CN109143001A - 受电弓检测系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种受电弓检测系统，包括：安装架；受电弓通过检测模块用于检测受电弓的通过；车号识别照相机在所述受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对列车的车号进行拍照；电火花检测照相机和所述结构异常检测照相机在所述受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照；处理器接收所述车号检测照相机、所述电火花检测照相机以及所述结构异常检测照相机的图像信息，并执行图像处理处理获得受电弓参数，确定受电弓结构是否存在异常。本发明通过检测电火花并确定电火花成因，实现受电弓故障检测。

Description

受电弓检测系统

技术领域

本发明涉及地铁故障监测领域，更具体地，涉及一种受电弓检测系统。

背景技术

传统的受电弓检修方式主要依赖一定周期间隔内人工登顶检查，需要在检修库内设有登顶平台的检修股道进行，检修前后需进行接触网断送电作业，检修效率低下。地铁受电弓状态动态检测系统利用非接触式图像处理技术，在不停车情况下动态检测受电弓状态参数，系统可靠性高；同时，系统采用大屏幕显示技术，实现了受电弓及地铁车辆车顶状况在DCC控制室内可视化观测，很大程度上降低了人工上车顶检查的频率，提高了地铁车辆受电弓的检修效率。城市轨道交通作为人们出行的主要交通方式，保障运营安全非常关键，自动化检测设备的运用显得非常必要。因此，有必要开发一种受电弓检测系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种受电弓检测系统，其能够通过检测受电弓的通过，确定电火花产生，再运用机器视觉测量受电弓的导高和拉出值，通过服务器对图片进行分析提取出深度信息，然后将测量值与标定图片的信息进行比较，确定监测区域是否故障。

根据本发明的一方面，提出了一种受电弓检测系统，所述系统可以包括：安装架、处理器以及设置在所述安装架上的受电弓通过检测模块、车号检测照相机、电火花检测照相机以及结构异常检测照相机，

所述受电弓通过检测模块用于检测受电弓的通过；

所述车号识别照相机在所述受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对列车的车号进行拍照；

所述电火花检测照相机和所述结构异常检测照相机在所述受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照；

所述处理器接收所述车号检测照相机、所述电火花检测照相机以及所述结构异常检测照相机的图像信息，并执行以下处理步骤：

1)对所述电火花检测照相机所拍摄的图像进行电火花检测，判断是否产生电火花；

2)如果产生火花，基于所述车号识别照相机所拍摄的图像确定车号；

3)确认车号后，将所述结构异常检测照相机拍摄的受电弓图像与受电弓标准模板进行匹配，确定受电弓结构是否存在异常。

优选地，通过以下方式判断是否产生电火花：基于识别所述电火花检测照相机拍摄的受电弓图像，获得所述受电弓图像中紫外线辐射增量，并依据所述紫外线辐射增量判断是否产生电火花。

优选地，在步骤3)中，通过以下步骤判断受电弓结构是否存在异常：

3-1)利用模板匹配算法将所述结构异常检测照相机拍摄的受电弓结构图像与标准图像进行图像特征匹配；

3-2)将图像特征匹配后的图像进行直方图均衡化处理；

3-3)对直方图均衡化处理后的图像再次与标准模板进行位置匹配，获得受电弓定位及位置参数，计算所述受电弓导高和拉出值；

3-4)将步骤3-3)中获得的受电弓导高和拉出值，与标准参数进行匹配，确定受电弓结构是否存在异常。

优选地，还包括基于所述受电弓定位及位置参数，确定碳滑板定位获得碳滑板边缘点，并依据所述碳滑板边缘点的位置参数计算受电弓碳滑板磨耗值。

优选地，所述安装架包括立柱，所述受电弓通过检测模块设于所述立柱上，所述安装架设置于列车行驶轨道的外侧。

优选地，所述安装架包括两根立柱和设于所述两根立柱之间的横梁，所述受电弓通过检测模块设于所述立柱或所述横梁上，所述两根立柱分别设于列车行驶轨道的两侧。

优选地，所述受电弓通过检测模块包括紫外相机。

优选地，所述电火花检测照相机包括第一紫外照相机，所述第一照相机设于所述横梁上，拍摄方向垂直向下，所述第一照相机在所述受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照。

优选地，所述电火花检测照相机还包括第二紫外照相机，所述第二照相机设于所述横梁上，拍摄方向与水平面形成夹角，所述夹角的范围为35°～55°，在所述受电弓检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照。

优选地，所述结构异常检测照相机设于所述横梁上，拍摄方向与水平面形成夹角，所述夹角范围为35°～55°，在所述受电弓检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照。

本发明的有益效果在于，通过检测受电弓的通过，确定电火花产生，再运用机器视觉测量受电弓的导高和拉出值，通过服务器对图片进行分析提取出深度信息，然后将测量值与标定图片的信息进行比较，确定监测区域是否故障。同时能够利用测量受电弓导高和拉出值的受电弓定位信息，计算碳滑板磨耗值，确定电火花成因，最终确定弓网故障原因。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的受电弓检测系统的安装示意图；

图2示出了根据本发明的示例性实施例的受电弓检测系统的结构示意图。

附图标记：

1、列车；2、接触线；3、受电弓；4、安装架；5、受电弓通过检测模块；6、车号检测照相机；7、第一照相机；8、第二照相机；9、第一结构检测照相机；10、第二结构检测照相机；11、横梁；12、立柱。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

一种受电弓检测系统，包括：安装架、处理器以及设置在安装架上的受电弓通过检测模块、车号检测照相机、电火花检测照相机以及结构异常检测照相机，

受电弓通过检测模块用于检测受电弓的通过；

车号识别照相机在受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对列车的车号进行拍照；

电火花检测照相机和结构异常检测照相机在受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对受电弓进行拍照；

处理器接收车号检测照相机、电火花检测照相机以及结构异常检测照相机的图像信息，并执行以下处理步骤：

1)对电火花检测照相机所拍摄的图像进行电火花检测，判断是否产生电火花；

2)如果产生火花，基于车号识别照相机所拍摄的图像确定车号；

3)确认车号后，将结构异常检测照相机拍摄的受电弓图像与受电弓标准模板进行匹配，确定受电弓结构是否存在异常。

应用时，安装架设于列车行驶轨道附近，当列车接近安装架时，受电弓通过检测模块可以检测位于列车顶部的受电弓是否通过，当检测到受电弓通过时，车号检测照相机对列车的车号进行拍照，电火花检测照相机对受电弓进行拍照。

车号检测照相机和电火花检测照相机拍摄的图像可传输至用户终端或其他图像浏览设备，进行电火花的识别。

在一个示例中，通过以下方式判断是否产生电火花：基于识别电火花检测照相机拍摄的受电弓图像，获得受电弓图像中紫外线辐射增量，并依据紫外线辐射增量判断是否产生电火花。通过这种方式，可以及时对电火花进行检测。

在一个示例中，在步骤3)中，通过以下步骤判断受电弓结构是否存在异常：

3-1)利用模板匹配算法将结构异常检测照相机拍摄的受电弓结构图像与标准图像进行图像特征匹配；

3-2)将图像特征匹配后的图像进行直方图均衡化处理；

3-3)对直方图均衡化处理后的图像再次与标准模板进行位置匹配，获得受电弓定位及位置参数，计算受电弓导高和拉出值；

3-4)将步骤3-3)中获得的受电弓导高和拉出值，与标准参数进行匹配，确定受电弓结构是否存在异常。

处理器在进行图像处理判断受电弓结构是否异常时，还需要对结构检测异常照相机进行摄像头标定，同时，应用的标准模板来自于处理器中预先存储的各种车型对应车号的标准模板，在确定车号信息后，提取标准模板，再进行相应的特征匹配和位置匹配。

具体地，可以利用匹配模板在所采集的图像中搜索具有相同的尺寸、方向和图像元素的目标，作为特征匹配的结果。

而在进行特征匹配前，要进行图像滤波处理，优选采用高斯滤波处理，能够达到抽提处图像中的对象特征作为图像识别的特征模式，也能够消除图像数字化时所混入的噪声；在图像滤波处理过程中，要求其不能破坏源图像的重要轮廓与边缘信息。

具体地，在弓网高曝光情况下，还包括对摄像头拍摄的图像进行canny边缘检测，获得图像边缘轮廓曲线，同时将标准模板也进行canny边缘检测，再利用两者轮廓进行后续匹配，以排除背景环境的干扰。在进行此种方式同样适用于黑夜高曝光的环境。

进一步的，通过对直方图均衡化处理后的图像进行直线检测识别接触线，计算得到与受电弓的交叉点，获得弓网接触点定位。优选地，通过利用标准霍夫变换进行直线检测，还可以通过对高精度图像进行L角点检测以检测出弓网接触点，L型角点提取利用Harris算法进行。对整块RIO区域进行角点检测，由于接触点主要呈现L型角点，使用Harris算法提取角点精度较高。

基于所确定的接触点像素位置与匹配模板中接触点标准位置，获得二者在水平方向上的偏移距离；同样，基于所确定的弓头像素位置与匹配模板中弓头标准位置，获得二者在竖直方向上的偏移距离。基于像素所代表的实际距离，也即能够获得实际接触点位置与标准弓头位置的水平偏移距离，以及实际弓头位置与标准弓头的竖直偏移距离。

接下来，基于匹配模板中弓头的像素位置与实际弓网位置的对应关系，确定标准导高。接下来，基于所确定的弓头像素位置与弓头标准位置的偏移方向以及在竖直方向上的偏移距离，相对应地将标准导高与竖直偏移距离相加或相减，以获得实际的导高。

同理，基于匹配模板中的接触点的像素位置与实际接触点位置的对应关系，确定标准拉出值。接下来，基于所确定的接触点像素位置与接触点标准为止的偏移方向以及在水平方向上的偏移距离，相对应的将标准拉出值与水平偏移距离相加或相减，以获得实际的拉出值。

同理，可以通过相同的图像特征匹配方式，确定碳滑板定位及碳滑板边缘点，并根据像素位置代表的实际参数距离，计算碳滑板磨耗值。

在一个示例中，还包括基于受电弓定位及位置参数，确定碳滑板定位获得碳滑板边缘点，并依据碳滑板边缘点的位置参数计算受电弓碳滑板磨耗值。

同样将结构异常检测照相机拍摄的图像与标准图像进行匹配以获得碳滑板的边缘点及位置信息，进而计算受电弓碳滑板磨耗值。

结构异常检测照相机采用工业照相机，优选可采用双线阵CCD相机，两台线阵相机参数一致，在二维CCD交汇的理论基础上建立线阵CCD的交汇模型。建立共同的世界坐标系，并在共同的世界坐标系下分别建立各自相机的坐标系，保证两台相机相对于中心线的距离相同，两光轴向内偏离竖直角度也相同。此时，就能够计算空间中一个定点在世界坐标系中的坐标值，进而获得受电弓结构参数。

在一个示例中，安装架包括立柱，受电弓通过检测模块设于立柱上，安装架设置于列车行驶轨道的外侧，以便检测受电弓是否通过。

在一个示例中，安装架包括两根立柱和设于两根立柱之间的横梁，受电弓通过检测模块设于立柱或横梁上，两根立柱分别设于列车行驶轨道的两侧。车号检测相机可以设置于立柱上，高度与列车的车号所在高度保持一致。这种安装架的稳定性更高，可以避免环境因素或人为因素导致的安装架倾斜，保证受电弓通过检测模块、车号检测照相机和电火花检测照相机正常工作。

在一个示例中，受电弓通过检测模块包括紫外相机。紫外相机通过紫外光源发射紫外线，紫外线经受电弓反射后被相机接收，从而可检测到受电弓的通过。

在一个示例中，电火花检测照相机包括第一紫外照相机，第一照相机设于横梁上，拍摄方向垂直向下，第一照相机在受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对受电弓进行拍照。第一紫外照相机可以拍摄受电弓正面。

在一个示例中，电火花检测照相机还包括第二紫外照相机，第二照相机设于横梁上，拍摄方向与水平面形成夹角，夹角的范围为35°～55°，在受电弓检测模块检测到受电弓通过时，对受电弓进行拍照。第二紫外照相机可以俯视拍摄受电弓。通过第一紫外照相机与第二紫外照相机的配合，可以对受电弓进行多角度拍摄，避免电火花被受电弓遮挡而漏拍的情况。

在一个示例中，结构异常检测照相机设于横梁上，拍摄方向与水平面形成夹角，夹角范围为35°～55°，在受电弓检测模块检测到受电弓通过时，对受电弓进行拍照。结构异常检测照相机可以俯视拍摄受电弓。

为了使结构异常检测照相机拍摄到完整的受电弓图像，应对列车朝向结构异常检测照相机和背离结构异常检测照相机，可以双向设置结构异常检测照相机，既能拍摄受电弓的正面，也可以拍摄受电弓的背面。

特别地，车号检测照相机可以是工业相机，相比于民用相机，工业相机具有高图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力，在本实施例中可选择分辨率为百万像素的工业相机。第一紫外照相机和第二紫外照相机是高速紫外相机，高速紫外相机具有高帧数、高图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力。同时能够利用相机中的传感器监测紫外辐射增量，以确定电火花的产生。

优选地，受电弓检测系统还包括环境光照补偿设备，环境光照补偿设备设于安装架上。环境光照补偿设备包括补光灯。通过设置环境光照补偿设备，可以提高拍摄的照片质量。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

图1和图2分别示出了根据本发明的示例性实施例的受电弓检测系统的安装示意图和结构示意图。如图1和图2所示，受电弓检测系统包括：

安装架4；

受电弓通过检测模块5，受电弓通过检测模块5设于安装架上，用于检测受电弓3的通过；

车号检测照相机6，车号识别照相机6在受电弓通过检测模块5检测到受电弓通过时，对列车1的车号进行拍照；

电火花检测照相机，电火花检测照相机在受电弓通过检测模块5检测到受电弓通过时，对受电弓3进行拍照；

结构异常检测照相机，结构异常检测照相机在受电弓通过检测模块5检测到受电弓通过时，对受电弓3进行拍照；

处理器(未显示)，接收车号检测照相机6拍摄的车号图像、电火花检测照相机和结构异常检测照相机拍摄的受电弓图像，并进行图像识别处理，获得受电弓参数，并与标准参数比对，判断受电弓是否存在结构异常。

电火花检测照相机包括第一紫外照相机7和第二紫外照相机8。第一紫外照相机7设于横梁11上，拍摄方向垂直向下，第一紫外照相机7在受电弓通过检测模块5检测到受电弓通过时，对受电弓进行拍照，第一紫外照相机7可拍摄受电弓滑板正面。第二紫外照相机8设于横梁11上，拍摄方向与水平面形成夹角，第二紫外照相机8在受电弓通过检测模块5检测到受电弓通过时，对受电弓进行拍照，第二紫外照相机8可以俯视拍摄受电弓。

结构异常检测照相机包括第一结构检测照相机9和第二结构检测照相机10，均设置在横梁11上，拍摄方向与水平面形成夹角，在受电弓通过检测模块5检测到受电弓通过时，对受电弓进行拍照，获得完整受电弓图像。

综上所述，本发明通过检测受电弓的通过，确定电火花产生，再运用机器视觉测量受电弓的导高和拉出值，通过服务器对图片进行分析提取出深度信息，然后将测量值与标定图片的信息进行比较，确定监测区域是否故障。同时能够利用测量受电弓导高和拉出值的受电弓定位信息，计算碳滑板磨耗值，进一步确定电火花成因，最终确定弓网故障原因，实现受电弓的故障检测。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种受电弓检测系统，其特征在于，包括：安装架、处理器以及设置在所述安装架上的受电弓通过检测模块、车号检测照相机、电火花检测照相机以及结构异常检测照相机，

所述受电弓通过检测模块用于检测受电弓的通过；

所述车号识别照相机在所述受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对列车的车号进行拍照；

所述电火花检测照相机和所述结构异常检测照相机在所述受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照；

所述处理器接收所述车号检测照相机、所述电火花检测照相机以及所述结构异常检测照相机的图像信息，并执行以下处理步骤：

1)对所述电火花检测照相机所拍摄的图像进行电火花检测，判断是否产生电火花；

2)如果产生火花，基于所述车号识别照相机所拍摄的图像确定车号；

3)确认车号后，将所述结构异常检测照相机拍摄的受电弓图像与受电弓标准模板进行匹配，确定受电弓结构是否存在异常。

2.根据权利要求1所述的受电弓检测系统，其特征在于，通过以下方式判断是否产生电火花：基于识别所述电火花检测照相机拍摄的受电弓图像，获得所述受电弓图像中紫外线辐射增量，并依据所述紫外线辐射增量判断是否产生电火花。

3.根据权利要求1所述的受电弓检测系统，其特征在于，在步骤3)中，通过以下步骤判断受电弓结构是否存在异常：

3-1)利用模板匹配算法将所述结构异常检测照相机拍摄的受电弓结构图像与标准图像进行图像特征匹配；

3-2)将图像特征匹配后的图像进行直方图均衡化处理；

3-3)对直方图均衡化处理后的图像再次与标准模板进行位置匹配，获得受电弓定位及位置参数，计算所述受电弓导高和拉出值；

3-4)将步骤3-3)中获得的受电弓导高和拉出值，与标准参数进行匹配，确定受电弓结构是否存在异常。

4.根据权利要求3所述的受电弓检测系统，其特征在于，还包括基于所述受电弓定位及位置参数，确定碳滑板定位获得碳滑板边缘点，并依据所述碳滑板边缘点的位置参数计算受电弓碳滑板磨耗值。

5.根据权利要求1所述的受电弓检测系统，其特征在于，所述安装架包括立柱，所述受电弓通过检测模块设于所述立柱上，所述安装架设置于列车行驶轨道的外侧。

6.根据权利要求1所述的受电弓检测系统，其特征在于，所述安装架包括两根立柱和设于所述两根立柱之间的横梁，所述受电弓通过检测模块设于所述立柱或所述横梁上，所述两根立柱分别设于列车行驶轨道的两侧。

7.根据权利要求1所述的受电弓检测系统，其特征在于，所述受电弓通过检测模块包括紫外相机。

8.根据权利要求6所述的受电弓检测系统，其特征在于，所述电火花检测照相机包括第一紫外照相机，所述第一照相机设于所述横梁上，拍摄方向垂直向下，所述第一照相机在所述受电弓通过检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照。

9.根据权利要求6所述的受电弓检测系统，其特征在于，所述电火花检测照相机还包括第二紫外照相机，所述第二照相机设于所述横梁上，拍摄方向与水平面形成夹角，所述夹角的范围为35°～55°，在所述受电弓检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照。

10.根据权利要求6所述的受电弓检测系统，其特征在于，所述结构异常检测照相机设于所述横梁上，拍摄方向与水平面形成夹角，所述夹角范围为35°～55°，在所述受电弓检测模块检测到受电弓通过时，对所述受电弓进行拍照。