CN112923857A - 一种接触网非接触式检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弓网检测技术领域，具体涉及一种接触网非接触式检测系统及检测方法。包括车顶激光组件，用于安装在车顶，测量获得车顶检测数据，并将车顶检测数据传输至处理器，车顶检测数据包括接触网相对于激光组件的高度和横向偏移量；振动补偿组件，用于安装在车底，测量获得车底补偿数据，并将车底补偿数据传输至处理器，车底补偿数据包括车体中心与轨道中心的位置偏差以及车体与轨道的高度差；处理器，用于根据车顶检测数据和车底补偿数据计算接触网的几何参数；控制主机，用于为车顶激光组件、振动补偿组件和处理器提供同步信号及电源。本发明可以无接触式动态检测接触网的几何参数，并通过振动补偿排除振动干扰，提高检测精确度。

Description

一种接触网非接触式检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及弓网检测技术领域，具体涉及一种接触网非接触式检测系统及检测方法。

背景技术

弓网系统是电气化铁路供电系统的重要组成部分，包括受电弓和接触网，电力机车在运行时通过受电弓滑板与接触网的滑动接触来获得电能。由于受电弓与接触网长时间滑动摩擦，容易导致接触网几何参数受到影响，为保证电力机车运行安全，须经常检测接触网的几何参数，及时发现线路故障，为运营维修提供重要参考。

接触网几何参数检测的主要内容是接触网的导高与拉出值；接触网的导高即接触网的导线高度，是指轨面与接触网在垂直方向上的距离；拉出值，一般来说，定义在线路曲线区段上接触网在定位点处的位置与轨面中心线之间的水平距离。

目前，对于接触网的几何参数检测主要为接触式检测，接触式检测主要在受电弓上特定位置安装相应光电传感器及角位移传感器来进行，但是由于机械安装的不精确性，且安装的传感器增加了受电弓的重量，增大了检测的误差。因此，亟需一种更为精准稳定的接触网检测技术。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种接触网非接触式检测系统及检测方法，其应用时，可以无接触式动态检测接触网的几何参数，并通过振动补偿排除振动干扰，提高检测精确度。

本发明所采用的技术方案为：

一种接触网非接触式检测系统，包括：

车顶激光组件，用于安装在车顶，测量获得车顶检测数据，并将车顶检测数据传输至处理器，车顶检测数据包括接触网相对于激光组件的高度和横向偏移量；

振动补偿组件，用于安装在车底，测量获得车底补偿数据，并将车底补偿数据传输至处理器，车底补偿数据包括车体中心与轨道中心的位置偏差以及车体与轨道的高度差；

处理器，用于根据车顶检测数据和车底补偿数据计算接触网的几何参数；

控制主机，用于为车顶激光组件、振动补偿组件和处理器提供同步信号及电源。

基于上述技术方案，通过控制主机来控制车顶激光组件和振动补偿组件进行同步数据采集，通过车顶激光组件来采集车顶检测数据，通过车底的振动补偿组件采集车底补偿数据，通过处理器来根据车顶检测数据计算获得初始的接触网几何参数，并根据车底补偿数据来对初始的几何参数进行振动补偿计算的得到最终的接触网几何参数，以为接触网的运营维护提供重要参考。

作为上述技术方案的优选，所述车顶激光组件包括面阵相机和第一激光传感器，第一激光传感器用于发射激光来测量接触网的位置获得车顶检测数据，面阵相机用于拍摄接触网的图像，并对图像进行处理获得车顶检测数据。

作为上述技术方案的优选，在车顶的两侧均设有所述车顶激光组件。

作为上述技术方案的优选，所述面阵相机采用三维面阵相机，所述第一激光传感器采用数字激光传感器。

作为上述技术方案的优选，所述振动补偿组件包括第二激光传感器，用于通过激光测量获得车底补偿数据。

作为上述技术方案的优选，所述第二激光传感器采用激光轮廓传感器。

作为上述技术方案的优选，在车底的两侧均设有所述振动补偿组件。

作为上述技术方案的优选，所述控制主机包括电源转换模块、稳压模块以及同步时钟模块，所述电源转换模块用于接入外部电源，并对外部电源进行电源转换，所述稳压模块用于对电源转换模块转换后的电源进行稳压处理，所述同步时钟模块用于为车顶激光组件、振动补偿组件和处理器提供同步时钟信号。

一种接触网非接触式检测方法，包括：

同步获取车顶检测数据和车底补偿数据；

根据车顶检测数据计算获得接触网的初始导高和初始拉出值；

根据车底补偿数据对初始导高和初始拉出值进行振动补偿计算，获得补偿后接触网的几何参数。

作为上述技术方案的优选，所述根据车底补偿数据对初始导高和拉出值进行振动补偿计算，包括：

根据车体中心与轨道中心的位置偏差修正接触网的初始拉出值；

根据车体与轨道的高度差修正触网的初始导高。

本发明的有益效果为：

本发明通过控制主机来控制车顶激光组件和振动补偿组件进行同步数据采集，通过车顶激光组件来采集车顶检测数据，通过车底的振动补偿组件采集车底补偿数据，通过处理器来根据车顶检测数据计算获得初始的接触网几何参数，并根据车底补偿数据来对初始的几何参数进行振动补偿计算的得到最终的接触网几何参数，以为接触网的运营维护提供重要参考。本发明可以无接触式动态检测接触网的几何参数，相较于以往常用的三维相机测量，本发明所采用的全数字激光测量抗干扰能力更强，精度更高，测量时无大量冗余图片产生，结合振动补偿减小振动干扰，可大幅度提高检测精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为控制主机的结构示意图；

图3为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元，并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等)。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供一种接触网非接触式检测系统，如图1所示，包括：

车顶激光组件，用于安装在车顶，测量获得车顶检测数据，并将车顶检测数据传输至处理器，车顶检测数据包括接触网相对于激光组件的高度和横向偏移量；

振动补偿组件，用于安装在车底，测量获得车底补偿数据，并将车底补偿数据传输至处理器，车底补偿数据包括车体中心与轨道中心的位置偏差以及车体与轨道的高度差；

处理器，用于根据车顶检测数据和车底补偿数据计算接触网的几何参数；

控制主机，用于为车顶激光组件、振动补偿组件和处理器提供同步信号及电源。

具体实施时，可将车顶激光组件安装于电力机车的车顶相应位置，将振动补偿组件安装于电力机车的车底相应位置，将处理器与控制主机设置于电力机车内，通过控制主机来控制车顶激光组件和振动补偿组件进行同步数据采集，通过车顶激光组件来采集车顶检测数据，通过车底的振动补偿组件采集车底补偿数据，通过处理器来根据车顶检测数据计算获得初始的接触网几何参数，并根据车底补偿数据来对初始的几何参数进行振动补偿计算的得到最终的接触网几何参数，以为接触网的运营维护提供重要参考。

车顶激光组件可以但不限于包括面阵相机和第一激光传感器，第一激光传感器用于发射激光来测量接触网的位置获得车顶检测数据，面阵相机用于拍摄接触网的图像，并对图像进行处理获得车顶检测数据。第一激光传感器可采用大功率的数字激光传感器，以提高抗阳光干扰的能力，消除鬼影现象，并提高检测速度和精度。面阵相机采用三维面阵相机，镜头畸变和焦距等内部参数均可在交付装车前标定完成，在设备安装现场只需做整机零位标定。数字激光传感器和三维面阵相机安装时均配置好空间坐标参数，使用时直接可输出相应的空间坐标信息，进而计算获得接触网相对于激光组件的高度和横向偏移量。车顶激光组件的各设备均需经过严格的浸水、振动和高低温测试，具备自适应滤波、抗电磁干扰，确保可适应铁路检测设备各种使用环境。可在车顶的两侧均设置相应的车顶激光组件，以针对隧道内外刚柔悬挂的不同类型，采用双目视觉的形式，两组视觉传感相机成像相互补偿，保证成像质量。

所述振动补偿组件包括第二激光传感器，用以建立惯性基准，修正接触网几何参数检测误差，使之更加接近静态真实值，从而提高检测精度。第二激光传感器采用激光轮廓传感器，以精确获得车体中心与轨道中心的位置偏差以及车体与轨道的高度差。在车底的两侧均设置振动补偿组件，以获得两组车底补偿数据来进行互补，提高振动检测的精度。

如图2所示，所述控制主机包括电源转换模块、稳压模块以及同步时钟模块，所述电源转换模块用于接入外部电源，并对外部电源进行电源转换，所述稳压模块用于对电源转换模块转换后的电源进行稳压处理，所述同步时钟模块用于为车顶激光组件、振动补偿组件和处理器提供同步时钟信号。

实施例2：

作为对上述实施例的优化，本实施例提供一种接触网非接触式检测方法，如图3所示，包括以下步骤：

S101.同步获取车顶检测数据和车底补偿数据。可通过控制主机来控制车顶激光组件和振动补偿组件进行同步数据采集，获得相应的车顶检测数据和车底补偿数据。之所以要获得同步的数据是为了消除数据不同步造成的补偿误差，以提高检测的精度。

S102.根据车顶检测数据计算获得接触网的初始导高和初始拉出值。在安装车顶激光组件时，车顶激光组件的设定位置即为基准位置，通过车顶激光组件检测获得接触网相对于激光组件的高度和横向偏移量，即可在基准位置的基础上进一步计算获得接触网的初始导高和初始拉出值。

S103.根据车底补偿数据对初始导高和初始拉出值进行振动补偿计算，获得补偿后接触网的几何参数。电力机车行驶过程中相对于轨道的振动会影响接触网几何参数检测的精确度，因此，通过获取同步车底补偿数据，来对接触网的初始导高和初始拉出值进行振动补偿计算，获得精确的接触网几何参数。

作为上述技术方案的优选，所述根据车底补偿数据对初始导高和拉出值进行振动补偿计算，包括：根据车体中心与轨道中心的位置偏差修正接触网的初始拉出值；根据车体与轨道的高度差修正触网的初始导高。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种接触网非接触式检测系统，其特征在于，包括：

车顶激光组件，用于安装在车顶，测量获得车顶检测数据，并将车顶检测数据传输至处理器，车顶检测数据包括接触网相对于激光组件的高度和横向偏移量；

振动补偿组件，用于安装在车底，测量获得车底补偿数据，并将车底补偿数据传输至处理器，车底补偿数据包括车体中心与轨道中心的位置偏差以及车体与轨道的高度差；

处理器，用于根据车顶检测数据和车底补偿数据计算接触网的几何参数；

控制主机，用于为车顶激光组件、振动补偿组件和处理器提供同步信号及电源。

2.根据权利要求1所述的一种接触网非接触式检测系统，其特征在于：所述车顶激光组件包括面阵相机和第一激光传感器，第一激光传感器用于发射激光来测量接触网的位置获得车顶检测数据，面阵相机用于拍摄接触网的图像，并对图像进行处理获得车顶检测数据。

3.根据权利要求2所述的一种接触网非接触式检测系统，其特征在于：在车顶的两侧均设有所述车顶激光组件。

4.根据权利要求2所述的一种接触网非接触式检测系统，其特征在于：所述面阵相机采用三维面阵相机，所述第一激光传感器采用数字激光传感器。

5.根据权利要求1所述的一种接触网非接触式检测系统，其特征在于：所述振动补偿组件包括第二激光传感器，用于通过激光测量获得车底补偿数据。

6.根据权利要求5所述的一种接触网非接触式检测系统，其特征在于：所述第二激光传感器采用激光轮廓传感器。

7.根据权利要求5所述的一种接触网非接触式检测系统，其特征在于：在车底的两侧均设有所述振动补偿组件。

8.根据权利要求1所述的一种接触网非接触式检测系统，其特征在于：所述控制主机包括电源转换模块、稳压模块以及同步时钟模块，所述电源转换模块用于接入外部电源，并对外部电源进行电源转换，所述稳压模块用于对电源转换模块转换后的电源进行稳压处理，所述同步时钟模块用于为车顶激光组件、振动补偿组件和处理器提供同步时钟信号。

9.一种接触网非接触式检测方法，应用于权利要求1-9任意一项所述的一种接触网非接触式检测系统，其特征在于，包括：

同步获取车顶检测数据和车底补偿数据；

根据车顶检测数据计算获得接触网的初始导高和初始拉出值；

根据车底补偿数据对初始导高和初始拉出值进行振动补偿计算，获得补偿后接触网的几何参数。

10.根据权利要求9所述的一种接触网非接触式检测方法，其特征在于，所述根据车底补偿数据对初始导高和拉出值进行振动补偿计算，包括：

根据车体中心与轨道中心的位置偏差修正接触网的初始拉出值；

根据车体与轨道的高度差修正触网的初始导高。

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