CN109239077B - 弓网接触硬点检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种弓网接触硬点检测装置及方法。该装置包括：图像获取单元，所述图像获取单元以定视角对受电弓弓头区域进行连续拍摄，获得受电弓弓头的连续帧图像；图像处理单元，所述图像处理单元提取所述图像获取单元拍摄的每帧图像中所述受电弓弓头的位置；计算单元，所述计算单元根据所述受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差检测弓网接触硬点。本发明利用机器视觉定视角拍摄弓网接触区域，识别精度高，并且报警准确、快捷；不需要对受电弓进行改造即能使用弓网接触硬点检测，并且该检测装置不接触高压电，减少了高压电对系统的影响，设备维护方便。

Description

弓网接触硬点检测装置及方法
技术领域
本发明涉及轨道运输技术领域，特别涉及一种弓网接触硬点检测装置及方法。
背景技术
触网供电是电气化铁路常用的两种供电网络方式之一。触网供电时，通过列车上方的受电弓和触网接触进行供电，在这种供电方式下，即使跌落轨行区也不可能触电，安全性较高，因此触网供电方式广泛应用于高铁、动车和地铁中。
进行触网供电时，受电弓弓头和触网相接触。当触网的接触线上具有硬点时，可能严重影响供电安全，因此需要对弓网接触硬点进行监测。
传统的方法是在受电弓上面加装加速度传感器，通过分析加速度传感器的数据从而得到受电弓的瞬时加速度，根据加速度的大小进行硬点的判定。然而，由于加速度传感器需要与受电弓接触，其上面会有高压电流，需要在后端增加高压隔离设备，防止高压触电危险。该方法除了需要对受电弓进行改进外，高压电流会对设备造成影响，并且设备接触高压电，操作时工作人员会有触电危险，设备维护也不方便。因此期待开发一种便捷且可靠的网接触硬点检测装置及方法。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种弓网接触硬点检测装置及方法，通过视觉的方法进行硬点识别，不需要对受电弓进行改造，也没有接触高压电的危险。
根据本发明的一方面，提出一种弓网接触硬点检测装置。所述装置包括：
图像获取单元，所述图像获取单元以定视角对受电弓弓头区域进行连续拍摄，获得受电弓弓头的连续帧图像；
图像处理单元，所述图像处理单元提取所述图像获取单元拍摄的每帧图像中所述受电弓弓头的位置；
计算单元，所述计算单元根据所述受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差检测弓网接触硬点。
优选地，所述计算单元通过以下方式检测弓网接触硬点：
根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差获得弓头振动数据；
基于线路工况设定振动阈值以及垂向加速度阈值；
如果存在振幅大于所述振动阈值的振动，并且振动处弓头的垂向加速度大于所述垂向加速度阈值，则判定所述振动处存在硬点。
优选地，所述装置还包括燃弧检测单元，检测在所述计算单元检测到弓网接触硬点时是否发生燃弧。
优选地，所述燃弧检测单元包括紫外光电管。
优选地，所述装置还包括报警单元，当所述计算单元检测到弓网接触硬点，所述报警单元发出警报。
优选地，所述弓网接触硬点检测装置设于列车顶部。
优选地，所述图像获取单元包括工业相机和工业摄像机的一种。
根据本发明另一方面，提出一种弓网接触硬点检测方法。所述方法包括：
以定视角对受电弓弓头区域进行连续拍摄，获得受电弓弓头的连续帧图像；
提取每帧图像中所述受电弓弓头的位置；
根据所述受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差检测弓网接触硬点。
优选地，根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差检测弓网接触硬点包括：
根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差获得弓头振动数据；
基于线路工况设定振动阈值以及垂向加速度阈值；
如果存在振幅大于所述振动阈值的振动，并且振动处弓头的垂向加速度大于所述垂向加速度阈值，则判定所述振动处存在硬点。
本发明的有益效果在于：利用机器视觉定视角拍摄弓网接触区域，识别精度高，并且报警准确、快捷；不需要对受电弓进行改造即能使用弓网接触硬点检测，并且该检测装置不接触高压电，减少了高压电对系统的影响，设备维护方便。
本发明的装置和方法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，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1示出根据本发明的示例性实施方案的弓网接触硬点检测装置的结构图；
图2示出弓网接触硬点检测装置的布置示意图；
图3示出根据本发明的示例性实施方案的弓网接触硬点检测方法的流程图；
图4示出图3所示的弓网接触硬点检测方法中的具体检测步骤。
附图标记说明：
100图像获取单元
200图像处理单元
300计算单元
400燃弧检测单元
500报警单元
600数据采集与传输设备
700受电弓弓头。
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。
图1示出根据本发明的示例性实施方案的弓网接触硬点检测装置的结构图。如图1所示，该装置包括图像获取单元100、图像处理单元200和计算单元300。
该装置朝向受电弓开口方向架设在列车顶部。
图像获取单元100以定视角对受电弓弓头区域进行连续拍摄，获得受电弓弓头的连续帧图像。
图像获取单元100可以是工业相机，对受电弓弓头区域进行高速连续拍摄；也可以是工业摄像机，拍摄受电弓弓头以获得其视频图像。
工业摄像机和工业相机是适用于智能交通、治安卡口、高清电子警察系统、工业检测、半导体检测、印制板检测、食品饮料检测等众多领域的高分辨率彩色数字摄像机和相机，具有传输速度快、色彩还原性好、成像清晰等特点，不但能够方便拍摄显微图像，而且能够测量拍摄物体的长度、角度、面积等系列参数；并且具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力；按摄像器件可划分为电真空摄像管摄像机(相机)和固体摄像器件(CCD器件、CMOS器件)摄像机(相机)两大类。
图像处理单元200与图像获取单元100连接，获取图像获取单元100所拍摄的受电弓弓头的连续帧图像。图像处理单元200提取每帧图像中受电弓弓头的位置，并记录每帧图像对应的时间以及相应的受电弓弓头位置。
本领域技术人员应当理解，可以采用现有技术中适当的图像处理方法来提取受电弓弓头的位置。
计算单元300与图像处理单元200连接，获取图像处理单元200所记录的数据。计算单元300基于该数据计算受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差，从而检测弓网接触硬点。
在一个示例中，计算单元300通过以下方式检测弓网接触硬点：
根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差获得弓头振动的完整数据，也即根据实测数据能够绘制出弓头的振动曲线。
基于线路工况来设定振动阈值以及垂向加速度阈值。振动阈值例如可以设为250mm，超过这一阈值，即说明受电弓弓头的当前位置已经明显偏离整体运行位置。垂向加速度阈值例如可以设为0.2g，超过这一阈值，即说明受电弓弓头在当前位置受到的冲击力较大。
如果存在振幅大于所述振动阈值的振动，可初步判定为硬点；通过校验此处受电弓弓头的垂向加速度阈值，也即如果此处受电弓弓头的垂向加速度阈值的垂向加速度大于所述垂向加速度阈值，则判定所述振动处存在硬点。
以上通过图像识别的方法，并且联合振幅和冲击力来判断硬点，检测精度高，检测结果准确可靠。此外，该装置不接触高压电，减少了高压电对系统的影响，并且便于进行维护。
垂向加速度可通过振幅对时间的二次积分进行推算。
在一个示例中，该装置还包括燃弧检测单元400，其与计算单元300连接，检测在所述计算单元检测到弓网接触硬点时是否发生燃弧，计算单元300能够获取其检测结果。
如果从燃弧检测单元400的检测结果判断出，在振幅大于所述振动阈值并且垂向加速度大于所述垂向加速度阈值的振动处产生了燃弧现象，此时才判定该镇定处存在硬点，则进一步提高了硬点检测的准确率。
可以利用紫外光电管，通过检测是否接收到紫外光来判定是否产生燃弧现象。
在一个示例中，该装置还包括报警单元500，其与计算单元300连接。当计算单元300确定检测到弓网接触硬后时，报警单元500发出警报。
上述基于计算单元的检测结果进行警报的方式，报警准确、快捷，有利于工作人员对于硬点检测结果迅速做出响应。
在一个示例中，该装置可以集成在车顶的数据采集与传输设备600中，如图2所示。装置中的图像获取单元100的检测视角范围覆盖受电弓弓头700，能够获得受电弓弓头700的连续帧图像。
本发明还提出了一种弓网接触硬点检测方法。图3示出该方法的流程图，如图3所示，该方法包括步骤S101～S103。
在步骤S101中，以定视角对受电弓弓头区域进行连续拍摄，获得受电弓弓头的连续帧图像；
在步骤S102中，提取每帧图像中所述受电弓弓头的位置；
在步骤S103中，根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差检测弓网接触硬点。
具体地，可以通过以下步骤检测弓网接触硬点，如图4所示：
在步骤S201中，根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差获得弓头振动数据；
在步骤S202中，基于线路工况设定振动阈值以及垂向加速度阈值；
在步骤S203中，如果存在振幅大于所述振动阈值的振动，并且振动处弓头的垂向加速度大于所述垂向加速度阈值，则判定所述振动处存在硬点。
在一个示例中，通过检测在检测到弓网接触硬点时是否发生燃弧来进一步提高硬点检测的准确率。
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 (8)

1.一种弓网接触硬点检测装置，其特征在于，包括：
图像获取单元，所述图像获取单元以定视角对受电弓弓头区域进行连续拍摄，获得受电弓弓头的连续帧图像；
图像处理单元，所述图像处理单元提取所述图像获取单元拍摄的每帧图像中所述受电弓弓头的位置；
计算单元，所述计算单元根据所述受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差检测弓网接触硬点；
其中，所述计算单元通过以下方式检测弓网接触硬点：
根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差获得弓头振动数据；
基于线路工况设定振动阈值以及垂向加速度阈值；
如果存在振幅大于所述振动阈值的振动，并且振动处弓头的垂向加速度大于所述垂向加速度阈值，则判定所述振动处存在硬点。
2.根据权利要求1所述的弓网接触硬点检测装置，其特征在于，还包括燃弧检测单元，检测在所述计算单元检测到弓网接触硬点时是否发生燃弧。
3.根据权利要求2所述的弓网接触硬点检测装置，其特征在于，所述燃弧检测单元包括紫外光电管。
4.根据权利要求1所述的弓网接触硬点检测装置，其特征在于，还包括报警单元，当所述计算单元检测到弓网接触硬时，所述报警单元发出警报。
5.根据权利要求1所述的弓网接触硬点检测装置，其特征在于，所述弓网接触硬点检测装置设于列车顶部。
6.根据权利要求1所述的弓网接触硬点检测装置，其特征在于，所述图像获取单元包括工业相机和工业摄像机的一种。
7.一种弓网接触硬点检测方法，其特征在于，包括：
以定视角对受电弓弓头区域进行连续拍摄，获得受电弓弓头的连续帧图像；
提取每帧图像中所述受电弓弓头的位置；
根据所述受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差检测弓网接触硬点；
其中，根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差检测弓网接触硬点包括：
根据受电弓弓头的位置在帧间的像素偏差获得弓头振动数据；
基于线路工况设定振动阈值以及垂向加速度阈值；
如果存在振幅大于所述振动阈值的振动，并且振动处弓头的垂向加速度大于所述垂向加速度阈值，则判定所述振动处存在硬点。
8.根据权利要求7所述的弓网接触硬点检测方法，其特征在于，还包括：检测在检测到弓网接触硬点时是否发生燃弧。
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