CN111413703A - 一种受电弓滑板通过识别装置及受电弓滑板在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于受电弓滑板监测装置技术领域，公开了一种受电弓滑板通过识别装置及受电弓滑板在线监测系统，包括设置在支柱上用于识别受电弓滑板通过的高速激光测距传感器Ⅰ，以及设置在支柱用于识别列车车头通过的高速激光测距传感器Ⅱ，所述高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ与控制单元数据相连，所述控制单元接收到所述高速激光测距传感器Ⅱ监测到的列车车头通过的信号后又接收到所述高速激光测距传感器Ⅰ监测到的受电弓滑板通过的信号，则向受电弓滑板采样单元发出触发指令。

Description

一种受电弓滑板通过识别装置及受电弓滑板在线监测系统

技术领域

本发明涉及受电弓滑板监测装置领域，尤其涉及一种受电弓滑板通过识别装置及受电弓滑板在线监测系统。

背景技术

在铁路供电安全监测监测技术领域中，受电弓滑板监测装置（简称：5C）是指安装在车站（咽喉区）、动车组（电力机车）出入库区域、铁路局局界、段界口、联络线等处所的图像采集装置，目前常用的有通过光电开关对受电弓是否通过进行监测并触发相机拍照，这种方式属于抓拍方式，抓拍方式要保证效果就要求准确识别出受电弓通过的时机。

现有技术中，如公开号为CN103633980A，公开时间为2014年3月12日，名称为“基于受电弓监测装置的斜射电光开关触发装置”的中国发明专利文献，就公开了一种基于受电弓监测装置的斜射电光开关触发装置，包括通过支撑架设置在列车车顶的受电弓以及车库轨道两侧的监测架，在监测架的外侧还设置有遮光棚，在监测架上还设置有监测装置，该监测装置包括控制装置与拍摄装置，所述监测装置上还连接有斜射光电开关触发装置，该斜射光电开关触发装置包括光电信号发射头与光电信号接收头。该方案存在两方面局限：其一，非过车期间下的干扰因素（如雨、雪或其他飘落物）将导致光电开关误触发，造成的拍摄错误；其二，光电开关一般由一个光电信号发射头和一个光电信号接收头组成，需要在铁路轨道一侧安装光电信号发射头，对侧安装光电信号接收头，并且光电信号发射头所发射光线需要打到光电信号接收头形成共线；而铁路沿线有限界要求，遇到2条轨道或4条轨道，多轨道之间不允许增加支柱，则出现无法固定光电信号接收头或发射头，面临无法在在安装问题，只能安装于一些特定地点，比如机车出入库的监测棚里，即使用光电开关对安装位置存在安装局限性问题，只能在一些特定地点安装。

此外，由于光电开关本身的技术特性，在被监测车辆低速通过时，光电开关才有足够的相应时间监测到受电弓通过并触发拍摄，但当运用环境为高速列车线路时，由于车辆运行速度极快，比如高铁在正线跑200km/h~350km/h，光电开关的反应时间不足，无法识别出受电弓通过的瞬间，则无法实现准确有效的受电弓通过识别。因此现有技术中对于受电弓滑板的在线监测都是采用提前触发、提前拍照的方式进行的，如现有技术中，如公开号为CN202720282U，公开时间为2013年2月6日，名称为“一种机车受电弓状态无线监测系统”的中国实用新型专利文献，就公开了一种基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统，触发单元在监测到机车和机车受电弓到达最佳触发拍摄点时，触发拍摄单元和补光单元同时工作，拍摄到的受电弓图像和机车标识图像传输到中心处理单元，进行处理和计算，如果受电弓状态正常，则储存该受电弓图片，如果受电弓出现故障，则向故障报警单元发出报警命令，同时把受电弓图像和对应的机车标识图像通过无线通信单元远程传回监控中心的图像储存单元，最终在信息展示单元得以展示。但是这种方案就是将采样设备设置在列车行进方向前方，采样镜头光轴所在竖直面与轨道中心线竖直面平行，抓拍时采样镜头光轴与列车受电弓滑板平面存在一个明显的倾斜夹角，待车辆行驶抵近时触发拍摄，得到的图像中即包含了车体、轨道、受电弓整体部件和其他环境内容这些干扰受电弓滑板识别的内容，并且由于拍摄时的夹角，图像中的受电弓滑板还存在图像畸变的问题，进行受电弓滑板缺陷识别前还要先进行区域识别、除杂、标记识别以及图像矫正的处理过程得到受电弓滑板目标图像，然后才能进行分析判断，数据量大的同时处理流程复杂，计算成本较高。

综上，现有的受电弓滑板通过识别装置存在误识别率较高、安装环境受限的问题，并且在车辆通过传感器所在断面以前提前触发拍照的方式将导致所拍摄的受电弓滑板图像发生畸变，增加后续缺陷识别的计算量。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本发明旨在于提供一种只需要在道路一侧安装、且可以在列车受电弓滑板通过监测装置监测区域时快速监测出受电弓滑板通过的识别装置及监测系统。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案提供的这种受电弓滑板通过识别装置，包括高速激光测距传感器Ⅰ、高速激光测距传感器Ⅱ和采集控制模块；

所述高速激光测距传感器Ⅰ设置在支柱上，布设方向朝向轨道上列车行驶通过时受电弓滑板所在位置，用于在列车行驶通过时监测受电弓滑板；

所述高速激光测距传感器Ⅱ设置在支柱上，布设方向朝向轨道上列车行驶通过时车头所在位置，用于在列车行驶通过时监测列车车头；

所述和采集控制模块与所述高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ信号相连，所述采集控制模块通过传感器通信接口分别配置所述高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ的近端监测门限和远端监测门限，高速激光测距传感器可以通过传感器通信接口配置监测区域近端和远端门限参数设置，只要在这个监测区域范围内有物体通过就能监测到距离传感器之间的距离信息，并通过信号线输出有效电平（高电平），在监测区域范围外有物体通过，监测距离无效，输出无效距离信息，并通过信号线输出无效电平（低电平）；如高速激光测距传感器Ⅰ监测区域内一旦有受电弓滑板通过，被视为遮挡物通过，高速激光测距传感器Ⅰ输出高电平信号（不在有效测量区间内的距离时，则输出低电平），高速激光测距传感器Ⅰ输出信号线连接到采集控制模块对应监测输入端口；所述采集控制模块在预设时间区间内监测到所述高速激光测距传感器Ⅱ传回的列车车头通过信号后又监测到所述高速激光测距传感器Ⅰ传回的受电弓滑板通过信号，则判定当前时刻受电弓滑板通过并输出触发信号，预设时间区间即为车辆通过有效时间，1列车仅监测1次车头通过，第1受电弓和第2受电弓通过，均为有效时间内又监测到受电弓滑板通过。即，列车车头通过高速激光测距传感器Ⅱ位置触发高速激光测距传感器Ⅱ向数据处理机柜发出高电平；列车受电弓滑板通过高速激光测距传感器Ⅰ监测位置触发高速激光测距传感器高速激光测距传感器Ⅰ向数据处理机柜发出高电平；所述高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ未监测到物体时输出低电平；高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ都可直接安装在轨边既有的接触网立柱上，列行驶通过时，首先是车头先通过监测区域触发高速激光测距传感器Ⅱ，接着随着列车前进，安装有受电弓的车厢通过监测区域，受电弓滑板通过并触发高速激光测距传感器Ⅰ。

进一步的，所述高速激光测距传感器Ⅰ通过以下三种方式中的一种设置在所述支柱上：

方式一，所述高速激光测距传感器Ⅰ设置在所述支柱的顶部，并从上向下倾斜朝向列车行驶通过时受电弓滑板所在位置，且其在竖直面内激光发射角度可调；并且高速激光测距传感器Ⅰ激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直；这种方式将高速激光测距传感器Ⅰ设置在所述立柱的顶部，由于是从上至下的拍摄，便于调整角度安装。

方式二，所述高速激光测距传感器Ⅰ设置在所述支柱的中部，设置的高度低于列车行驶通过时受电弓滑板所在位置高度，且其激光发射方向倾斜向上朝向列车行驶通过时受电弓滑板所在位置，并且高速激光测距传感器Ⅰ激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直；

方式三，所述高速激光测距传感器Ⅰ设置在所述支柱的中部，设置的高度低于列车行驶通过时受电弓滑板所在位置高度，且其激光发射方向倾斜向上朝向列车行驶通过时受电弓拉杆和下臂杆所在位置，并且高速激光测距传感器Ⅰ激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直。

方式二和方式三讲高速激光测距传感器Ⅰ倾斜向上朝向列车行驶通过时受电弓滑板所在位置设置，当高速激光测距传感器Ⅰ设置在所述立柱的中间位置时，一般的高度位置与轨面高度之间的间距≥4.2m，即靠近列车高度中间线位置，这样即可给予高速激光测距传感器Ⅰ足够的角度调整空间使得其监测范围不被车体干扰投射到列车经过时受电弓滑板所在位置，这样设置的好处在于由于受电弓滑板处于列车最高位置，可以不用担心由于列车顶部其他部件导致高速激光测距传感器Ⅰ被误触发。

优选地，所述采集控制模块按照设定时间间隔定时读取所述高速激光测距传感器Ⅰ传回的第一电平信号和所述高速激光测距传感器Ⅱ传回的第二电平信号，并对所述第一电平信号和第二电平信号进行滤波处理；

若识别到所述第二电平信号由持续低电平变为持续高电平，则判定为车头通过信号；

若识别到所述第一电平信号出现连续的n个脉冲信号，则判定为受电弓滑板通过，其中n为预设的一个或多个固定值。

对应的，若所述高速激光测距传感器Ⅰ采用方式一或方式二设置在所述支柱上，若识别到所述第一电平信号出现连续的3个脉冲信号，并且首尾脉冲的脉宽一致且大于中间脉冲的脉宽，首尾脉冲与中间脉冲的时间间隔一致，则判定为受电弓滑板通过，由于设置的角度，高速激光测距传感器Ⅰ的有效监测阈值范围内会包含受电弓上两个滑板以及支臂上的平衡杆，因此三个信号分别对应列车通过时，受电弓上的两个滑板以及支臂上的平衡杆。

若所述高速激光测距传感器Ⅰ采用方式三设置在所述支柱上，若识别到所述第一电平信号出现连续的2个脉冲信号，并且2个脉冲信号的脉宽差值超过阈值，则判定为受电弓滑板通过，由于设置的角度，高速激光测距传感器Ⅰ的有效监测阈值范围内仅会包含受电弓上两个滑板，因此2个信号分别对应列车通过时，受电弓上的两个滑板。

若识别到所述第二电平信号由持续低电平变为持续高电平，并且持续高电平期间出现短暂低电平，则判定为车头通过信号，列车车身长度相对于受电弓要长很多，因此通过过程会持续使高速激光测距传感器Ⅱ触发高电平。

所述高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ的激光信号发送与激光信号接收集成在同一个结构腔体内，即发射激光出口与接受反射激光入口共享；为了能准确监测出受电弓滑板通过监测，选用高速触发传感器LDS30作为高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ，其采样率15KHz，理论上是可以满足350km/h条件下受电弓滑板通过时刻滑板通过监测。触发传感器LR-TB5000采样频率最高支持1kHz,可以用于车速较慢通过的列车通过受电弓滑板监测，一般用于出入线库时速小于30km/h的应用。

本发明还提供了一种受电弓滑板在线监测系统，包括上述所述的受电弓滑板通过识别装置，还包括受电弓成像单元、车号成像单元以及数据处理主机；

所述受电弓成像单元设置在所述支柱上，其镜头光轴方向与轨道中心线方向垂直，用于拍摄列车行驶通过时受电弓滑板图像；优选地，所述受电弓成像单元为高速相机，且所述高速相机在立柱上设置高度高于列车通过时受电弓滑板的高度，例如所述受电弓成像单元的设置位置高度与列车通过时受电弓滑板的高度距离≥2m，支柱可以是接触线网既有组成部分，即接触网悬挂支柱，列车通过装置时，受电弓成像单元设置在支柱顶端可以刚好拍摄下受电弓滑板的影像，这时受电弓滑板与受电弓成像单元的高度差距就在2~3米的距离，这个距离在保障受电弓成像单元不会干扰列车通过轨道的同时又能拥有合理的成像面积，保证拍摄到的图像中能够以受电弓滑板为主体，清楚完整的展现受电弓滑板图像，并且使得受电弓滑板尽可能的接近于图像的中间位置，同时还能尽量减少图像中参杂过多的其他干扰信息，为后面的处理提供更好的数据源。

所述车号成像单元设置所述支柱上，用于拍摄列车行驶通过时的车号图像；

所述数据处理主机用于接收所述车号成像单元拍摄的车号图像并进行实时车号识别，以及接收所述受电弓成像单元拍摄的受电弓图像，对受电弓图像进行受电弓状态缺陷识别；

所述采集控制模块在预设时间间隔内监测到所述高速激光测距传感器Ⅱ传回的列车车头通过信号后触发所述车号成像单元拍照；其又监测到所述高速激光测距传感器Ⅰ传回的受电弓滑板通过信号，则判定当前时刻受电弓滑板通过，触发所述受电弓成像单元拍照。

进一步的，所述车号成像单元拍照后将图像数据上传至数据处理主机，数据处理主机对车号识别成像单元拍摄的图像进行识别判断图像中是否包含车号信息，并将包含有车号信息的识别结果发送至所述采集控制模块，所述采集控制模块接收到所述高速激光测距传感器Ⅱ监测到的列车车头通过的信号以及数据处理主机对车号信息的识别结果后又接收到所述高速激光测距传感器Ⅰ监测到的受电弓滑板通过的信号，则向所述受电弓成像单元发送拍照指令，受电弓成像单元拍照后将数据传输至数据处理主机，即，所述数据处理主机将车号识别结果反馈至采集控制模块，若车号识别结果包含车号信息，所述采集控制模块才触发受电弓成像单元拍照。

又或者，所述数据处理主机收到所述受电弓成像单元拍摄的图像，首先调取拍摄所述图像时对应高速激光测距传感器Ⅱ触发车号成像单元拍摄的车号图像的车号识别处理结果，若车号识别处理结果为确认有车号信息，则所述数据处理主机才对所述受电弓成像单元拍摄的照片进行处理和缺陷识别。

与现有技术方案相比，本发明技术方案的有益效果如下：

本发明提供的受电弓滑板通过识别装置将受电弓滑板通过监测与车头通过监测进行关联，综合判断是否为真实的过车时受电弓滑板通过，降低非过车期间产生的误识别率。

本发明根据现场环境条件不同提供了3种受电弓监测高速激光传感器安装方案，顶部安装有利于角度调节，中部安装有利于避免阳光干扰；朝向受电弓滑板有利于提供通过识别精度，朝向下壁杆和拉杆对于单滑条受电弓能够提高识别精度。

本发明提供的受电弓滑板在线监测系统，受电弓滑板通过识别装置的高速激光测距传感器和受电弓成像装置朝向均垂直于轨道中心线，即位于垂直于轨道中心线的竖直面内，保证了列车受电弓通过时及时触发拍摄，且拍摄图像中受电弓无图像畸变，降低了后续受电弓缺陷图像识别的计算量。

本发明提供的受电弓滑板在线监测系统中数据处理主机收到所述受电弓成像单元拍摄的图像，首先调取拍摄所述图像时对应高速激光测距传感器Ⅱ触发车号成像单元拍摄的车号图像的车号识别处理结果，若车号识别处理结果为确认有车号信息，则所述数据处理主机才对所述受电弓成像单元（2）拍摄的照片进行处理和缺陷识别，在提高受电弓通过识别精度的基础上，减少了受电弓缺陷图像识别处理量，提高了受电弓缺陷监测效率。

本发明专利提供的这种受电弓滑板在线监测系统，通过在既有的轨边支柱上分别设置针对列车车头和列车受电弓滑板通过的监测单元以及时获取列车的实时通过位置数据，并以车头通过监测结果和受电弓滑板通过的监测结果结合起来判断出当前经过的是待监测列车，且列车的受电弓滑板刚好通过拍照位置，双触发的设计确保不会因为其他物体干扰而导致误触发。并且所有的器件均可单侧单立柱设置，即只需要在轨道支柱一侧安装该装置，列车受电弓滑板通过监测装置监测区域时，可以快速监测出受电弓滑板通过，提高了应用场景，适用于铁路沿线的局界、车站咽喉区、机车出入库线及地铁线路安装监测；该系统还可以监测普速和高速列车通过时受电弓滑板通过监测。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本发明这种受电弓滑板通过识别装置的安装结构示意图；

图2为本发明这种受电弓滑板在线监测系统的结构示意图；

图3为本发明高速激光测距传感器Ⅰ和Ⅱ监测波形示例图；

图4为本发明高速激光测距传感器Ⅰ监测波形特例的示意图；

附图中：

1、支柱；2、受电弓成像单元；3、高速激光测距传感器Ⅱ；4、高速激光测距传感器Ⅰ；5、数据处理机柜；6、车号识别成像单元；7、受电弓滑板。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

作为本发明受电弓滑板7通过识别装置一种优选地实施方案，如图1，包括设置在支柱1上、方向朝向轨道上列车行驶通过时受电弓滑板7所在位置、用于识别受电弓滑板7通过的高速激光测距传感器Ⅰ4，以及设置在支柱1上、方向朝向轨道上列车行驶通过时车头所在位置、用于识别列车车头通过的高速激光测距传感器Ⅱ3；

还包括一个采集控制模块与所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3信号相连；

所述采集控制模块通过传感器通信接口分别配置所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3的近端监测门限和远端监测门限，高速激光测距传感器可以通过传感器通信接口配置监测区域近端和远端门限参数设置，只要在这个监测区域范围内有物体通过就能监测到距离传感器之间的距离信息，并通过信号线输出有效电平（高电平），在监测区域范围外有物体通过，监测距离无效，输出无效距离信息，并通过信号线输出无效电平（低电平）；如高速激光测距传感器Ⅰ4监测区域内一旦有受电弓滑板7通过，被视为遮挡物通过，高速激光测距传感器Ⅰ4输出高电平信号（不在有效测量区间内的距离时，则输出低电平），高速激光测距传感器Ⅰ4输出信号线连接到采集控制模块对应监测输入端口；所述采集控制模块在预设时间区间内监测到所述高速激光测距传感器Ⅱ3传回的列车车头通过信号后又监测到所述高速激光测距传感器Ⅰ4传回的受电弓滑板7通过信号，则判定当前时刻受电弓滑板7通过并输出触发信号，预设时间区间即为车辆通过有效时间，1列车仅监测1次车头通过，第1受电弓和第2受电弓通过，均为有效时间内又监测到受电弓滑板7通过。即，列车车头通过高速激光测距传感器Ⅱ3位置触发高速激光测距传感器Ⅱ3向数据处理机柜5发出高电平；列车受电弓滑板7通过高速激光测距传感器Ⅰ4监测位置触发高速激光测距传感器高速激光测距传感器Ⅰ4向数据处理机柜5发出高电平；所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3未监测到物体时输出低电平；高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3都可直接安装在轨边既有的接触网立柱上，列车行驶通过时，首先是车头先通过监测区域触发高速激光测距传感器Ⅱ3，接着随着列车前进，安装有受电弓的车厢通过监测区域，受电弓滑板7通过并触发高速激光测距传感器Ⅰ4。

进一步的，所述预设时间区间为根据普速列车运行速度及其车辆长度计算出的有效通过时间；所述第二电平信号的持续低电平时长大于根据普速列车运行速度及其车厢间隔长度计算出的间隔时间。通过对有效通过时间和车号识别信号持续无时间的限定，提高车号识别的效率，提高对于多节车厢上安装多个受电弓的识别效率。

进一步的，所述高速激光测距传感器Ⅰ4通过以下三种方式中的一种设置在所述支柱1上：

方式一，所述高速激光测距传感器Ⅰ4设置在所述支柱1的顶部，并从上向下倾斜朝向列车行驶通过时受电弓滑板7所在位置，且其在竖直面内激光发射角度可调；并且高速激光测距传感器Ⅰ4激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直；这种方式将高速激光测距传感器Ⅰ4设置在所述立柱的顶部，由于是从上至下的拍摄，便于调整角度安装。

方式二，所述高速激光测距传感器Ⅰ4设置在所述支柱1的中部，设置的高度低于列车行驶通过时受电弓滑板7所在位置高度，且其激光发射方向倾斜向上朝向列车行驶通过时受电弓滑板7所在位置，并且高速激光测距传感器Ⅰ4激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直；

方式三，所述高速激光测距传感器Ⅰ4设置在所述支柱1的中部，设置的高度低于列车行驶通过时受电弓滑板7所在位置高度，且其激光发射方向倾斜向上朝向列车行驶通过时受电弓拉杆和下臂杆所在位置，并且高速激光测距传感器Ⅰ4激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直。

方式二和方式三讲高速激光测距传感器Ⅰ4倾斜向上朝向列车行驶通过时受电弓滑板7所在位置设置，当高速激光测距传感器Ⅰ4设置在所述立柱的中间位置时，一般的高度位置与轨面高度之间的间距≥4.2m，即靠近列车高度中间线位置，这样即可给予高速激光测距传感器Ⅰ4足够的角度调整空间使得其监测范围不被车体干扰投射到列车经过时受电弓滑板7所在位置，这样设置的好处在于由于受电弓滑板7处于列车最高位置，可以不用担心由于列车顶部其他部件导致高速激光测距传感器Ⅰ4被误触发。

优选地，所述采集控制模块按照设定时间间隔定时读取所述高速激光测距传感器Ⅰ4传回的第一电平信号和所述高速激光测距传感器Ⅱ3传回的第二电平信号，并对所述第一电平信号和第二电平信号进行滤波处理；

若识别到所述第二电平信号由持续低电平变为持续高电平，则判定为车头通过信号；

若识别到所述第一电平信号出现连续的n个脉冲信号，则判定为受电弓滑板7通过，其中n为预设的一个或多个固定值。

对应的，若所述高速激光测距传感器Ⅰ4采用方式一或方式二设置在所述支柱1上，若识别到所述第一电平信号出现连续的3个脉冲信号，并且首尾脉冲的脉宽一致且大于中间脉冲的脉宽，首尾脉冲与中间脉冲的时间间隔一致，则判定为受电弓滑板7通过，由于设置的角度，高速激光测距传感器Ⅰ4的有效监测阈值范围内会包含受电弓上两个滑板以及支臂上的平衡杆，因此三个信号分别对应列车通过时，受电弓上的两个滑板以及支臂上的平衡杆。

若所述高速激光测距传感器Ⅰ4采用方式三设置在所述支柱1上，若识别到所述第一电平信号出现连续的2个脉冲信号，并且2个脉冲信号的脉宽差值超过阈值，则判定为受电弓滑板7通过，由于设置的角度，高速激光测距传感器Ⅰ4的有效监测阈值范围内仅会包含受电弓上两个滑板，因此2个信号分别对应列车通过时，受电弓上的两个滑板。

若识别到所述第二电平信号由持续低电平变为持续高电平，并且持续高电平期间出现短暂低电平，则判定为车头通过信号，列车车身长度相对于受电弓要长很多，因此通过过程会持续使高速激光测距传感器Ⅱ3触发高电平。由于列车扶手是圆柱且表面比较光滑容易把光反射到其他方向发生了折射不会原路返回等原因所以会短暂的监测不到信号导致持续返回信号中途出现短暂低电平时间。

所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3的激光信号发送与激光信号接收集成在同一个结构腔体内，即发射激光出口与接受反射激光入口共享；为了能准确监测出受电弓滑板7通过监测，选用高速触发传感器LDS30作为高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3，其采样率15KHz，理论上是可以满足350km/h条件下受电弓滑板7通过时刻滑板通过监测。触发传感器LR-TB5000采样频率最高支持1kHz,可以用于车速较慢通过的列车通过受电弓滑板7监测，一般用于出入线库时速小于30km/h的应用。

实施例2

作为本发明受电弓滑板在线监测系统一种优选地实施方案，如图1和2，包括上述实施例1技术方案中的受电弓滑板通过识别装置，以及用于拍摄受电弓滑板7图像的受电弓成像单元2。

所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3均通过传感器通信接口连接至采集控制模块，所述传感器通信接口配置所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3的监测区域近端和远端门限参数，这里近端和远端门限是指高速激光测距传感器的有效触发范围，只有落入有效触发范围的物体才能触发高速激光测距传感器发出高电平，即只要在监测区域这个近端和远端门限参数内的范围内有物体通过就能监测到距离传感器之间的距离信息，并向所述传感器通信接口输出有效电平（高电平），在监测区域范围外有物体通过，监测距离无效，输出无效距离信息，并向所述传感器通信接口输出无效电平（低电平），所述采集控制模块按照设定时段定时对读取所述传感器通信接口的电平信号，并对信号电平滤波处理和识别，当时别到所述高速激光测距传感器Ⅱ3持续输出高电平且高速激光测距传感器Ⅰ4的输出也由低电平变为高电平时触发受电弓成像单元2拍照并传送至主机。还包括用于拍摄列车行驶通过时车号的车号识别成像单元6，所述高速激光测距传感器Ⅱ3为高电平时触发所述车号识别成像单元6拍照并传送至主机，主机对车号识别成像单元6的拍照的数据进行车号识别处理，并将处理结果反馈给所述采集控制模块或保留在主机中对应存储至该次触发所拍摄的受电弓滑板7图像待识别区域中。

采集控制模块可实时对两个高速激光测距传感器返回信号电平进行定时每间隔0.1ms读取一次监测端口信号电平，并对信号电平滤波识别处理，以是否满足持续有点数和持续无点数判断是否满足受电弓通过识别条件，并结合当前车号传感器识别结果进行综合判断确认是否是受电弓，一旦综合判断出是受电弓滑板7通过，采集控制模块通过触发信号线发送触发命令给受电弓成像单元2的相机模块，触发相机拍摄受电弓图片和光源进行补光，受电弓成像单元2的相机将所拍图片通过网络将图片数据传输给数据处理主机，数据处理主机再对所拍图片进行受电弓状态进行图像识别缺陷判断处理。

进一步的，所述主机收到所述受电弓成像单元2拍摄的照片，首先调取拍摄所述照片时对应高速激光测距传感器Ⅱ3触发车号识别成像单元6拍摄的拍照的车号识别处理结果，若车号识别处理结果为确认有车号信息，则所述主机才对所述受电弓成像单元2拍摄的照片进行处理和识别。即除了高速激光测距传感器Ⅱ3监测列车车头通过作为防止误触发的设计以外，还增加一个车号识别的设备，在判断车头通过时触发车号识别拍照以进一步确定是否是车辆通过而非雪花、漂浮物等的误触发，确定后再结合高速激光测距传感器Ⅰ4的感应结果触发受电弓成像单元2拍照，三重确认最大程度的保证了精准度。此外，车号识别还可以放在主机处理和识别受电弓滑板7时使用，主机处理和识别受电弓滑板7前首先调取该图片对应的高速激光测距传感器Ⅱ3触发拍摄的车号识别图像，判断车号识别图像中是否存在车号，存在则进行受电弓滑板7图像的识别及处理，否则认为是误触发即可不进行处理。

进一步的，所述高速激光测距传感器Ⅱ3持续输出高电平，是指在高速激光测距传感器Ⅱ3由低电平输出变为高电平输出起至高速激光测距传感器Ⅰ4由低电平输出变为高电平的时间段内，高速激光测距传感器Ⅱ3持续输出高电平的时间超过设定阈值则判断为持续输出高电平，这里通过设定阈值或高低电平输出的转换频率来判定是否持续输出高电平，是因为部分列车（如既有线列车）的车厢之间连接处有间隔，会造成高速激光测距传感器Ⅱ3出现有规律的高低电平转换，通常这个期间低电平是短暂出现的。

而所述高速激光测距传感器Ⅰ4的输出也由低电平变为高电平，是指高速激光测距传感器Ⅰ4的输出第一次由低电平输出变为高电平开始，出现连续的n次高低电平转换，则判断为输出变为高电平，其中n为设定值；这是基于两个原因，首先是高速激光测距传感器Ⅰ4的设置高度不同，倾斜向下感应受电弓和倾斜向上感应受电弓时产生的高低电平转换次数是不同的，比如向下时可能会因为监测搭配受电弓支臂而比向上时产生多一次高低电平转换，其次就是不同车辆配置的受电弓型号不同，所产生的高低电平转换情况也不同，如双滑板受电弓和单滑板受电弓。

如图3所示，是列车通过该受电弓滑板监测装置时，采集到的两个位置高速传感器时序波形图，时序1为用于识别车头的高速激光测距传感器Ⅱ3，t1是车头进入之前较长一段时间，都监测到低电平（无信号），t2为车头进入持续小段时间内连续监测到高电平（有信号），t3为持续返回信号中途出现短暂低电平时间，由于列车扶手是圆柱且表面比较光滑容易把光反射到其他方向发生了折射不会原路返回等原因所以会短暂的监测不到信号所致，t4是列车车厢之间存在较大间隔，故出现一段时间内低电平（无信号），通过对车头通过高速测距传感器采集波形的特征进行在持续无和持续有点数及特征判断车头通过，进行识别车头通过时刻，触发车号相机拍照。时序2为受电弓滑板7通过识别的高速激光测距传感器Ⅰ4的波形，高速激光测距传感器Ⅰ4主要用于识别列车受电弓滑板7通过识别监测，从时序2中，可以看到如双弓型的受电弓滑板7通过时刻，可以监测出三个脉冲信号（两个受电弓滑板7和一根平衡杆导致的三次触发），三个脉冲信号的脉宽分别对应t6、t8、t10，t6和t10对应两根滑板宽度通过的时间，时间非常接近，t8是受电弓平衡杆通过的时间，t7和t9为脉冲之间的间隔时间也非常接近；在一定程度上可以利用这个特征可以确认受电弓通过条件，t11为两个受电弓之间的间隔时间。时序3为高速激光测距传感器Ⅰ4朝向受电弓下臂杆通过的波形，t12为受电弓下臂杆通过的脉宽波形，t13为拉杆通过的波形，时间较短是因为拉杆较细原因。时序4为高速激光测距传感器Ⅰ4朝向受电弓下臂杆通过时受干扰的波形，干扰信号无规律，时间较短；时序5为高速激光测距传感器打向受电弓下臂杆通过期间下雨下雪的波形，下雨下雪无触发时间较短且没有规律。

其中，时序3为激光测距传感器对着受电弓下臂杆，跟时序2是并列方案，时序3的方式只有斜射方式；时序2的方式可以是斜射也可以说是俯视向下；时序图若要量化，则T10=0.8~1.2T6、T8=(0.4~0.6)(T10)、T7=(0.8-1.2)T9、T7=(5-10)T10。

具体的，如图4，以双弓型的受电弓滑板7为例，是受电弓滑板7通过时刻高速激光测距传感器返回采样的波形，图中t1脉宽对应滑条Ⅰ的宽度，t5脉宽对应滑条2的宽度，t3脉宽对应平衡杆的宽度，t2是滑条Ⅰ和平衡杆间距对应的时间宽度，t4是平衡杆和滑条Ⅱ之间间距对应的时间宽度，同一个受电弓上两根碳滑条的宽度是相同的，那么通过高速传感器的时间脉宽基本上也是非常接近，同理碳滑条Ⅰ和平衡杆之间的间距和平衡杆和碳滑条Ⅱ之间的间距是相同的，则通过的时间也是非常接近，即t2和t4的时间是非常接近。综合这些时间参数特征可以确认识别出受电弓滑板7的通过识别。

实施例3

如图1，本实施例公开了一种使用上述系统的受电弓滑板在线监测装置，具体的，包括设置在支柱1上用于拍摄受电弓滑板7图像的受电弓成像单元2，以及用于识别受电弓滑板7通过的高速激光测距传感器Ⅰ4和用于识别列车车头通过的高速激光测距传感器Ⅱ3；所述受电弓成像单元2的镜头方向与列车行驶方向相互垂直，即在采样位置处，受电弓滑板7与高速相机的镜头处于同一垂直平面内；所述受电弓成像单元2、高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3与数据处理机柜5通讯相连，所述数据处理机柜5内设置用于数据处理的主机以及用于控制所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3的采集控制模块，所述采集控制模块接收到所述高速激光测距传感器Ⅱ3监测到的列车车头通过的信号后又接收到所述高速激光测距传感器Ⅰ4监测到的受电弓滑板7通过的信号，则向所述受电弓成像单元2发送拍照指令，受电弓成像单元2拍照后将数据传输至主机；还包括设置在支柱1上、与所述采集控制模块数据相连、用于拍摄列车行驶通过时车号的车号识别成像单元6，所述采集控制模块接收到高速激光测距传感器Ⅱ3监测到的列车车头通过的信号后即向所述车号识别成像单元6发出拍照触发指令，车号识别成像单元6拍照后将数据传输至主机。即车号识别成像单元6与高速激光测距传感器Ⅱ3联动。

受电弓成像单元2和车号识别成像单元6组为拍照装置，高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3组成识别装置，传感器识别受电弓滑板通过监测，高速激光测距传感器Ⅱ3识别列车车头通过监测。数据处理机柜主要放置数据处理主机和采集控制模块及其他数据传输模块及电源模块，数据处理机柜内置空调，为了保证监测装置机箱内部温度恒定。支柱和接触线及承力索是接触线网既有组成部分。受电弓滑板监测装置固定安装在特定位置，列车通过装置时，自动识别车头触发车号成像单元拍照，列车受电弓滑板通过装置时，自动监测出受电弓滑板通过时刻，并立即自动触发受电弓成像单元拍照。

所述高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ的激光信号发送与激光信号接收集成在同一个结构腔体内，即发射激光出口与接受反射激光入口共享；为了能准确监测出受电弓滑板通过监测，选用高速触发传感器LDS30作为高速激光测距传感器Ⅰ和高速激光测距传感器Ⅱ，其采样率15KHz，理论上是可以满足350km/h条件下受电弓滑板通过时刻滑板通过监测。触发传感器LR-TB5000采样频率最高支持1kHz,可以用于车速较慢通过的列车通过受电弓滑板监测，一般用于出入线库时速小于30km/h的应用。

对应的，本实施例还给出一种对应上述装置即系统的受电弓滑板在线监测的方法，包括激光测距传感触发步骤、信号识别判断步骤、采样触发步骤和图像处理步骤；

所述激光测距传感触发步骤，如图1，待监测列车行驶至监测位置时，列车车头通过高速激光测距传感器Ⅱ3位置触发高速激光测距传感器Ⅱ3向数据处理机柜5发出高电平；列车受电弓滑板7通过高速激光测距传感器Ⅰ4监测位置触发高速激光测距传感器高速激光测距传感器Ⅰ4向数据处理机柜5发出高电平；所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3未监测到物体时输出低电平；高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3都可直接安装在轨边既有的接触网立柱上，列行驶通过时，首先是车头先通过监测区域触发高速激光测距传感器Ⅱ3，接着随着列车前进，安装有受电弓的车厢通过监测区域，受电弓滑板7通过并触发高速激光测距传感器Ⅰ4；

所述信号识别判断步骤，如图2，所述数据处理机柜5中的采集控制模块按照设定时段定时读取传感器通信接口上高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3输出的电平信号，并对信号电平滤波处理和识别，判断当前信号下是否为列车受电弓滑板7通过受电弓成像单元2位置；高速激光测距传感器可以通过传感器通信接口配置监测区域近端和远端门限参数设置，只要在这个监测区域范围内有物体通过就能监测到距离传感器之间的距离信息，并通过信号线输出有效电平（高电平），在监测区域范围外有物体通过，监测距离无效，输出无效距离信息，并通过信号线输出无效电平（低电平）；如高速激光测距传感器Ⅰ4监测区域内一旦有受电弓滑板7通过，被视为遮挡物通过，高速激光测距传感器Ⅰ4输出高电平信号（不在有效测量区间内的距离时，则输出低电平），高速激光测距传感器Ⅰ4输出信号线连接到采集控制模块对应监测输入端口，采集控制模块实时对高速激光测距传感器Ⅰ4返回信号电平进行定时每间隔0.1ms读取一次监测端口信号电平，并对信号电平滤波识别处理，判断是否满足受电弓通过识别条件。

所述采样触发步骤，如图2，所述采集控制模块识别出高速激光测距传感器Ⅱ3持续输出高电平且高速激光测距传感器Ⅰ4的输出也由低电平变为高电平时，发送触发信号控制受电弓成像单元2拍照并传送至处理机柜中的主机；如前所述，所述高速激光测距传感器Ⅰ4和高速激光测距传感器Ⅱ3是两个相互独立可用的传感器，因此如果单独采用一个传感器作为触发拍照的监测条件，则难以避免因为其他物体误入传感监测范围而引起采样单元误触发，同时也难以准确的在受电弓滑板7通过采样单元时进行拍照，因此采用两个相互独立的传感器分别对车头和受电弓滑板7进行感应，并将车头对传感器的触发和受电弓滑板7对传感器的触发逻辑结合起来作为触发拍照的必要条件，即高速激光测距传感器Ⅱ3监测到车头开始持续发出高电平即肯定是列车通过而不是误触发，然后高速激光测距传感器Ⅰ4再监测到有物体输出高电平则肯定是列车上的受电弓滑板7。

所述图像处理步骤，主机接收到受电弓成像单元2所拍摄的图像，并对图像进行处理和识别判断受电弓滑板的运行状态。

进一步的，所述信号识别判断步骤中，当采集控制模块识别到高速激光测距传感器Ⅱ3输出由低电平变为高电平时，采集控制模块向用于拍摄列车车号的车号识别成像单元6发送触发信号控制车号识别成像单元6拍照并传送至处理机柜中的主机；所述主机对车号识别成像单元6所拍摄的图像进行处理和识别判断图像中是否存在列车车号。

优选地，主机对车号识别成像单元6所拍摄图像的判断结果也可以以两种不同的方式使用：

其一是在所述采样触发步骤中,主机将判断对车号识别成像单元6所拍摄图像的判断结果反馈至所述采集控制模块，当判断结果为车号识别成像单元6所拍摄图像中包含车号信息时，所述采集控制模块才控制受电弓成像单元2拍照。即所述采集控制模块识别出高速激光测距传感器Ⅱ3持续输出高电平且高速激光测距传感器Ⅰ4的输出也由低电平变为高电平时，还需要结合由所述主机反馈的，在该时刻高速激光测距传感器Ⅱ3所输出的高电平对应触发的车号识别结果，若识别结果为判断有车号，则发送送触发信号控制受电弓成像单元2拍照并传送至处理机柜中的主机。

其二是在所述图像处理步骤中，主机接收到受电弓成像单元2所拍摄的图像时，首先调取主机对车号识别成像单元6所拍摄的图像的判断结果，只有当判断结果为确认有车号信息，主机才会对本次触发所拍摄的图像进行处理和识别判断受电弓滑板的运行状态。

进一步的，所述激光测距传感触发步骤中，所述高速激光测距传感器Ⅱ3向数据处理机柜5发出的高电平为持续高电平或波动性的高电平，且波动性的高电平只有在输出高电平的占比超过设定阈值的时候才视为发出高电平；所述高速激光测距传感器Ⅰ4在列车受电弓滑板7通过时向数据处理机柜5发出的高电平为波动性的高电平，且为限定次数的高低波动的输出电平。

Claims (10)

1.一种受电弓滑板通过识别装置，其特征在于：包括高速激光测距传感器Ⅰ（4）、高速激光测距传感器Ⅱ（3）和采集控制模块；

所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）设置在支柱（1）上，布设方向朝向轨道上列车行驶通过时受电弓滑板（7）所在位置，用于在列车行驶通过时监测受电弓滑板（7）；

所述高速激光测距传感器Ⅱ（3）设置在支柱（1）上，布设方向朝向轨道上列车行驶通过时车头所在位置，用于在列车行驶通过时监测列车车头；

所述和采集控制模块与所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）和高速激光测距传感器Ⅱ（3）信号相连，所述采集控制模块通过传感器通信接口分别配置所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）和高速激光测距传感器Ⅱ（3）的近端监测门限和远端监测门限；所述采集控制模块在预设时间区间内监测到所述高速激光测距传感器Ⅱ（3）传回的列车车头通过信号后又监测到所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）传回的受电弓滑板（7）通过信号，则判定当前时刻受电弓滑板（7）通过并输出触发信号。

2.如权利要求1所述的一种受电弓滑板通过识别装置，其特征在于，所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）通过以下三种方式中的一种设置在所述支柱（1）上：

方式一，所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）设置在所述支柱（1）的顶部，并从上向下倾斜朝向列车行驶通过时受电弓滑板（7）所在位置，且其在竖直面内激光发射角度可调；并且高速激光测距传感器Ⅰ（4）激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直；

方式二，所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）设置在所述支柱（1）的中部，设置的高度低于列车行驶通过时受电弓滑板（7）所在位置高度，且其激光发射方向倾斜向上朝向列车行驶通过时受电弓滑板（7）所在位置，并且高速激光测距传感器Ⅰ（4）激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直；

方式三，所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）设置在所述支柱（1）的中部，设置的高度低于列车行驶通过时受电弓滑板（7）所在位置高度，且其激光发射方向倾斜向上朝向列车行驶通过时受电弓拉杆和下臂杆所在位置，并且高速激光测距传感器Ⅰ（4）激光发射方向所在的竖直平面与列车行驶通过方向垂直。

3.如权利要求2所述的一种受电弓滑板通过识别装置，其特征在于：所述采集控制模块按照设定时间间隔定时读取所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）传回的第一电平信号和所述高速激光测距传感器Ⅱ（3）传回的第二电平信号，并对所述第一电平信号和第二电平信号进行滤波处理；

若识别到所述第二电平信号由持续低电平变为持续高电平，则判定为车头通过信号；

若识别到所述第一电平信号出现连续的n个脉冲信号，则判定为受电弓滑板（7）通过，其中n为预设的一个或多个固定值。

4.如权利要求3所述的一种受电弓滑板通过识别装置，其特征在于：所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）采用方式一或方式二设置在所述支柱（1）上，若识别到所述第一电平信号出现连续的3个脉冲信号，并且首尾脉冲的脉宽一致且大于中间脉冲的脉宽，首尾脉冲与中间脉冲的时间间隔一致，则判定为受电弓滑板（7）通过。

5.如权利要求3所述的一种受电弓滑板通过识别装置，其特征在于：所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）采用方式三设置在所述支柱（1）上，若识别到所述第一电平信号出现连续的2个脉冲信号，并且2个脉冲信号的脉宽差值超过阈值，则判定为受电弓滑板（7）通过。

6.如权利要求3所述的一种受电弓滑板通过识别装置，其特征在于：若识别到所述第二电平信号由持续低电平变为持续高电平，并且持续高电平期间出现短暂低电平，则判定为车头通过信号。

7.如权利要求6所述的一种受电弓滑板通过识别装置，其特征在于：所述预设时间区间为根据普速列车运行速度及其车辆长度计算出的有效通过时间；所述第二电平信号的持续低电平时长大于根据普速列车运行速度及其车厢间隔长度计算出的间隔时间。

8.一种受电弓滑板在线监测系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的受电弓滑板（7）通过识别装置，还包括：受电弓成像单元（2）、车号成像单元以及数据处理主机；

所述受电弓成像单元设置在所述支柱（1）上，其镜头光轴方向与轨道中心线方向垂直，用于拍摄列车行驶通过时受电弓滑板（7）图像；

所述车号成像单元设置所述支柱（1）上，用于拍摄列车行驶通过时的车号图像；

所述数据处理主机用于接收所述车号成像单元拍摄的车号图像并进行实时车号识别，以及接收所述受电弓成像单元（2）拍摄的受电弓图像，对受电弓图像进行受电弓状态缺陷识别；

所述采集控制模块在预设时间间隔内监测到所述高速激光测距传感器Ⅱ（3）传回的列车车头通过信号后触发所述车号成像单元拍照；其又监测到所述高速激光测距传感器Ⅰ（4）传回的受电弓滑板（7）通过信号，则判定当前时刻受电弓滑板（7）通过，触发所述受电弓成像单元（2）拍照。

9.如权利要求8所述的受电弓滑板在线监测系统，其特征在于：所述数据处理主机将车号识别结果反馈至采集控制模块，若车号识别结果包含车号信息，所述采集控制模块才触发受电弓成像单元（2）拍照。

10.如权利要求8所述的一种受电弓滑板在线监测系统，其特征在于：所述数据处理主机收到所述受电弓成像单元（2）拍摄的图像，首先调取拍摄所述图像时对应高速激光测距传感器Ⅱ（3）触发车号成像单元（6）拍摄的车号图像的车号识别处理结果，若车号识别处理结果为确认有车号信息，则所述数据处理主机才对所述受电弓成像单元（2）拍摄的照片进行处理和缺陷识别。

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