CN110763143A - 一种用于接触网运维的检测装置及其检测方法 - Google Patents

一种用于接触网运维的检测装置及其检测方法 Download PDF

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刘维生
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Abstract

本发明公开了一种用于接触网运维的检测装置及其检测方法，其检测装置包括行走车体，行走车体上设置有扫描用激光雷达模块，行走车体上还设置有控制电路板、计算处理模块，计算处理模块与显示用的终端相连；其检测方法，包括以下步骤：开启现场巡线检测车控制电路板控制各元件同步工作；激光雷达测量检测车与接触网几何距离；将雷达测量的直线距离、角度计算出导高值、拉出值；发现异常触发面阵相机拍照；全景相机拍摄环绕检测车的360°照片；检测模块检测地理位置的经纬度；终端进行数据处理与展示。本发明可以将接触网的检测转化为激光雷达与接触网直接构筑的几何参数检测，从而通过非接触的测量方式进行沿轨道方向的连续且实时的检测。

Description

一种用于接触网运维的检测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于铁路接触网的检测维护领域，具体涉及一种用于接触网运维的检测装置及其检测方法。
背景技术
我国电气化铁路的猛速发展，其运营里程已突破13万公里，接触网设施多达200万处，并且数量还在逐年增加。接触网设备一旦发生故障，将导致列车停运，继而使整段铁路运输中断的严重后果，在时间上和经济上给国家和人民带来损失。因此接触网设备的自动、智能监控，对运营单位的检修和抢修至关重要。
目前，获得接触网运行状态的方式主要是利用铁路“窗口时间”安排人员和车辆定时巡检线路。但检测车巡检和人工巡检存在如巡检周期长、巡检效果差等问题，同时这些数据多为表单模式完全依赖于人工分析工作量巨大，不能充分发挥信息化系统的优势。
因此，亟需一种融合无线传感、实时数据处理等技术的在线智能实时监测装置，并在此基础上建立铁路网系统安全的评估体系和科学维护体系。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种用于接触网运维的检测装置及其检测方法。
本发明的技术方案是：一种用于接触网运维的检测装置，包括沿铁路轨行走的行走车体，所述行走车体上设置有转动扫描接触网位置的激光雷达模块，所述行走车体上还设置有与激光雷达模块相连的控制电路板以及与控制电路板相连的计算处理模块，所述行走车体上还设置有供电用的电源，所述计算处理模块与显示用的终端相连。
更进一步的，所述行走车体上设置有支撑立柱，所述激光雷达模块设置在支撑立柱上。
更进一步的，所述激光雷达模块的扫描转动面与接触网相垂直。
更进一步的，所述行走车体上还设置有对行走车体进行实时定位的位置检测模块，所述位置检测模块与控制电路板相连。
更进一步的，所述行走车体上还设置有对接触网进行异常拍照的面阵相机，所述面阵相机与控制电路板相连。
更进一步的，所述行走车体上还设置有获取实时视频的全景相机，所述全景相机与控制电路板相连。
更进一步的，所述终端包括手持终端和远端平台。
更进一步的，所述激光雷达模块扫描到接触网的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，从而计算出接触网的导高值H和拉出值L，
其中，导高值H=ρ*conα，拉出值L=ρ*sinα，
更进一步的，所述接触网的导高值、拉出值叠加支撑柱的位置坐标，从而得出接触网的实时坐标，从而判断接触网位置是否正常。
一种用于接触网运维的检测装置的检测方法，包括以下步骤：
ⅰ.开启现场巡线检测车控制电路板控制各元件同步工作
电源为各采集元件进行供电，控制电路板接收位置检测模块、激光雷达模块、面阵相机、全景相机采集的信息；
ⅱ.激光雷达测量检测车与接触网几何距离
激光雷达模块采集到接触网的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，
ⅲ.将雷达测量的直线距离、角度计算出导高值、拉出值
步骤ⅱ中的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，通过公式计算出导高值H和拉出值L，
其公式如下：
导高值H=ρ*conα，拉出值L=ρ*sinα；
ⅳ.发现异常触发面阵相机拍照
随着行走车体的行走，获得实时的导高值H、拉出值L，如果接触网的行位出现异常，发出报警并通过面阵相机对此处接触网进行拍照；
ⅴ.全景相机拍摄环绕检测车的360°照片
全景相机拍摄环绕检测车的360°照片，并通过控制电路板、计算处理模块发送给终端；
ⅵ.检测模块检测地理位置的经纬度
位置检测模块获取行走车体的实时经纬度信息，并通过控制电路板、计算处理模块发送给终端；
ⅶ.终端进行数据处理与展示
终端对位置检测模块获取的经纬度、全景相机获取的360°照片、接触网的尺寸值进行存储、显示。
更进一步的，所述激光雷达模块的频率不小于25赫兹。
本发明可以将接触网的检测转化为激光雷达与接触网直接构筑的几何参数检测，从而通过非接触的测量方式进行沿轨道方向的连续且实时的检测，并将接触网和地理信息进行匹配，从而可以对接触网进行全面而精确的管理。
本发明中激光雷达连续扫描工作，可以完整连续的获取接触线的几何参数，避免单点检测方法的漏检，同时为接触网故障提供更全面的分析信息。
本发明根据检测结果可触发面阵相机拍摄异常部位照片，由无线网络传送到终端，可实现异地取证，进而准确定位接触网异常位置及图片，为故障抢修争取时间。
本发明检测车载有全景相机，方便终端对各个现场巡线智能检测车的工作状态进行监督和管理。
附图说明
图1 是本发明的安装示意图；
图2 是本发明的检测方法流程图；
图3 是本发明的连接示意图；
图4 是本发明中实时定位功能的数据传输图；
图5 是本发明中异常拍照功能的数据传输图；
图6 是本发明中实时视频功能的数据传输图；
图7 是本发明中手持终端的数据传输图；
图8 是本发明中接触网的左边位置图；
图9 是本发明中接触网的导高值、拉出值计算图；
其中：
1 电源 2 行走车体
3 位置检测模块 4 激光雷达模块
5 面阵相机 6 全景相机
7 控制电路板 8 计算处理模块
9 手持终端 10 远端平台
11 接触网。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1~9所示，一种用于接触网运维的检测装置，包括沿铁路轨行走的行走车体2，所述行走车体2上设置有转动扫描接触网11位置的激光雷达模块4，所述行走车体2上还设置有与激光雷达模块4相连的控制电路板7以及与控制电路板7相连的计算处理模块8，所述行走车体2上还设置有供电用的电源1，所述计算处理模块8与显示用的终端相连。
所述行走车体2上设置有支撑立柱，所述激光雷达模块4设置在支撑立柱上。
所述激光雷达模块4的扫描转动面与接触网11相垂直。
所述行走车体2上还设置有对行走车体2进行实时定位的位置检测模块3，所述位置检测模块3与控制电路板7相连。
所述行走车体2上还设置有对接触网11进行异常拍照的面阵相机5，所述面阵相机5与控制电路板7相连。
所述行走车体2上还设置有获取实时视频的全景相机6，所述全景相机6与控制电路板7相连。
所述终端包括手持终端9和远端平台10。
所述激光雷达模块4扫描到接触网11的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，从而计算出接触网11的导高值H和拉出值L，
其中，导高值H=ρ*conα，拉出值L=ρ*sinα，
所述接触网11的导高值、拉出值叠加支撑柱的位置坐标，从而得出接触网11的实时坐标，从而判断接触网11位置是否正常。
所述面阵相机5朝向接触网11。
位置检测模块3通过串口方式和检测车的计算处理模块8进行连接，激光雷达模块4和面阵相机5、全景相机6均通过网线连接到检测车的计算处理模块8，控制电路板7通过串口将激光雷达模块4输出的数据发送给计算处理模块8，计算处理模块8结合上述信息计算出接触线11的导高值和拉出值，并将同步获取的接触网11的支柱图片、工作环境图片、检测小车地理坐标信息，通过无线网络发送给现场的手持终端9及远端平台10。
现场手持终端9可以查看检测车所拍照片及所测量的接触网接触线几何参数，同时可以手动进行拍照和测量。远端平台10接受到检测车发送的接触网11图片和测量信息后，通过获取检测车位置的经纬度地理坐标信息信息匹配已知的支柱号经纬度信息并结合GIS地理信息平台，确定检测车的准确位置，远端平台10可通过无线网络操作检测车运行状态并进行拍照和测量。
本申请中对接触网11状态的检测转化为对检测车与接触网的几何距离的测量，通过提高系统的稳定性和检测范围可以提高检测的精度，采用激光雷达模块4进行扫描，激光雷达模块4的工作状态受环境影响极小，且激光雷达的频率不小于25赫兹，可以进行连续测量，有效的提高了检测的准确性。
采用了全景相机6拍摄接触网路面环境，全景相机可以实现360°无死角的拍摄，且高清视频夜视红外照射不小于30米，视频分辨率不低于1080P，完全满足路面环境直播的需求。为方便后续查看，视频将存储保留3天以上。
高清的面阵相机5专门针对异常部位拍摄高清近距离局部照片，分辨率不低于1080P，提供7天以上的照片自动存储。
基于谷歌地图开发的集成地理信息系统，对每一个支柱号都进行了标定并导入系统，由于支柱号间隔只有50米，这也就保证了现场巡线智能检测车在开阔路段的定位精度在3米以内。
一种用于接触网运维的检测装置的检测方法，包括以下步骤：
ⅰ.开启现场巡线检测车控制电路板控制各元件同步工作
电源1为各采集元件进行供电，控制电路板7接收位置检测模块3、激光雷达模块4、面阵相机5、全景相机6采集的信息；
ⅱ.激光雷达测量检测车与接触网几何距离
激光雷达模块4采集到接触网11的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，
ⅲ.将雷达测量的直线距离、角度计算出导高值、拉出值
步骤ⅱ中的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，通过公式计算出导高值H和拉出值L，
其公式如下：
导高值H=ρ*conα，拉出值L=ρ*sinα；
ⅳ.发现异常触发面阵相机拍照
随着行走车体2的行走，获得实时的导高值H、拉出值L，如果接触网11的行位出现异常，发出报警并通过面阵相机5对此处接触网11进行拍照；
ⅴ.全景相机拍摄环绕检测车的360°照片
全景相机6拍摄环绕检测车的360°照片，并通过控制电路板7、计算处理模块8发送给终端；
ⅵ.检测模块检测地理位置的经纬度
位置检测模块3获取行走车体2的实时经纬度信息，并通过控制电路板7、计算处理模块8发送给终端；
ⅶ.终端进行数据处理与展示
终端对位置检测模块3获取的经纬度、全景相机6获取的360°照片、接触网11的尺寸值进行存储、显示。
所述激光雷达模块4的频率不小于25赫兹。
位置检测模块3获取现场巡线智能检测车的地理位置坐标信息，激光雷达模块4测量检测车到接触网的直线距离，计算处理模块8将直线距离转化为接触网的导高值、拉出值几何参数，全景相机6拍摄环绕检测车的360°照片，检测车通过无线传输网络将地理坐标、接触网几何参数数据和照片信息同步传送到终端。
当计算处理模块8计算出常参数时，控制电路板7触发面阵相机5拍摄异常部位的具体照片，并通过无线网络传送给终端，终端界面上将异常位置标注红色实心三角形的警报。
当终端接收到现场巡线检测车发送的数据时，可对其进行监控、管理，并将接触网几何参数信息由数据转换为图表等更直观的形式展现，方便查看；将全景相机6拍摄环绕检测车360°视频进行直播展示；设置收到面阵相机5拍摄的异常图片时强提醒，自动弹出异常部位高清照片，实现异地取证。
在终端上可以查看由集成地理信息系统提供的三维地图、支柱号标识和检测车行驶路径等；某一支柱号出现异常时会高亮显示经纬度信息。
终端上查看通过全景相机拍摄的环绕检测车360°的直播视频时，发现前方路段有路面塌陷或其他恶劣环境时，可及时控制检测车，使其停止，避免造成不必要的损失。
基于位置检测模块3的检测车实时定位功能具体实现如下：
如图4所示，检测车上的位置检测模块3获取经纬度地理坐标信息后，通过串口将数据发送给计算处理模块8，此处的检测模块可以是GNSS信号接收器，串口可以是RS232。然后计算处理模块8将预处理后的数据通过无线网络传输给远端平台10，该无线网络可以是4G或者5G传输网络；远端平台10根据检测车位置的经纬度信息匹配已知的支柱号经纬度信息并结合GIS地理信息平台，确定检测车的准确位置，实现检测车位置的2D平面显示或者3D立体显示。
基于激光雷达模块4的接触网几何参数异常自动拍照功能具体实现如下：
如图5所示，检测车在运行过程中，激光雷达模块4不断扫描接触网11，并通过网线将扫描数据发送给计算处理模块8，此处的网线可以是以太网口；计算处理模块8根据雷达扫描的原始数据计算接触网几何参数，当计算结果超出接触网正常参数时，会触发报警；同时计算机处理模块8通过网线控制安装于检测车上面阵相机5行拍照，面阵相机进5拍照位置与雷达扫描位置保持一致，这样同时可以获取接触网11异常部位高清图像信息。通过无线网络将图像信息传输给远端平台10并在界面上显示，可以实现异地取证。
基于全景相机6对接触网铺设路段实时视频功能具体实现如下：
如图6所示，全景相机6具有无线网络传输功能，全景相机6通过网线将无线网络将所拍摄实时视频传输给计算处理模块8，计算处理模块8通过无线网络传输至远端平台10，远端平台10通过读取服务器视频数据，实时解码视频数据并进行播放，远端平台10可以实时显示现场视频数据。
基于手持终端9的控制及检测结果显示具体实现如下：
如图7所示，手持终端9操作指令通过无线网络传送给计算处理模块8，此处的无线网络采用的是WIFI，这些指令包括：拍照、录像、读取检测结果、显示现场实时视频图像及图片信息等。上述操作信息经过计算机处理模块8后分别通过RS232接口传输至检测车控制电路板7、通过以太网传输至面阵相机5和全景相机6。
如图8~9所示，激光雷达模块4对接触网11连续扫描。根据雷达返回数据，构筑接触网几何参数模型包括接触网的拉出、导高值。在激光雷达测量系统中，以两轨道连线的中心点为坐标原点，检测车运行的方向为X轴正方向，指向小车运动方向右侧为 y 轴正方向，记录接触线的拉出值；垂直于铁轨平面，指向天空为z 轴正方向，记录接触线导高值。
检测车采用已知固定的结构进行设计，运行于轨道之上，雷达安装于检测车的一侧，因此激光雷达的坐标可以计算出来，其坐标图示如下：
小车上的激光雷达在轨道坐标系的坐标为(X，Yradar，Zradar)，则接触线相对于轨道坐标系的坐标为(X，Ywire+Yradar，Zwire+Zradar)，即接触线几何参数。
激光雷达从起始角度到终止角度进行反复扫描，扫描遇到障碍物时，返回障碍物到激光源的距离。根据激光雷达扫描的角分辨率，将激光雷达获得的极坐标数据转化为平面坐标数据，进而求出接触线的位置。
导高值H=ρ*sinα
拉出值L=ρ*conα
所述位置检测模块3可以但不限于北斗星通 OEM719模块。
所述激光雷达模块4可以但不限于德国SICK LMS511-20100。
所述计算处理模块8可以但不限于研华IPC-610L。
所述手持终端9可以但不限于ThinkPad 8。
所述远端平台10可以但不限于ThinkSystem IBM服务器。 SR650
所述面阵相机5可以但不限于中威CN5123FD-HT7高清相机。
所述全景相机6可以但不限于Insta360 Onex。
所述控制电路板7可以但不限于ZYNQ XC7Z 7020。
本发明可以将接触网的检测转化为激光雷达与接触网直接构筑的几何参数检测，从而通过非接触的测量方式进行沿轨道方向的连续且实时的检测，并将接触网和地理信息进行匹配，从而可以对接触网进行全面而精确的管理。
本发明中激光雷达连续扫描工作，可以完整连续的获取接触线的几何参数，避免单点检测方法的漏检，同时为接触网故障提供更全面的分析信息。
本发明根据检测结果可触发面阵相机拍摄异常部位照片，由无线网络传送到终端，可实现异地取证，进而准确定位接触网异常位置及图片，为故障抢修争取时间。
本发明检测车载有全景相机，方便终端对各个现场巡线智能检测车的工作状态进行监督和管理。

Claims (10)

1.一种用于接触网运维的检测装置，包括沿铁路轨行走的行走车体（2），其特征在于：所述行走车体（2）上设置有转动扫描接触网（11）位置的激光雷达模块（4），所述行走车体（2）上还设置有与激光雷达模块（4）相连的控制电路板（7）以及与控制电路板（7）相连的计算处理模块（8），所述行走车体（2）上还设置有供电用的电源（1），所述计算处理模块（8）与显示用的终端相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于接触网运维的检测装置，其特征在于：所述行走车体（2）上设置有支撑立柱，所述激光雷达模块（4）设置在支撑立柱上。
3.根据权利要求1所述的一种用于接触网运维的检测装置，其特征在于：所述激光雷达模块（4）的扫描转动面与接触网（11）相垂直。
4.根据权利要求1所述的一种用于接触网运维的检测装置，其特征在于：所述行走车体（2）上还设置有对行走车体（2）进行实时定位的位置检测模块（3），所述位置检测模块（3）与控制电路板（7）相连。
5.根据权利要求1所述的一种用于接触网运维的检测装置，其特征在于：所述行走车体（2）上还设置有对接触网（11）进行异常拍照的面阵相机（5），所述面阵相机（5）与控制电路板（7）相连。
6.根据权利要求1所述的一种用于接触网运维的检测装置，其特征在于：所述行走车体（2）上还设置有获取实时视频的全景相机（6），所述全景相机（6）与控制电路板（7）相连。
7.根据权利要求1所述的一种用于接触网运维的检测装置，其特征在于：所述终端包括手持终端（9）和远端平台（10）。
8.根据权利要求1所述的一种用于接触网运维的检测装置，其特征在于：所述激光雷达模块（4）扫描到接触网（11）的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，从而计算出接触网（11）的导高值H和拉出值L，
其中，导高值H=ρ*conα，拉出值L=ρ*sinα，
所述接触网（11）的导高值、拉出值叠加支撑柱的位置坐标，从而得出接触网（11）的实时坐标，从而判断接触网（11）位置是否正常。
9.一种用于接触网运维的检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）开启现场巡线检测车控制电路板控制各元件同步工作
电源（1）为各采集元件进行供电，控制电路板（7）接收位置检测模块（3）、激光雷达模块（4）、面阵相机（5）、全景相机（6）采集的信息；
（ⅱ）激光雷达测量检测车与接触网几何距离
激光雷达模块（4）采集到接触网（11）的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，
（ⅲ）将雷达测量的直线距离、角度计算出导高值、拉出值
步骤（ⅱ）中的距离值ρ及与竖直方向的夹角α，通过公式计算出导高值H和拉出值L，
其公式如下：
导高值H=ρ*conα，拉出值L=ρ*sinα；
（ⅳ）发现异常触发面阵相机拍照
随着行走车体（2）的行走，获得实时的导高值H、拉出值L，如果接触网（11）的行位出现异常，发出报警并通过面阵相机（5）对此处接触网（11）进行拍照；
（ⅴ）全景相机拍摄环绕检测车的360°照片
全景相机（6）拍摄环绕检测车的360°照片，并通过控制电路板（7）、计算处理模块（8）发送给终端；
（ⅵ）检测模块检测地理位置的经纬度
位置检测模块（3）获取行走车体（2）的实时经纬度信息，并通过控制电路板（7）、计算处理模块（8）发送给终端；
（ⅶ）终端进行数据处理与展示
终端对位置检测模块（3）获取的经纬度、全景相机（6）获取的360°照片、接触网（11）的尺寸值进行存储、显示。
10.根据权利要求9所述的一种用于接触网运维的检测装置的检测方法，其特征在于：所述激光雷达模块（4）的频率不小于25赫兹。
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