CN111497689B - 车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路检测技术领域，目的是提供车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，本发明车载上包括采集模块、触发单元、主机单元和图像识别单元，所述主机单元分别与所述采集模块和所述图像识别单元连接，所述采集模块包括有定位单元、成像单元和测量单元，所述定位单元获取所述车载的位置信息，所述成像单元获取接触网上绝缘器的图像信息，所述测量单元捕捉所述绝缘器的损耗数据，当所述车载经过所述绝缘器时，所述触发单元启动并触发所述采集模块工作，所述主机单元将获取的图像信息发送至所述图像识别单元，所述图像识别单元提取所述绝缘器上的异常缺陷并发送至所述主机单元。

Description

车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置

技术领域

本发明涉及铁路领域，具体涉及车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置。

背景技术

分段绝缘器是铁路接触网上实现同相电气分段的一种绝缘设备，它用于将同一相供电单元的接触网分割成几个独立的供电范围。分相绝缘器是铁路接触网上实现A、B相轮流供电的主要设备，用于平衡电力系统的A,B,C各相的负荷。分段、分相绝缘器在接触网系统中是最大的集中荷载，在有限的空间内，集合接头线夹、导流滑道和绝缘器件于一体，悬挂弹性不如柔性较大的线索结构。在自然环境、行车速度、受电弓压力、接触网振动和线路条件等因素的综合作用下，分段绝缘器始终处于被动应付状态。由于运行条件苛刻、弓网配合条件差、停电检修维护困难等诸多原因，目前分段分相绝缘器故障已经成为国内接触网的惯性故障，安全可靠运行的分段、分相绝缘器已经成为铁路供电主管部门的重要诉求。目前铁路部门普遍采用人工步行巡视的方式对接触网分段、分相绝缘器的工作状态进行巡检。这种工作方式由于测量方式、测试工具不同，存在误判的可能性，且工作量巨大、工作效率低下。

CN201710200753.0，综合巡检车接触网巡检系统高速定位触发方法及装置，该申请提供了一种综合巡检车接触网巡检系统高速定位触发方法及装置，在巡检车车顶两侧均设置有至少两个激光位移传感器，方法包括：根据采样间距采集激光位移传感器的测量数据；每间隔一固定距离，根据该固定距离内采集的测量数据识别定位器的高度范围；根据最新N个采样点的测量数据及定位器的高度范围判断激光位移传感器是否定位到了定位器，若定位到了定位器，则产生第一触发脉冲；根据该第一触发脉冲触发摄像组件进行图像采集。本申请能够精确定位接触网上的定位器，为摄像组件提供准确的触发脉冲，降低误触发及漏触发的发生，提高抗干扰能力，但该检测装置依托接触网的定位装置，而本申请考虑到接触网上的绝缘器的缺陷检测。

因此,需要一种接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，能够快速准确的捕捉到分段、分相绝缘器上的画面，并对分段、分相绝缘器的缺陷进行分析处理，便于工作人员的对缺陷做出修理。

发明内容

本发明目的在于提供车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，该装置安装于接触网检测车或作业车上，在检测车或作业车运行过程中对接触网中的分段绝缘器、器件式分相绝缘器进行实时在线触发检测、高清图像采集、几何参数测量、典型缺陷自动分析识别，从而实现接触网分段、分相绝缘器自动巡检的目的；

本发明所采用的技术方案是：车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，车载上包括采集模块、触发单元、主机单元和图像识别单元，所述主机单元分别与所述采集模块和所述图像识别单元连接，所述采集模块包括有定位单元、成像单元和测量单元，所述定位单元获取所述车载的位置信息，所述成像单元获取接触网上绝缘器的图像信息，所述测量单元捕捉所述绝缘器的损耗数据，当所述车载经过所述绝缘器时，所述触发单元启动并触发所述采集模块工作，所述主机单元将获取的图像信息发送至所述图像识别单元，所述图像识别单元提取所述绝缘器上的异常缺陷并发送至所述主机单元，所述主机单元结合所述绝缘器的位置信息和所述异常缺陷生成缺陷统计报告。

通过上述技术手段，主机单元通过网线连接至车顶成像单元的高清相机，用于获取接触网分段、分相绝缘器的高清图像，并将图像数据跟当前列车所在的位置、时间、日期等信息进行同步存储。同时，主机单元还将图像数据发送给图像识别单元，用于对分段、分相绝缘器上出现的零部件松、断、脱、落、裂等异常缺陷进行自动图像分析识别，识别结果将返回至主机单元，并由主机单元将缺陷识别结果跟缺陷所在的位置、时间、日期等信息进行同步存储，从而形成缺陷报警。此外，主机单元上的相关软件还能对系统检测到的各种缺陷数据进行统计分析，并导出缺陷报告和缺陷统计报表，本发明结构合理，设计巧妙，适合推广。

优选的，所述主机单元设置在所述车载内部，所述采集模块与所述触发单元设置在所述车载外部。

优选的，所述图像识别单元包括有工控机和GPU服务器，所述工控机获取所述绝缘器的图像信息，所述GPU服务器与所述工控机连接，所述GPU服务器上存储有预存的图像算法模型，通过所述GPU服务器得到所述图像信息上的异常缺陷。

优选的，所述定位单元包括有速度传感器和杆号相机，所述车载的轮轴上设置有速度传感器，所述车载的车顶上安装有杆号相机。

优选的，所述成像单元包括信号处理板、车顶上若干个相机和补光灯，所述相机和补光灯分别与所述信号处理板连接，其中，所述相机通过线缆与所述工控机连接。

优选的，所述测量单元包括有车顶上3D相机和加速度传感器，所述绝缘器的损耗数据包括有负驰度、偏移量、磨损量和冲击振动值，通过所述3D相机获取所述绝缘器的负驰度、偏移量和磨损量，通过所述加速度传感器获取所述绝缘器的冲击振动值。

优选的，所述触发单元包括有激光器、线阵相机和3D相机，所述激光器和所述线阵相机对接触网进一级判断，所述3D相机对接触网进行二级判断，通过所述一级判断和二级判断锁定所述绝缘器的位置，其中，所述触发单元通过触发所述信号处理板使得所述成像单元工作。

优选的，所述主机单元还包括有UPS。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.能够单独对绝缘器进行检测，利用车载式快速便捷的获取到绝缘器的图像；

2.对出现缺陷和故障的绝缘器会统计生成缺陷报告，简单明了，便于工作人员对绝缘器的维修；

3.利用智能图像分析识别算法，实现分段、分相绝缘器的松、断、脱、落、裂、异物等典型缺陷的自动分析识别。

附图说明

图1为车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置的结构图；

图2为本发明的实施例中定位单元的结构图；

图3为本发明的实施例中成像单元的结构图；

图4为本发明的实施例中测量单元中负弛量计算的结构图；

图5为本发明的实施例中测量单元中偏移量的计算的结构图；

图6为本发明的实施例中测量单元中磨损量的计算的结构图；

图7为本发明的实施例中测量单元中的计算冲击振动值的结构图；

图8为本发明的实施例中测量单元中的计算触发单元的结构图；

图9为本发明的实施例中测量单元中的图像识别单元内的结构图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1～9，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，车载上包括采集模块、触发单元、主机单元和图像识别单元，所述主机单元分别与所述采集模块和所述图像识别单元连接，所述采集模块包括有定位单元、成像单元和测量单元，所述定位单元获取所述车载的位置信息，所述成像单元获取接触网上绝缘器的图像信息，所述测量单元捕捉所述绝缘器的损耗数据，当所述车载经过所述绝缘器时，所述触发单元启动并触发所述采集模块工作，所述主机单元将获取的图像信息发送至所述图像识别单元，所述图像识别单元提取所述绝缘器上的异常缺陷并发送至所述主机单元，所述主机单元结合所述绝缘器的位置信息和所述异常缺陷生成缺陷统计报告。

通过上述技术手段，主机单元通过网线连接至车顶成像单元的高清相机，用于获取接触网分段、分相绝缘器的高清图像，并将图像数据跟当前列车所在的位置、时间、日期等信息进行同步存储。同时，主机单元还将图像数据发送给图像识别单元，用于对分段、分相绝缘器上出现的零部件松、断、脱、落、裂等异常缺陷进行自动图像分析识别，识别结果将返回至主机单元，并由主机单元将缺陷识别结果跟缺陷所在的位置、时间、日期等信息进行同步存储，从而形成缺陷报警。此外，主机单元上的相关软件还能对系统检测到的各种缺陷数据进行统计分析，并导出缺陷报告和缺陷统计报表，本发明结构合理，设计巧妙，适合推广。

值得说明的是，所述主机单元设置在所述车载内部，所述采集模块与所述触发单元设置在所述车载外部。

值得说明的是，所述图像识别单元包括有工控机和GPU服务器，所述工控机获取所述绝缘器的图像信息，所述GPU服务器与所述工控机连接，所述GPU服务器上存储有预存的图像算法模型，通过所述GPU服务器得到所述图像信息上的异常缺陷。

值得说明的是，所述定位单元包括有速度传感器和杆号相机，所述车载的轮轴上设置有速度传感器，所述车载的车顶上安装有杆号相机。

值得说明的是，所述成像单元包括信号处理板、车顶上若干个相机和补光灯，所述相机和补光灯分别与所述信号处理板连接，其中，所述相机通过线缆与所述工控机连接。

值得说明的是，所述测量单元包括有车顶上3D相机和加速度传感器，所述绝缘器的损耗数据包括有负驰度、偏移量、磨损量和冲击振动值，通过所述3D相机获取所述绝缘器的负驰度、偏移量和磨损量，通过所述加速度传感器获取所述绝缘器的冲击振动值。

值得说明的是，所述触发单元包括有激光器、线阵相机和3D相机，所述激光器和所述线阵相机对接触网进一级判断，所述3D相机对接触网进行二级判断，通过所述一级判断和二级判断锁定所述绝缘器的位置，其中，所述触发单元通过触发所述信号处理板使得所述成像单元工作。

值得说明的是，所述主机单元还包括有UPS，UPS进行AC220V电压的粗略稳压；主机单元里面的电源模块和稳压器，负责DC48,DC24V的精细的稳压；工控机为同一个。

值得说明的是，请参照图2，在车辆的轮轴上安装速度传感器，车轮每转动一圈该传感器就输出固定数量的脉冲信号(例如：100个/转)，利用工控机或单片机对单位时间内的脉冲信号进行计数，结合车辆轮轴的直径就可以统计得到车辆行驶的里程、速度等定位信息。该方法简单可靠，但是由于列车的蛇形运动会造成所测量的里程数据存在一定的偏差。因此，可以在车顶安装杆号相机，对接触网支柱、吊柱的号牌区域进行拍摄，并利用图像识别算法实现接触网杆号、吊柱号的自动识别，从而实现车辆所通过的接触网支柱的定位。即：当车辆运行于两个接触网之间时，利用速度传感器实现速度、里程的定位计算；当车辆通过接触网支柱时，通过杆号识别来实现定位校准，两者相互结合来实现系统的精准定位。

值得说明是，成像单元由安装在电力机车车顶的若干个相机及其配套的补光灯构成。成像单元中的火车车顶可以安装2个，5个，7个甚至更多相机，可以从分段、分相绝缘器不同角度获取高清图像，1个补光灯可以跟一个相机配合使用，也跟多个相机(也可以跟多个相机)配合使用或者多个补光灯跟1个相机配合使用。为了达到最佳的拍摄效果，相机跟补光灯应该在信号处理板的控制下同步触发工作。车顶安装的若干个相机分别从绝缘器的前部、底部、后部、左上角、右上角、左下角、右下角等不同角度采集分段、分相绝缘器的高清图像，并通过网络线缆将图像数据发送至车内工控机进行存储、分析、处理等。

值得说明的是，请参照图4，测量单元由安装在车顶的3D相机和加速度传感器构成。其中，3D相机通过事先的标定算法来获取分段、分相绝缘器及接触线的深度信息，通过跟绝缘器首尾两端吊弦的导高进行比较，得到绝缘器的负驰度，

通过跟绝缘器首尾两端吊弦的拉出值进行比较，得到绝缘器的偏移量，

请参照图5，通过跟绝缘器绝缘滑道的出厂轮廓参数进行比较，得到绝缘器的磨耗量，请参照图6，加速度传感器安装于电力机车受电弓碳滑条下方的中间位置，当触发单元检测到分段、分相绝缘器后，加速度传感器开始测量受电弓与绝缘器之间水平与垂直方向的加速度，并将其予以记录，从而得到绝缘器跟接触线接头处的不平顺性对受电弓造成的冲击振动，请参照图7。

值得说明的是，分段分相绝缘器的检测触发主要由安装在电力机车车顶的触发单元来实现，请参照图8，其中，这里的3D相机与上述为同一台，车内主机单元由工控机、电源、UPS、稳压器等构成。其中，工控机结合其内部运行的软件程序主要实现图像数据、定位信息、测量参数、缺陷的存储分析记录等功能；电源、UPS、稳压器等为工控机提供稳定、可靠的供电输入。

值得说明的是，当主机单元接收到分段、分相绝缘器的高清图像后，利用车内图像处理单元即可实现缺陷的智能分析识别。其中，图像分析单元主要由工控机和GPU服务器构成，图像处理单元中的工控机和GPU服务器可以采用合二为一的设备，也可以采用两个分体式设备，如图9所示。工控机将车顶相机抓拍到的分段、分相绝缘器高清图像发送至GPU服务器，通过GPU服务器上运行的智能图像分析处理算法，借助事先训练好的图像算法模型来判断分段、分相绝缘器上是否存在松、断、脱、落、裂、异物等典型缺陷。如果有，则将缺陷类型、位置等信息返回给工控机进行显示、存储等操作。

综上所述，本发明的实施原理为：当主机单元接收到分段、分相绝缘器的高清图像后，利用车内图像处理单元即可实现缺陷的智能分析识别。其中，图像分析单元主要由工控机和GPU服务器构成，工控机将车顶相机抓拍到的分段、分相绝缘器高清图像发送至GPU服务器，通过GPU服务器上运行的智能图像分析处理算法，借助事先训练好的图像算法模型来判断分段、分相绝缘器上是否存在松、断、脱、落、裂、异物等典型缺陷。如果有，则将缺陷类型、位置等信息返回给工控机进行显示、存储等操作，装置不仅适用于高铁、普速线路，同样适用于地铁、轻轨等线路，可以安装在铁路接触网检测车、作业车上，也可以安装在客运及货运列车上，本发明结构合理，设计巧妙，适合推广。

Claims (7)

1.车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，其特征在于，车载上包括采集模块、触发单元、主机单元和图像识别单元，所述主机单元分别与所述采集模块和所述图像识别单元连接，所述采集模块包括有定位单元、成像单元和测量单元，所述定位单元获取所述车载的位置信息，所述成像单元获取接触网上分段绝缘器的图像信息，所述测量单元捕捉所述分段绝缘器的损耗数据，当所述车载经过所述分段绝缘器时，所述触发单元启动并触发所述采集模块工作，所述主机单元将获取的图像信息发送至所述图像识别单元，所述图像识别单元提取所述分段绝缘器上的异常缺陷并发送至所述主机单元，所述主机单元结合所述分段绝缘器的位置信息和所述异常缺陷生成缺陷统计报告，

所述测量单元包括有车顶上的3D相机和加速度传感器，所述分段绝缘器的损耗数据包括有负驰度、偏移量、磨损量和冲击振动值，通过所述3D相机获取所述分段绝缘器的负驰度、偏移量和磨损量，通过所述加速度传感器获取所述分段绝缘器的冲击振动值，

其中，3D相机通过事先的标定算法来获取分段、分相绝缘器及接触线的深度信息，通过跟绝缘器首尾两端吊弦的导高进行比较，得到绝缘器的负驰度

，

式中，

和

为绝缘器两端的吊弦线夹与轨面之间的距离，

和

为绝缘器首尾两端到轨面之间的距离，通过跟绝缘器首尾两端吊弦的拉出值进行比较，得到绝缘器的偏移量，

式中，

和

为吊弦点到轨道中心线所在平面的垂直距离、

和

为位于同侧的绝缘器首尾两端到轨道中心线所在平面的垂直距离、

和

为位于另一侧的绝缘器首尾两端到轨道中心线所在平面的垂直距离。

2.根据权利要求1所述的车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，其特征在于，所述主机单元设置在所述车载的内部，所述采集模块与所述触发单元设置在所述车载的外部。

3.根据权利要求2所述的车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，其特征在于，所述图像识别单元包括有工控机和GPU服务器，所述工控机获取所述绝缘器的图像信息，所述GPU服务器与所述工控机连接，所述GPU服务器上存储有预存的图像算法模型，通过所述GPU服务器得到所述图像信息上的异常缺陷。

4.根据权利要求2所述的车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，其特征在于，所述定位单元包括有速度传感器和杆号相机，所述车载的轮轴上设置有速度传感器，所述车载的车顶上安装有杆号相机。

5.根据权利要求3所述的车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，其特征在于，所述成像单元包括信号处理板、车顶上若干个相机和补光灯，所述相机和所述补光灯分别与所述信号处理板连接，其中，所述相机通过线缆与所述工控机连接。

6.根据权利要求5所述的车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，其特征在于，所述触发单元包括有激光器和线阵相机，所述激光器和所述线阵相机对接触网进一级判断，所述3D相机对接触网进行二级判断，通过所述一级判断和二级判断锁定所述分段绝缘器的位置，其中，所述触发单元通过触发所述信号处理板使得所述成像单元工作。

7.根据权利要求1所述的车载接触网分段分相绝缘器自动巡检装置，其特征在于，所述主机单元还包括有UPS。

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