CN106183895B - 一种单轨接触线磨耗检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单轨接触线磨耗检测装置及方法，涉及城市轨道交通技术，旨在提供一种可以连续进行单轨接触线磨耗检测的装置及方法。本发明技术要点：包括两组支架、两套接触线图像采集模组及数据处理单元；其中，第一组支架的一端固定于检测车上，另一端从检测车的右侧伸到检测车右侧的下方，第一套接触线图像采集模组安装于第一组支架的所述另一端；第二组支架的一端固定于检测车上，另一端从检测车的左侧伸到检测车左侧的下方，第二套接触线图像采集模组安装于第二组支架的所述另一端；数据处理单元用于接收两套接触线图像采集模组输出的左侧及右侧接触线图像数据并根据接触线图像数据计算接触线的磨损比例。

Description

一种单轨接触线磨耗检测装置及方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术，特别是广泛应用于轻轨或地铁三轨的接触线磨耗检测装置。

背景技术

地体列车运行过程中,通过受电弓滑板与接触线的滑动接触取流。要使受电弓良好地受流,必须保证受电弓滑板与接触线可靠接触,这就要求弓网之间必须保持一定的接触压力。但是弓网压力的存在必然导致机械磨耗的出现。

随着运行时间的增加,某些区段列车受电弓与接触线之间弓网关系不良,造成的接触线局部磨损已经非常严重，同时，列车受电弓滑板磨损也较为严重,将会进一步恶化弓网关系。

为保证接触网设备的良好工作状态,科学、系统的分析弓网运行关系，需对接触线磨耗状态进行监测。

目前，维保公司利用列车线路停电时间，用游标卡尺或螺旋测微器人工手动测量接触线残存高度，另一种监测方式是采用接触网磨耗测量仪，由高精度的传感器测头采集磨耗后接触线残存高度，测头通过超高压绝缘杆接触各测点，由无线装置将数据无线传给地面手持掌上电脑。这两种方式的不足之处是只能对接触线进行点测量，测量速度慢，不可能完成对整条线路的接触线磨耗进行连续全面测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种可以连续进行单轨接触线磨耗检测的装置及方法。

其中装置包括两组支架、两套接触线图像采集模组及数据处理单元；

其中，第一组支架的一端固定于检测车上，另一端从检测车的右侧伸到检测车右侧的下方，第一套接触线图像采集模组安装于第一组支架的所述另一端；

第二组支架的一端固定于检测车上，另一端从检测车的左侧伸到检测车左侧的下方，第二套接触线图像采集模组安装于第二组支架的所述另一端；

数据处理单元用于接收两套接触线图像采集模组输出的左侧及右侧接触线图像数据并根据接触线图像数据计算接触线的磨损比例。

进一步，每个所述的接触线图像采集模组包括安装底座、两个面阵相机及补光光源；安装底座与所述支架固定连接；补光光源、两个面阵相机均固定于所述安装底座上，且两个面阵相机竖直排列在一条直线上，两个面阵相机呈一定夹角分布，补光光源的出射光与两个面阵相机的主光轴相交于一设定点。

进一步，每个所述的接触线图像采集模组中的补光光源为线光源；线光源发出的光平面与两个面阵相机主光轴相交于所述设定点。

进一步，还包括同步触发电路；所述同步触发电路同时与四个面阵相机具有信号连接，用于发出同步触发信号控制四个面阵相机同步采集单线接触线的图像。

进一步，还包括存储器；所述存储器用于存储四个面阵相机采集的图像数据。

进一步，还包括网络传输模块；所述网络传输模块用于将四个面阵相机采集的图像数据通过网络传输出去。

进一步，还包括四个去噪滤波器；每个面阵相机的输出端连接一个去噪滤波器；数据处理单元用于接收四路经过去噪后的接触线图像数据。

数据处理单元进一步用于：

将其中一个接触线图像采集模组输出的两路图像数据进行融合，得到左侧或右侧接触线的完整横截面；

统计融合后的图像中接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数ΔP₁；

统计融合后的图像中接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数ΔP₂；

利用公式计算接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；

利用公式计算接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度；

其中，H₁为利用本单轨接触线磨耗检测装置采集、融合后的图像中标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数；p₁为标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；H₂为利用本单轨接触线磨耗检测装置采集、融合后的图像中标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数；p₂为标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度；

依据接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度及其右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度拟合出接触线的残存横截面面积S₁,利用公式计算出接触线磨损比例；其中S为标准接触线横截面面积。

本发明提供的一种单轨接触线磨耗检测方法，包括：

步骤1：采集待测接触线横截面图像；

步骤2：统计待测接触线横截面图像中接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数ΔP₁；统计待测接触线横截面图像中接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数ΔP₂；

步骤3：利用公式计算接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；利用公式计算接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度；

其中，H₁为标准接触线横截面图像中标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数；p₁为标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；H₂为标准接触线横截面图像中标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数；p₂为标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度；

步骤4：依据接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度及其右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度拟合出接触线的残存横截面面积S₁,利用公式计算出接触线磨损比例；其中S为标准接触线横截面面积。

步骤1进一步包括：利用安装于检测车上的接触线图像采集模组采集接触线的横截面图像；并将接触线图像采集模组输出的两路图像进行融合得到接触线的横截面图像；

所述接触线图像采集模组包括安装底座、两个面阵相机及补光光源；安装底座与所述支架固定连接；补光光源、两个面阵相机均固定于所述安装底座上，且两个面阵相机竖直排列在一条直线上，两个面阵相机呈一定夹角分布，补光光源的出射光与两个面阵相机的主光轴相交于一设定点。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明采用机器视觉技术采集接触线的图像数据，且安装于检测车上，使接触线状态数据的采集不再像以往技术那样进行单点测量，而是可以连续采集轨道接触线图像数据，自动计算出磨损比例，检测过程更加自动、检测效率更高，同时节省了人力成本。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明装置结构图。

图2是本发明装置中接触线图像采集模组安装座的侧视图。

图3是本发明装置中接触线图像采集模组主视图。

图4是投入使用后的接触线及汇流排的结构图。

图5是本发明采集到的接触线横截面图像

图6是标准接触线及汇流排的横截面示意图。

图中标记：1为支架；2为接触线图像采集模组；3为PC梁；4为接触线；5为检测车；21为安装底座；22为面阵相机；23为补偿光源；51为检测车行走轮；211为平台；212为上斜面；213为下斜面；220为面阵相机安装孔；230补偿光源安装孔；6为汇流排；7为接触线；8为接触线左侧端点；9为汇流排左侧顶点；10为接触线右侧端点；11为汇流排右侧顶点。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本发明提供的单轨接触线磨耗检测装置包括两组支架1及两套接触线图像采集模组2。图1的视角是检测车在轨道上行走的横截面，图中标记3为PC梁，接触线4布设在PC梁的两侧，PC梁上面布设轨道，列车或检测车行走在PC梁上。

两组支架的一端固定于检测车上，另一端分别从检测车的左右侧伸到检测车的下方，两组支架的另一端分别与一套接触线图像采集模组固定连接，连接方式可以是螺栓、螺孔配合，以便同时检测PC梁两侧的接触线。

继续参见图1，本实用新型中的接触线图像采集模组2包括安装底座21、两个面阵相机22及补光光源23；安装底座21与所述支架1固定连接；补光光源23、两个面阵相机22均固定于所述安装底座21上，且两个面阵相机22竖直排列在一条直线上，两个面阵相机呈一定夹角分布，补光光源的出射光与两个面阵相机的主光轴相交于一设定点。

在一个优选实施例中，所述补光光源为线光源；调整线光源与两个面阵相机的角度，使线光源发出的光平面与两个面阵相机的主光轴相交于所述设定点。

为了便于面阵相机及补偿光源定位，降低加工生产难度，在一个实施例中采用了图2所示的安装底座结构，图2显示的是安装底座的侧视图，结合图3可以看得更加清楚明了。其包括一个平台211，平台211的上端连接有上斜面212，上斜面212与平台211的夹角为钝角，平台211的下端连接有下斜面213，下斜面213与平台211的夹角也为钝角。

平台211上开设有补偿光源安装孔230，上斜面212上开设有面阵相机安装孔220，下斜面213上也开设有面阵相机安装孔220。其中一个面阵相机22安装于上斜面上的安装孔220中，另一个面阵相机安装于下斜面的安装孔220中，补光光源安装于平台的安装孔230中。

优选的，每个所述的接触线图像采集模组中，所述平台211与上斜面212的夹角等于平台211与下斜面213的夹角。

调整支架长度，使得两侧的接触线图像采集模组能分别对准PC梁两侧的接触线。

为了便于后续的图像融合，需要同步控制接触线图像采集模组中两个面阵相机同时采集接触线图像。因此在另一个实施例中，还包括同时与四个面阵相机具有信号连接的同步触发电路，同步触发电路用于发出同步触发信号控制四个面阵相机同步采集单线接触线的图像。同步的方式可以时利用定时器进行计时，每累计一定时间后便向四个面阵相机同时发出触发信号，或者在利用编码器测量检测车行走轨51移动的距离，每移动一定距离后发出触发信号。

在又一实施例中，还包括存储器；所述存储器用于存储四个面阵相机采集的图像数据。

为了将数据传输到远端管理中心或计算处理能力更强大的远端服务器进行后续处理，本实用新型又一实施例还包括网络传输模块；所述网络传输模块用于将四个面阵相机采集的图像数据通过网络传输出去。

为了提高后续图像处理的精度，本发明装置的有一个实施例中还包括四个去噪滤波器；每个面阵相机的输出端连接一个去噪滤波器；数据处理单元用于接收四路经过去噪后的接触线图像数据。

数据处理单元得到四路图像数据后，进行以下处理：

数据处理单元进一步用于：

将其中一个接触线图像采集模组输出的两路图像数据进行融合，得到左侧或右侧接触线的完整横截面；因为两个面阵相机输出的图像都是接触线不完整的横截面图像，分上半部与下半部，因此需要对两路图像进行融合。在一个具体实施例中，采用一个接触线横截面的完整模板将两个面阵相机采集到的接触线横截面的上半部及下半部进行拼接。图像拼接技术为图像处理领域中的现有技术，在此不再详述其具体过程，且现有技术中凡是能够将两幅图像进行拼接、融合的技术都可以用来实现本发明中的将两个面阵相机输出图像进行拼接的技术目的。图5展示了融合后接触线的完整横截面图像。

统计融合后的图像中接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数ΔP₁；

统计融合后的图像中接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数ΔP₂。

利用公式计算接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；

利用公式计算接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度。

其中，H₁为利用本单轨接触线磨耗检测装置采集、融合后的图像中标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数；p₁为标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；H₂为利用本单轨接触线磨耗检测装置采集、融合后的图像中标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数；p₂为标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度。

依据接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度及其右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度拟合出接触线的残存横截面面积S₁,利用公式计算出接触线磨损比例；其中S为标准接触线横截面面积，参见图6。在一个具体实施例中，根据行业标准制定一张接触线左右侧高度与残存截面面积的对应关系表，使用时根据检测到的接触线左右侧高度从表中查找到残存截面面积S₁。

需要说明的是标准接触线是指没有磨损的全新的接触线，本发明中标准接触线横截面图像是由本发明装置在采集实际投入使用的接触线图像相同工况下采集到的截面图，所述工况相同是指接触线图像采集模组与接触线的相对位置相同。

本发明还提供的一种单轨接触线磨耗检测方法，包括：

步骤1：采集待测接触线横截面图像。

步骤2：统计待测接触线横截面图像中接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数ΔP₁；统计待测接触线横截面图像中接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数ΔP₂。

步骤3：利用公式计算接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；利用公式计算接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度。

其中，H₁为标准接触线横截面图像中标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数；p₁为标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；H₂为标准接触线横截面图像中标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数；p₂为标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度。

步骤4：依据接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度及其右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度拟合出接触线的残存横截面面积S₁,利用公式计算出接触线磨损比例；其中S为标准接触线横截面面积。

更具体的步骤1进一步包括：利用安装于检测车上的接触线图像采集模组采集接触线的横截面图像；并将接触线图像采集模组输出的两路图像进行融合得到接触线的横截面图像。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种单轨接触线磨耗检测装置，其特征在于，包括两组支架、两套接触线图像采集模组及数据处理单元；

其中，第一组支架的一端固定于检测车上，另一端从检测车的右侧伸到检测车右侧的下方，第一套接触线图像采集模组安装于第一组支架的所述另一端；

第二组支架的一端固定于检测车上，另一端从检测车的左侧伸到检测车左侧的下方，第二套接触线图像采集模组安装于第二组支架的所述另一端；

数据处理单元用于接收两套接触线图像采集模组输出的左侧及右侧接触线图像数据并根据接触线图像数据计算接触线的磨损比例。

2.根据权利要求1所述的一种单轨接触线磨耗检测装置，其特征在于，每个所述的接触线图像采集模组包括安装底座、两个面阵相机及补光光源；安装底座与所述支架固定连接；补光光源、两个面阵相机均固定于所述安装底座上，且两个面阵相机竖直排列在一条直线上，两个面阵相机呈一定夹角分布，补光光源的出射光与两个面阵相机主光轴相交于一设定点。

3.根据权利要求2所述的一种单轨接触线磨耗检测装置，其特征在于，每个所述的接触线图像采集模组中的补光光源为线光源；线光源发出的光平面与两个面阵相机主光轴相交于所述设定点。

4.根据权利要求2所述的一种单轨接触线磨耗检测装置，其特征在于，还包括同步触发电路；所述同步触发电路同时与四个面阵相机具有信号连接，用于发出同步触发信号控制四个面阵相机同步采集单线接触线的图像。

5.根据权利要求2所述的一种单轨接触线磨耗检测装置，其特征在于，还包括存储器；所述存储器用于存储四个面阵相机采集的图像数据。

6.根据权利要求2所述的一种单轨接触线磨耗检测装置，其特征在于，还包括网络传输模块；所述网络传输模块用于将四个面阵相机采集的图像数据通过网络传输出去。

7.根据权利要求2所述的一种单轨接触线磨耗检测装置，其特征在于，还包括四个去噪滤波器；每个面阵相机的输出端连接一个去噪滤波器；数据处理单元用于接收四路经过去噪后的接触线图像数据。

8.根据权利要求2所述的一种单轨接触线磨耗检测装置，其特征在于，数据处理单元进一步用于：

将其中一个接触线图像采集模组输出的两路图像数据进行融合，得到左侧或右侧接触线的完整横截面；

统计融合后的图像中接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数ΔP₁；

统计融合后的图像中接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数ΔP₂；

利用公式计算接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；

利用公式计算接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度；

其中，H₁为利用本单轨接触线磨耗检测装置采集、融合后的图像中标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数；p₁为标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；H₂为利用本单轨接触线磨耗检测装置采集、融合后的图像中标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数；p₂为标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度；

依据接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度及其右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度拟合出接触线的残存横截面面积S₁,利用公式计算出接触线磨损比例；其中S为标准接触线横截面面积。

9.一种采用如权利要求1所述的单轨接触线磨耗检测装置的单轨接触线磨耗检测方法，其特征在于，包括：

步骤1：采集待测接触线横截面图像；

步骤2：统计待测接触线横截面图像中接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数ΔP₁；统计待测接触线横截面图像中接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数ΔP₂；

步骤3：利用公式计算接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；利用公式计算接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度；

其中，H₁为标准接触线横截面图像中标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的像素个数；p₁为标准接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度；H₂为标准接触线横截面图像中标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的像素个数；p₂为标准接触线右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度；

步骤4：依据接触线左侧端点到汇流排左侧顶点的实际高度及其右侧端点到汇流排右侧顶点的实际高度拟合出接触线的残存横截面面积S₁,利用公式计算出接触线磨损比例；其中S为标准接触线横截面面积。

10.根据权利要求9所述的一种采用单轨接触线磨耗检测装置的单轨接触线磨耗检测方法，其特征在于，

步骤1进一步包括：利用安装于检测车上的接触线图像采集模组采集接触线的横截面图像；并将接触线图像采集模组输出的两路图像进行融合得到接触线的横截面图像；

所述接触线图像采集模组包括安装底座、两个面阵相机及补光光源；安装底座与所述支架固定连接；补光光源、两个面阵相机均固定于所述安装底座上，且两个面阵相机竖直排列在一条直线上，两个面阵相机呈一定夹角分布，补光光源的出射光与两个面阵相机的主光轴相交于一设定点。