车身部分，所述线激光器和工业相机安装于列车车顶或者手推式接触网检测车的设备安装台，所述接触网40设在车身上方，接触网40与列车上的受电弓相互配合，进行电力传输以提供动力。

所述线激光器10垂直于车顶30或安装台并朝向接触网，线激光器10的照射方向朝向接触网40，所述工业相机与车顶30或安装台呈一夹角，并且线激光器10与工业相机20在同一直线上。进行检测时，线激光器10的光照射在接触网40形成一亮光区域，线激光器10、工业相机20及亮光区域呈三角分布，工业相机20进行连接拍照，倾角传感器对行驶中车身的倾斜角度进行测量。完成拍照后，对照片进行二值化处理，设定一个基点，建立坐标，获取接触网在图像中的位置，从而得出目标点的坐标值，如果列车或手推巡检车的车身发生倾斜或振动，目标点在图像中的位置将发生变化。

步骤(2)，数据处理，将整个测量范围分为N段高度段，对每段进行标定，从而使每段形成一组相机标定参数，将步骤(1)所获取的像素坐标值与每一段的标定参数作比较，判断所获取的像素坐标值落入到测量范围的哪一段，从而获取该像素坐标所位于标定高度段，再通过该高度段的相机标定参数，得出拉出值、导高值，即为xVal、hVal。

计算时，先简化以下公式

再将以上公式进行换算，

那么，得到以下简式：

将像素坐标值代入对应的标定高度段的测量公式中，其中x、y为像素坐标(xPixel，yPixel)的取值，测试范围的不同高度段中，k、j、a、b的取值不相同，x’的结果为拉出值的直接测量结果，x″为导高值的直接测量结果。步骤(3)，数据较正，根据计算的xVal和hVal及倾角传感器的参数对数据进行补偿：

hReal＝f(hVal,xVal,hInc,KaH,KbH,xAngle,yAngle)

xReal＝f(hVal,xVal,xInc,KaX,KbX,xAngle,yAngle)

其中，xReal、hReal为补偿后的拉出值、导高值，xAngle为X方向的角度变化，yAngle为Y方向的角度。高度补偿为hInc，水平的补偿为xInc，激光器到固定支点之间的距离为L，直接测试结果为(xVal,hVal)，高度方向的矫正参数为KaH、KbH，水平方向的矫正参数为KaX，KbX。

计算时，首先，将坐标系统换算到初始坐标系，如下：

H＝hVal×cos(xAngle)×cos(yAngle)

X1＝xVal×cos(xAngle)+H1×sin(xAngle)

s再次，将初始坐标系换算到实际坐标系，如下：

H2＝KaH×H1+KbH

X2＝KaX×X1+KbX

hReal＝H2+hlnc

xReal＝X2+xlnc

步骤(4)，坡度计算从步骤(1)选取相邻接触网定位点的两张图像并分别从图像中获取一设定点的坐标(Ymm1，Hmm1)、(Ymm2，Hmm2)，利用编码器计算两定位点距离L，求两坐标差值与两定位点距离的比值进行坡度计算：

步骤(5)：实时判断报警，根据步骤(1)、(2)、(3)、(4)所获得的数据的大小判断是否需要报警提示，当所有的数据均没有超出设定值时，则认定为安全；当其中的一个或一个以上的数据超出设定值时，系统则认定存在隐患，进行报警，及时通知工作人员。

本发明的有益效果在于：采用三角测距原理，算法简单可靠，能够有效的检测接触网的导高、拉出和坡度、两线间距，且具备很高的测量精度，精度为±1.5mm。在测量过程中，采用逐段线性标定，则将测试范围分为N段，每段进行精确标定，这样可保证整个量程内的测量精度，消除较大范围的误差，使得量程在3550—4800处的误差控制在±1.5mm，量程在300—1500范围的误差控制在±1mm。整个检测装置结构简单，测量数据全面，实用性好，具有较强的推广意义。

以上所述实施例仅表达了发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。因此，发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法，用于车载弓网动态监测系统或手推式接触网巡检车上，以检测接触网的相关几何参数，其特征在于，基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法包括以下步骤：

(1)，获取图像中接触网的像素坐标(xPixel、yPixel)以及检测装置角度变化(xAngle、yAngle)，基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法提供一检测装置，该检测装置包括线激光器、工业相机及倾角传感器，所述线激光器和工业相机安装于列车车顶或者手推式接触网检测车的设备安装台装设于车身顶部，线激光器的照射方向垂直于车顶或安装台并朝向接触网，所述工业相机与车顶或安装台呈一夹角，并且线激光器与工业相机在同一直线上，线激光器的光照射在接触网形成一亮光区域，线激光器、工业相机及亮光区域呈三角分布，从工业相机所拍摄的图像获取目标点接触网在图像中的位置，得出接触网的坐标值，倾角传感器获取行驶中车载弓网动态监测系统或手推式接触网巡检车的车身的倾斜角度(xAngle，yAngle)；

(2)，数据处理，将整个测量范围分为N段标定高度段，对每段进行标定，从而使每段形成一组相机标定参数，将步骤(1)所获取的像素坐标值与每一段的标定参数作比较，获取该像素坐标所位于标定高度段，再通过该高度段的相机标定参数，得出拉出值、导高值，即为xVal、hVal；

(3)，数据较正，根据计算的xVal和hVal及倾角传感器的参数对数据进行补偿，通过校正转换，获取接触网实际的拉出值和导高值；

(4)，坡度计算，计算相邻两接触网定位点的高度差与两定位点距离的比值；

(5)，实时判断报警，根据步骤(1)、(2)、(3)、(4)所获得的数据的大小判断是否需要报警提示，当所有的数据均没有超出设定值时，则认定为安全；当其中的一个或一个以上的数据超出设定值时，系统则认定存在隐患，进行报警。

2.如权利要求1所述的基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法，其特征在于：在步骤(2)中，计算时，

将像素坐标值代入对应的标定高度段的测量公式中：

其中，x、y为像素坐标(xPixel，yPixel)的取值，测试范围的不同高度段中，k、j、a、b的取值不相同，X’的结果为拉出值的直接测量结果，x”为导高值的直接测量结果。

3.如权利要求1所述的基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法，其特征在于：在步骤(3)中获取实际的拉出值、导高值(xReal、hReal)，其中

hReal＝f(hVal,xVal,hInc,KaH,KbH,xAngle,yAngle)

xReal＝f(hVal,xVal,xInc,KaX,KbX,xAngle,yAngle)

xAngle为X方向的角度变化，yAngle为Y方向的角度变化，高度补偿为hInc，水平的补偿为xInc，激光器到安装台固定支点之间的距离为L，直接测试结果为(xVal,hVal)，高度方向的矫正参数为KaH、KbH，水平方向的矫正参数为KaX，KbX。

4.如权利要求3所述的基于三角测量的接触网几何参数动态检测方法，其特征在于：在步骤(3)中，计算时，首先，将坐标系统换算到初始坐标系，如下：

H＝hVal×cos(xAngle)×cos(yAngle)

dH＝L×sin(yAngle)

H1＝H+dH

X1＝xVal×cos(xAngle)+H1×sin(xAngle)

再次，将初始坐标系换算到实际坐标系，如下：

H2＝KaH×H1+KbH

X2＝KaX×X1+KbX

hReal＝H2+hlnc

xReal＝X2+xlnc

通过上式计算，获取实际的拉出值、导高值。