CN108469252B - 火车受电弓上供电线的检测识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种火车受电弓上供电线检测及识别方法，包括如下步骤：预先指定参考点，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；按照预设条件对所述初步疑似供电线进行筛选合并，得到合并后的疑似供电线；根据合并后的疑似供电线的个数，按照预设的判断标准，识别出供电线。本发明方法简洁易行、检测效率高，成功地解决了现有技术中难以对火车受电弓上供电线进行准确检测、以及难以对火车受电弓上供电线进行高效识别的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是高速电气化铁路技术领域，具体而言，本发明涉及一种火车受电弓上供电线的检测识别方法。
背景技术
电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。电力牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。变电所通常设在铁道附近，便于将从发电厂经高压输电线送来的电流，传输至铁路上空的接触网上。接触网是向电力机车直接输送电能的设备，是电气化铁路的动脉。
电力机车利用车顶的受电弓从接触网获得电能，促使牵引列车运行。因此，受电弓是电力机车从接触网接触的导线上受取电流的一种受流装置。受电弓通过绝缘子安装在电力机车的车顶上，是一种铰接式的机械构件。当受电弓升起时，其滑板与接触网的导线直接接触，从接触网导线上受取电流，并将其通过车顶母线传送至机车内部，供机车使用。
在高铁高速运行过程中，正确识别出接触导线后，可以准确判断接触线位置，对危险情况作出报告，因而针对受电弓上的接触导线的识别显得愈发重要。现有的关于检测火车受电弓上供电线的方法中，暴露出数据传输量多、计算量大、对信号处理设备要求较高的缺陷。现有技术也反映出因火车供电线的位置角度不是很规律，导致难以对火车受电弓上供电线的检测及识别的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题和缺陷，提出一种火车受电弓上供电线的检测识别方法，解决了现有技术中难以对火车受电弓上供电线进行准确检测、以及难以对火车受电弓上供电线进行高效识别的技术问题。
本发明的实施例提供了一种火车受电弓上供电线检测及识别方法，包括如下步骤：
S101，预先指定参考点，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；
S102，按照预设条件对所述初步疑似供电线进行筛选合并，得到合并后的疑似供电线；
S103，根据合并后的疑似供电线的个数，按照预设的判断标准，识别出供电线。
具体地，预先指定参考点，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线，还包括：
预先指定位于受电弓上方的电线上、且距离所述受电弓的距离为T1的一个参考点，做为第一定位点；
以所述第一定位点为基准，从左至右扫描每个像素，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线。
较佳地，所述预先指定参考点，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线，还包括：
以所述第一定位点为基准，扫描第一预设数量的像素 ，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素；
若存在连续三个像素的亮度大于所述第一预设阈值时，则判定出所述第一定位点的所在位置是供电线经过的位置；
获取所述第一定位点的坐标，根据所述第一定位点的坐标，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线。
具体地，根据所述第一定位点的坐标，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；包括：
以供电线经过的位置为中心，按照预先指定的扫描范围 和预先指定的扫描间隔距离 ，旋转画直线，得到多个待投票线；
根据已确定出的亮度大于第一预设阈值的像素，计算每个所述像素到每根所述待投票线之间的距离；
计算每根待投票线的投票数，得票最多的为初步疑似供电线；
检测出其余供电线经过位置处的初步疑似供电线，获得多个初步疑似供电线。
具体地，所述按照预设条件对所述初步疑似供电线进行筛选合并，得到合并后的疑似供电线，包括：
在受电弓上面的指定的距离的T1、T2、T3处，以两个初步疑似供电线作为一组，判断每组中的初步疑似供电线是否满足相同的筛选条件，若满足，则将两根初步疑似供电线合并，得到合并后的一个疑似供电线。
具体地，所述根据合并后的疑似供电线的个数，按照预设的判断标准，识别出供电线，包括：
若合并后的疑似供电线的个数等于2，则计算两根疑似供电线的斜率；
若所述斜率小于90度，则右边线为供电线，否则左边线为供电线。
具体地，所述根据合并后的疑似供电线的个数，按照预设的判断标准，识别出供电线，包括：
若合并后的疑似供电线的个数是大于2，则计算两根疑似供电线的斜率；
若斜率小于90度，则右边线为供电线，否则左边线为供电线。
较佳地，还包括：确定出扫描图像中供电线与受电弓交叉点的位置坐标（x,y）；
判断当前扫描图像高度在交叉点的纵坐标位置+相对高度位置处，是否存在连续三个像素亮度大于第二预设阈值的像素，若存在，则记录平均坐标；
基于所述相对高度在预设范围内遍历，将多个所述平均坐标拟合一条直线，作为供电线。
较佳地，按照预设条件对所述初步疑似供电线进行筛选合并之前，还包括：
将受电弓上面的指定的距离的T2作为第二定位点，扫描第二预设数量的像素，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素；
将受电弓上面的指定的距离的T3作为第三定位点，扫描第三预设数量的像素，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素。
本发明技术方案带来的有益效果：
本发明提供的火车受电弓上供电线检测及识别方法，解决了现有技术中难以对火车受电弓上供电线进行准确检测、以及难以对火车受电弓上供电线进行高效识别的技术问题。不仅如此，利用本发明提供的方法，能够检测出受电弓上的所有供电线，检测精度高；本发明提供的检测方法能够实现实时监测，实时提供供电线情况，因此检测速度快，同时也具备了对危险情况及时作出判断的功能。此外，本发明只采用了单目摄像头图像处理算法进行检测识别，因此无对外电磁辐射，具有良好的电磁抗干扰性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明火车受电弓上供电线检测及识别方法的主要流程示意图；
图2为火车受电弓的实例图；
图3为火车受电弓处于工作状态时的示意图；
图4为一种非接触式接触网参数检测装置的示意图。
具体实施方式
面临火车供电线的位置角度不是很规律，难以识别的现状，本发明的发明人提出了可应用于火车受电弓上的供电线检测及识别方法，该方法基于单目视觉图像进行供电线检测及识别。较现有技术中其他方式，本发明具有简单易行、识别准确率高、识别速度快的特点，直接解决了目前难以对火车受电弓上供电线的检测及识别的技术问题。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面首先介绍一些本发明实施例中使用到的技术术语。
受电弓——电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。受电头又被称为弓头，是受电弓组成框架支撑的部分，包括了弓角、单个或多个接触板、托架、支撑装置及导向装置等。其中，接触板又被称为滑板，它的表面直接接触于接触导线，弓头利用其获取电流。
电弧——具有导电性的电离气体。
图2为火车受电弓的实例图。图3为火车受电弓处于工作状态时的示意图。下面结合图2和图3，介绍受电弓与接触导线受电弓安装在电力机车、动车组车辆车顶上，从一条或多条接触导线上获取电流，电力机车通过输电网获取电能，这一过程利用安装在机车项部的受电弓滑板与输电网接触导线之间的滑动接触来完成。
在高铁高速运行过程中，识别受电弓上的接触导线非常重要。识别出接触导线后，可以判断接触线位置，对危险情况作出报告。
接触网与火车受电弓相连部分是接触线，它是通过上方另外一根承力索的悬挂来维持高度和方向的，也就是说接触线的下部，就是和受电弓接触的部分，是没有什么障碍的，因此受电弓不需要绕过什么障碍就能和接触线连续接触。即使是在分相区，在进入分相区时，接触线会偏转离开火车上方，同时另外一根无电的接触线会从另外一侧同步接进来，确保在分相区时受电弓上方也有接触线存在，等过了分相区以后，同样的方法，另外一相高压电同步被接进来。
图4为一种非接触式接触网参数检测装置的示意图。该非接触式接触网参数检测装置主要根据图像处理技术和伺服跟踪的原理。由图4可知，该检测装置安装在车厢顶上，主要由4个CCD摄像机和3个聚光灯组成。在机车运行中，通过工业相机（或摄像机）拍摄接触网和弓网的工作图像，利用图像处理技术对拍摄的图像进行分析、处理，计算出接触线高度和拉出值大小。
发明人根据实际生产研发积累的一线经验，基于图像处理的接触网参数检测技术的基础上，研究图像处理技术、机器视觉、模式识别、电子通信等多学科交叉的先进接触网检测技术。提出了一种火车受电弓上供电线检测及识别方法，具体流程参见附图1。
本发明的实施例提供了一种火车受电弓上供电线检测及识别方法，包括如下步骤：
S101，预先指定参考点，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；
S102，按照预设条件对初步疑似供电线进行筛选合并，得到合并后的疑似供电线；
S103，根据合并后的疑似供电线的个数，按照预设的判断标准，识别出供电线。
具体地，预先指定参考点，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线，还包括：
预先指定位于受电弓上方的电线上、且距离所述受电弓的距离为T1的一个参考点，做为第一定位点；
以第一定位点为基准，从左至右扫描每个像素，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线。例如，在受电弓上面一定距离T1处，从左到右扫描每个像素，判断每个像素亮度值，寻找亮度大于一定阈值O的像素。如果有连续三个像素亮度大于阈值，认为该点为供电线经过位置，记录该点坐标。用同样的方法，检测后面其他线。T1暂取10像素。
较佳地，所述预先指定参考点，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线，还包括：
以第一定位点为基准，扫描第一预设数量的像素 ，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素；
若存在连续三个像素的亮度大于第一预设阈值时，则判定出第一定位点的所在位置是供电线经过的位置；
获取第一定位点的坐标，根据第一定位点的坐标，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线。
具体地，根据第一定位点的坐标，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；包括：
以供电线经过的位置为中心，按照预先指定的扫描范围和预先指定的扫描间隔距离，旋转画直线，得到多个待投票线；
根据已确定出的亮度大于第一预设阈值的像素，计算每个像素到每根待投票线之间的距离；例如，以寻找出的供电线经过的位置为中心，预设的扫描范围选取从-20度到+20度，预先指定的扫描间隔距离是1度，旋转画直线，其中0度为竖直线，这些线称为待投票线，例如获得带投票线共41根。在得到的扫描图像中，亮度大于阈值的像素，计算和每个待投票线的距离，距离待投票线小于2个像素的，投影到该待投票线。
计算每个待投票线的投票数，得票最多的为初步疑似供电线。用该方法查找其余供电线经过位置处的初步疑似供电线。
计算每根待投票线的投票数，得票最多的为初步疑似供电线。
检测出其余供电线经过位置处的初步疑似供电线，获得多个初步疑似供电线。
具体地，所述按照预设条件对初步疑似供电线进行筛选合并，得到合并后的疑似供电线，包括：
在受电弓上面的指定的距离的T1、T2、T3处，以两个初步疑似供电线作为一组，判断每组中的初步疑似供电线是否满足相同的筛选条件，若满足，则将两根初步疑似供电线合并，得到合并后的一个疑似供电线。
具体地，根据合并后的疑似供电线的个数，按照预设的判断标准，识别出供电线，包括：
若合并后的疑似供电线的个数等于2，则计算两根疑似供电线的斜率；
若斜率小于90度，则右边线为供电线，否则左边线为供电线。
具体地，根据合并后的疑似供电线的个数，按照预设的判断标准，识别出供电线，包括：
若合并后的疑似供电线的个数是大于2，则计算两根疑似供电线的斜率；
若斜率小于90度，则右边线为供电线，否则左边线为供电线。疑似供电线个数为1情况不存在。
例如，在受电弓上面一定距离T1、T2、T3处，检测的疑似供电线进行合并。每两根疑似供电线如果距离小于2个像素的匹配数量大于阈值M，则认为是一根疑似供电线，两根只取其中一根。M暂取10。
较佳地，还包括：确定出扫描图像中供电线与受电弓交叉点的位置坐标（x,y）；
判断当前扫描图像高度在交叉点的纵坐标位置+相对高度位置处，是否存在连续三个像素亮度大于第二预设阈值的像素，若存在，则记录平均坐标；
基于相对高度在预设范围内遍历，将多个平均坐标拟合一条直线，作为供电线。
例如，取上幅图像中供电线与受电弓交叉点位置坐标（x,y）。当前图像高度在交叉点y位置+Di位置处，左边从交叉点x坐标-5像素到右边交叉点x坐标+5像素范围内，扫描阈值大于O的点，如果有连续三个像素亮度大于阈值，记录平均坐标；Di遍历5到20，所有记录的平均坐标拟合一条直线。该线为供电线。如果扫描到两个直线，则第二组扫描点平均坐标拟合第二条条直线，计算两根疑似供电线的斜率，如果斜率小于90度，则右边线为供电线，否则左边线为供电线。Di为相对高度位置处。
较佳地，按照预设条件对初步疑似供电线进行筛选合并之前，还包括：
将受电弓上面的指定的距离的T2作为第二定位点，扫描第二预设数量的像素，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素；
将受电弓上面的指定的距离的T3作为第三定位点，扫描第三预设数量的像素，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素。
本发明提供的火车受电弓上供电线检测及识别方法，解决了现有技术中难以对火车受电弓上供电线进行准确检测、以及难以对火车受电弓上供电线进行高效识别的技术问题。不仅如此，利用本发明提供的方法，能够检测出受电弓上的所有供电线，检测精度高；本发明提供的检测方法能够实现实时监测，实时提供供电线情况，因此检测速度快，同时也具备了对危险情况及时作出判断的功能。此外，本发明只采用了单目摄像头图像处理算法进行检测识别，因此无对外电磁辐射，具有良好的电磁抗干扰性。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种火车受电弓上供电线检测及识别方法，包括如下步骤：
S101，预先指定参考点，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；
包括：预先指定位于受电弓上方的电线上、且距离所述受电弓的距离为T1的一个参考点，作为第一定位点；以所述第一定位点为基准，从左至右扫描每个像素，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；
具体的，在受电弓上面一定距离T1处，从左到右扫描每个像素，判断每个像素亮度值，寻找亮度大于一定阈值的像素；如果有连续三个像素亮度大于阈值，认为该点为疑似供电线经过位置，记录该点坐标；
包括：以所述第一定位点为基准，扫描第一预设数量的像素，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素；若存在连续三个像素的亮度大于所述第一预设阈值时，则判定出所述第一定位点的所在位置是疑似供电线经过的位置；获取所述第一定位点的坐标，根据所述第一定位点的坐标，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；
根据所述第一定位点的坐标，获取指定检测范围内的扫描图像，检测出多个初步疑似供电线；包括：以疑似供电线经过的位置为中心，按照预先指定的扫描范围和预先指定的扫描间隔距离，旋转画直线，得到多个待投票线；根据已确定出的亮度大于第一预设阈值的像素，计算每个所述像素到每根所述待投票线之间的距离；
具体的，以寻找出的疑似供电线经过的位置为中心，预设的扫描范围选取从-20度到+20度，预先指定的扫描间隔距离是1度，旋转画直线，其中0度为竖直线，这些线称为待投票线，在得到的扫描图像中，亮度大于阈值的像素，计算和每个待投票线的距离，距离待投票线小于2个像素的，投影到该待投票线；
计算每根待投票线的投票数，得票最多的为初步疑似供电线；检测出各初步疑似供电线，获得多个初步疑似供电线；
按照预设条件对所述初步疑似供电线进行筛选合并之前，还包括：
将受电弓上面的指定的距离的T2作为第二定位点，扫描第二预设数量的像素，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素；
将受电弓上面的指定的距离的T3作为第三定位点，扫描第三预设数量的像素，并获取每个被扫描像素的亮度值，确定出亮度大于第一预设阈值的像素；
S102，按照预设条件对所述初步疑似供电线进行筛选合并，得到合并后的疑似供电线；
包括：在受电弓上面的指定的距离的T1、T2、T3处，以两个初步疑似供电线作为一组，判断每组中的初步疑似供电线是否满足相同的筛选条件，若满足，则将两根初步疑似供电线合并，得到合并后的一个疑似供电线；
具体的，在受电弓上面一定距离T1、T2、T3处，检测的疑似供电线进行合并；每两根疑似供电线如果距离小于2个像素的匹配数量大于阈值M，则认为是一根疑似供电线，两根只取其中一根；
S103，根据合并后的疑似供电线的个数，按照预设的判断标准，识别出供电线；
包括：
若合并后的疑似供电线的个数等于2，则计算两根疑似供电线的倾斜角度；
若所述倾斜角度小于90度，则右边线为供电线，否则左边线为供电线；
若合并后的疑似供电线的个数是大于2，则计算两根疑似供电线的倾斜角度；
若倾斜角度小于90度，则右边线为供电线，否则左边线为供电线。
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