CN112229326A - 一种城轨车辆受电弓检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种城轨车辆受电弓检测系统及方法，属于铁路设备领域，本发明为解决采用人工方式检测城轨车辆受电弓工作状态存在的检测效率低问题。本发明包括对称设置于地铁两侧的三对对射开关和三对相机，其中两对相机和三对对射开关沿城轨车辆入库路线方向交错排布，三对对射开关的高度与运行状态下受电弓的高度相同，三对对射开关用于给系统提供开机、采集图像及停止采集指令；两对相机的位置高于运行状态下受电弓，两对相机用于俯拍采集受电弓的碳滑板图像，进而实现对碳滑板磨耗检测；第三对相机设置于运行状态下受电弓的下方，用于仰拍采集受电弓的弓头图像，进而实现对受电弓中心线偏移检测。

Description

一种城轨车辆受电弓检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种受电弓工作状态的在线检测技术，属于铁路设备领域。

背景技术

我国铁路事业的发展，列车行驶速度不断提高，车辆运行的安全问题越来越受到人们的重视，同时对列车维护检修自动化要求也越来越高，为了列车正常安全的运行，需要提高列车的检修效率和质量。在铁路运用中，受电弓是地铁车辆运行的重要电连接设备，受电弓从接触网上获取电流的装置，参见图1所示，受电弓的碳滑板上表面与接触网直接接触，通过机械摩擦取电，为地铁等城轨车辆传递电能，地铁车辆正常行进情况下接触网不能离开受电弓碳滑板的有效工作范围。如果接触网超出了受电弓碳滑板的有效接触范围，拉网、断电等故障发生的概率将增大。受电弓长时间与接触网摩擦会导致接触部分变薄，碳滑板磨耗超限，受电弓变形、受电弓姿态偏差等故障，都会直接影响运行安全。

目前，城轨车辆的检修作业采用按照运营里程和时间进行的计划检修方式，对车辆的日检作业仍完全采用人工检测的方式进行故障检查。采用人工检测的方式极易受到人员素质、责任心、业务水平的影响，检修作业质量难以保证，同时作业效率低，人工成本大。随着地铁线路的不断建设开通，地铁车辆的开行数量、速度和载荷迅速增加，现有的检修手段将越来越难以满足实际运营需要。

发明内容

本发明目的是为了解决采用人工方式检测城轨车辆受电弓工作状态存在的检测效率低问题，提供了一种城轨车辆受电弓检测系统及方法。

本发明一种城轨车辆受电弓检测系统，包括对称设置于地铁两侧的三对对射开关和三对相机，其中两对相机和三对对射开关沿城轨车辆入库路线方向交错排布，三对对射开关的高度与运行状态下受电弓的高度相同，三对对射开关用于给系统提供开机、采集图像及停止采集指令；两对相机的位置高于运行状态下受电弓，两对相机用于俯拍采集受电弓的碳滑板图像，进而实现对碳滑板磨耗检测；

第三对相机设置于运行状态下受电弓的下方，用于仰拍采集受电弓的弓头图像，进而实现对受电弓中心线偏移检测。

优选地，用于采集受电弓的碳滑板图像的两对相机分别为1号相机、2号相机、3号相机和4号相机，1号相机和2号相机对称设置并作为第一对相机，3号相机和4号相机对称设置并作为第二对相机，第一对相机和第二对相机沿地铁入库前进方向依次设置，1号相机和2号相机的采集方向朝向地铁入库前进方向俯角倾斜设置，3号相机和4号相机的采集方向朝向地铁入库前进相反方向俯角倾斜设置。

优选地，用于采集受电弓的弓头图像的第三对相机分别为5号相机和6号相机，5号相机和6号相机对称设置，5号相机和6号相机的采集方向朝向地铁入库前进相反方向仰角倾斜设置。

优选地，1号相机、2号相机、3号相机和4号相机竖直位置比运行状态下受电弓高350mm，水平位置距离受电弓1800mm。

优选地，三对对射开关沿地铁入库时前进方向依次为第一对对射开关、第二对对射开关和第三对射开关，三对对射开关用于给系统提供开机、采集图像及停止采集指令的过程为：

当受电弓经过第一对对射开关时，触发信号令系统开机；

当受电弓经过第二对对射开关时，触发信号令系统开始采集图像工作，1号相机、2号相机、3号相机和4号相机采集受电弓的碳滑板图像，5号相机和6号相机采集受电弓的弓头图像；

当受电弓经过第三对对射开关时，触发信号令系统停止采集。

另一方面，本发明还提供一种城轨车辆受电弓检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、地铁将两个受电弓都升起入库；

步骤二、地铁入库前进路线上受电弓经过经过第一对对射开关时，系统开机，进入待机状态；

步骤三、当受电弓经过第二对对射开关时，系统开始采集图像工作，1号相机和2号相机俯拍两个受电弓的碳滑板的后侧面图像，3号相机和4号相机俯拍两个受电弓的碳滑板的前侧面图像，

5号相机和6号相机仰拍采集受电弓的弓头图像；

步骤四、当受电弓经过第三对对射开关时，停止采集图像；

步骤五、根据两个受电弓的碳滑板的前、后侧面图像获取两个受电弓碳滑板磨耗曲线，根据碳滑板磨耗曲线获取其最大磨耗值，以判断受电弓碳滑板磨耗是否超限，若超限则报警；

步骤六、根据受电弓的弓头图像判断弓头是否存在破损或缺失，若存在则报警，若不存在则执行步骤七；

步骤七、根据受电弓的弓头图像获取受电弓两个端的位置坐标，进而计算出受电弓中心线位置坐标，与标准中心线位置比对来判断受电弓中心线偏移量是否超限，若超限则报警；

优选地，该方法还包括远程以下步骤：

将每次地铁入库采集受电弓的图像及碳滑板磨耗结果、中心线偏移结果生成报表的步骤；

将报表上传远程监控室进行显示的步骤；

将报表上传远程监控室进行存档的步骤。

本发明的有益效果：本发明一种城轨车辆受电弓检测系统安装在地铁入库线上，地铁进库时升起单弓或双弓以10km/h-30km/h的速度从地铁入库在线检测系统的检测单元下方匀速通过。本系统在图像采集过程中无需接触被检测物，而且对采集到的图像进行动态检测，可以对入库受电弓碳滑板磨耗、中心线偏移等关键参数进行动态检测。在线检测受电弓工作状态，及早发现受电弓异常并预警。

本发明检测系统适用于各型电力机车、地铁、动车组的受电弓设备检测。

附图说明

图1是城轨车辆在运行过程中受电弓从接触网取电的示意图；

图2是本发明一种城轨车辆受电弓检测系统的结构示意图；

图3是俯拍采集受电弓的碳滑板图像的原理示意图；

图4是仰拍采集受电弓的弓头图像的原理示意图；

图5是俯拍四个相机的立体布局示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图2～5说明本实施方式，本实施方式所述一种城轨车辆受电弓检测系统，包括对称设置于地铁两侧的三对对射开关和三对相机，其中两对相机和三对对射开关沿城轨车辆入库路线方向交错排布，三对对射开关的高度与运行状态下受电弓的高度相同，三对对射开关用于给系统提供开机、采集图像及停止采集指令；两对相机的位置高于运行状态下受电弓，两对相机用于俯拍采集受电弓的碳滑板图像，进而实现对碳滑板磨耗检测；

第三对相机设置于运行状态下受电弓的下方，用于仰拍采集受电弓的弓头图像，进而实现对受电弓中心线偏移检测。

参见图2所示，在地铁入库的线路上设置本实施方式检测系统，该检测系统沿地铁入库的前进方向依次布设为：

第一对对射开关：对射开关L1、对射开关D1；

第一对相机：1号相机和2号相机：

第二对对射开关：对射开关L2、对射开关D2；

第二对相机：3号相机和4号相机：

第三对对射开关：对射开关L3、对射开关D3；

以上两对相机和三对对射开关与受电弓在y向距离相等，三对对射开关的z向高度与运行状态下受电弓等高，两对相机的z向高度则高于运行状态下受电弓，为了实现倾斜俯拍受电弓侧面图像，判断其磨耗量是否超限。

受电弓检测系统采用高速图像抓拍及图像自动识别技术，当车辆通过时，系统可自动获取受电弓和碳滑板图像，实现对受电弓滑板磨耗测量和受电弓中心线偏移量的测量。

采用高速图像采集及图像自动识别技术，能够在线检测受电弓工作状态，及早发现受电弓异常并预警。

安装在地铁入库线路上，采用高速、高分辨率图像分析测量技术和现代传感技术，在线检测车辆受电弓滑板磨耗、受电弓中心线偏移受电弓外观，适用于各型电力机车、地铁、动车组的受电弓设备检测。

第三对相机：5号相机和6号相机，布设于运行状态下受电弓下方，为了实现倾斜仰拍受电弓的弓头图像，第三对相机的x向位置与第二对相机更近。根据采集的弓头图像首先判断弓头是否缺失或损坏，如果存在这种现象就报警，如果正常，则利用弓头端点位置坐标来获取受电弓中心线位置坐标，以判断其中心线偏移是否超限。

中华人民共和国铁道行业标准要求受电弓中心线偏差范围±400mm，根据这个范围进行判断待检测受电弓的中心线偏移量是否超限。

具体实施方式二：下面结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，用于采集受电弓的碳滑板图像的两对相机分别为1号相机、2号相机、3号相机和4号相机，1号相机和2号相机对称设置并作为第一对相机，3号相机和4号相机对称设置并作为第二对相机，第一对相机和第二对相机沿地铁入库前进方向依次设置，1号相机和2号相机的采集方向朝向地铁入库前进方向俯角倾斜设置，3号相机和4号相机的采集方向朝向地铁入库前进相反方向俯角倾斜设置。

两对相机在x向上位于第二对对射开关的两侧，当受电弓经过第二对对射开关，触发信号发出后，两对相机都朝向此时经过第二对对射开关的受电弓进行采集图像操作，

第一对相机采集的是两个受电弓碳滑板的后侧表面，第二对相机采集的是两个受电弓碳滑板的前侧表面，都是倾角拍摄，根据获取的前、后侧表面图像就能获取碳滑板磨耗曲线，在最大磨耗值超限时报警。

两个受电弓的碳滑板前后侧表面图像分别采集，分别处理。

具体实施方式三：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，用于采集受电弓的弓头图像的第三对相机分别为5号相机和6号相机，5号相机和6号相机对称设置，5号相机和6号相机的采集方向朝向地铁入库前进相反方向仰角倾斜设置。

在地铁运行，受电弓升起时，受电弓的弓头是向下弯曲的，第三对相机采用倾斜仰拍的方式获取弓头图像，能更好的获取弓头图像，判断其是否缺失或损坏，在没有缺失或损坏的情况下，再利用弓头的端点位置坐标获取受电弓中心线位置坐标。

具体实施方式四：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，1号相机、2号相机、3号相机和4号相机竖直位置比运行状态下受电弓高350mm，水平位置距离受电弓1800mm。

本实施方式给出一个实施例：采用DC 1500V架空刚性悬挂接触网；受电弓采用上海天海受电弓制造有限公司，型号为QG-120(B-HERL2)。受电弓碳滑板的长度1000mm，每个相机的拍摄范围为600mm。由于本系统需要动态检测受电弓状态，将相机安装在接触网导线上方350mm高度处，与碳滑板中心的横向距离为1800mm，距离碳滑板水平距离1000mm以保证相机安全。本实施方式提供的实施例完成碳滑板图像采集的效果最优。

具体实施方式五：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，三对对射开关沿地铁入库时前进方向依次为第一对对射开关、第二对对射开关和第三对射开关，三对对射开关用于给系统提供开机、采集图像及停止采集指令的过程为：

当受电弓经过第一对对射开关时，触发信号令系统开机；

当受电弓经过第二对对射开关时，触发信号令系统开始采集图像工作，1号相机、2号相机、3号相机和4号相机采集受电弓的碳滑板图像，5号相机和6号相机采集受电弓的弓头图像；

当受电弓经过第三对对射开关时，触发信号令系统停止采集。

三对对射开关均采用光电对射开关传感器。

本实施方式给出了三对对射开关的控制逻辑，在没有地铁入库(即不需要执行检测工作)时，本发明检测系统不启动，检测完成后重新停机，这种控制逻辑达到很好的节能效果。控制逻辑中明确了启动采集图像的时机，这种控制能准确采集被检测对象(受电弓)，大幅度减小了采集非必要图像的数量，使得后期处理图像的效率大大提升。

具体实施方式六：下面结合图2～图5说明本实施方式，本实施方式所述一种城轨车辆受电弓检测方法是基于具体实施方式一至五所述一种城轨车辆受电弓检测系统实现，该方法包括以下步骤：

步骤一、地铁将两个受电弓都升起入库；

机车受电弓检测状态，受电弓检测系统安装在地铁入库线上，地铁进库时升起单弓或双弓以10km/h-30km/h的速度从地铁入库在线检测系统的检测单元下方匀速通过。

步骤二、地铁入库前进路线上受电弓经过经过第一对对射开关时，系统开机，进入待机状态；

步骤三、当受电弓经过第二对对射开关时，系统开始采集图像工作，1号相机和2号相机俯拍两个受电弓的碳滑板的后侧面图像，3号相机和4号相机俯拍两个受电弓的碳滑板的前侧面图像，

5号相机和6号相机仰拍采集受电弓的弓头图像；

步骤四、当受电弓经过第三对对射开关时，停止采集图像；

步骤五、根据两个受电弓的碳滑板的前、后侧面图像获取两个受电弓碳滑板磨耗曲线，根据碳滑板磨耗曲线获取其最大磨耗值，以判断受电弓碳滑板磨耗是否超限，若超限则报警；

步骤六、根据受电弓的弓头图像判断弓头是否存在破损或缺失，若存在则报警，若不存在则执行步骤七；

步骤七、根据受电弓的弓头图像获取受电弓两个端的位置坐标，进而计算出受电弓中心线位置坐标，与标准中心线位置比对来判断受电弓中心线偏移量是否超限，若超限则报警；

本系统在图像采集过程中无需接触被检测物，而且对采集到的图像进行动态检测，可以对入库受电弓碳滑板磨耗、中心线偏移等关键参数进行动态检测。

具体实施方式七：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式六作进一步说明，该方法还包括远程以下步骤：

将每次地铁入库采集受电弓的图像及碳滑板磨耗结果、中心线偏移结果生成报表的步骤；

将报表上传远程监控室进行显示的步骤；

将报表上传远程监控室进行存档的步骤。

Claims (7)

1.一种城轨车辆受电弓检测系统，其特征在于，包括对称设置于地铁两侧的三对对射开关和三对相机，其中两对相机和三对对射开关沿城轨车辆入库路线方向交错排布，所述三对对射开关的高度与运行状态下受电弓的高度相同，所述三对对射开关用于给系统提供开机、采集图像及停止采集指令；所述两对相机的位置高于运行状态下受电弓，所述两对相机用于俯拍采集受电弓的碳滑板图像，进而实现对碳滑板磨耗检测；

第三对相机设置于运行状态下受电弓的下方，用于仰拍采集受电弓的弓头图像，进而实现对受电弓中心线偏移检测。

2.根据权利要求1所述一种城轨车辆受电弓检测系统，其特征在于，用于采集受电弓的碳滑板图像的两对相机分别为1号相机、2号相机、3号相机和4号相机，1号相机和2号相机对称设置并作为第一对相机，3号相机和4号相机对称设置并作为第二对相机，第一对相机和第二对相机沿地铁入库前进方向依次设置，1号相机和2号相机的采集方向朝向地铁入库前进方向俯角倾斜设置，3号相机和4号相机的采集方向朝向地铁入库前进相反方向俯角倾斜设置。

3.根据权利要求2所述一种城轨车辆受电弓检测系统，其特征在于，用于采集受电弓的弓头图像的第三对相机分别为5号相机和6号相机，5号相机和6号相机对称设置，5号相机和6号相机的采集方向朝向地铁入库前进相反方向仰角倾斜设置。

4.根据权利要求3所述一种城轨车辆受电弓检测系统，其特征在于，1号相机、2号相机、3号相机和4号相机竖直位置比运行状态下受电弓高350mm，水平位置距离受电弓1800mm。

5.根据权利要求3所述一种城轨车辆受电弓检测系统，其特征在于，三对对射开关沿地铁入库时前进方向依次为第一对对射开关、第二对对射开关和第三对射开关，所述三对对射开关用于给系统提供开机、采集图像及停止采集指令的过程为：

当受电弓经过第一对对射开关时，触发信号令系统开机；

当受电弓经过第二对对射开关时，触发信号令系统开始采集图像工作，1号相机、2号相机、3号相机和4号相机采集受电弓的碳滑板图像，5号相机和6号相机采集受电弓的弓头图像；

当受电弓经过第三对对射开关时，触发信号令系统停止采集。

6.一种城轨车辆受电弓检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、地铁将两个受电弓都升起入库；

步骤二、地铁入库前进路线上受电弓经过经过第一对对射开关时，系统开机，进入待机状态；

步骤三、当受电弓经过第二对对射开关时，系统开始采集图像工作，1号相机和2号相机俯拍两个受电弓的碳滑板的后侧面图像，3号相机和4号相机俯拍两个受电弓的碳滑板的前侧面图像，

5号相机和6号相机仰拍采集受电弓的弓头图像；

步骤四、当受电弓经过第三对对射开关时，停止采集图像；

步骤五、根据两个受电弓的碳滑板的前、后侧面图像获取两个受电弓碳滑板磨耗曲线，根据碳滑板磨耗曲线获取其最大磨耗值，以判断受电弓碳滑板磨耗是否超限，若超限则报警；

步骤六、根据受电弓的弓头图像判断弓头是否存在破损或缺失，若存在则报警，若不存在则执行步骤七；

步骤七、根据受电弓的弓头图像获取受电弓两个端的位置坐标，进而计算出受电弓中心线位置坐标，与标准中心线位置比对来判断受电弓中心线偏移量是否超限，若超限则报警；

本权利要求所述方法基于权利要求5所述一种城轨车辆受电弓检测系统实现。

7.根据权利要求6所述一种城轨车辆受电弓检测方法，其特征在于，该方法还包括远程以下步骤：

将每次地铁入库采集受电弓的图像及碳滑板磨耗结果、中心线偏移结果生成报表的步骤；

将所述报表上传远程监控室进行显示的步骤；

将所述报表上传远程监控室进行存档的步骤。

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