CN113804123A - 刚性悬挂接触线磨耗检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚性悬挂接触线磨耗检测方法及装置，该方法包括：对预处理的被测接触线及最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集进行对象提取，得到接触线和汇流排有效区域的坐标点集；拟合汇流排断面几何中心；构建接触线断面几何中心坐标系；将接触线有效区域的坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系，将转换坐标点集与标准未磨耗接触线轮廓进行对比，确定接触线磨耗底面区域；根据接触线磨耗底面区域与接触线断面几何中心的位置关系，采用累积积分计算磨耗量；将接触线磨耗底面区域的两端点连线与接触线断面中心坐标系横轴的夹角确定为接触线偏磨量。本发明可以实现快速、准确、方便的完成刚性悬挂接触线磨耗的检测。

Description

刚性悬挂接触线磨耗检测方法及装置

技术领域

本发明涉及接触网检测技术领域，尤其涉及一种刚性悬挂接触线磨耗检测方法及装置。

背景技术

接触网是铁路电气化工程的主构架，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，广泛应用高铁、动车和地铁中。接触线是接触网中重要的组成部分，接触线通过与电力机车上的电弓滑板滑动摩擦直接向电力机车输送电流，接触线磨耗直接影响电力机车的受流质量和机车的安全运行。因此，需要对接触线磨损情况进行及时检测，以避免出现供电故障，并在必要时更换接触线。

刚性悬挂接触网由于其结构简单、检修维护工作量小、无轴向张力、不存在断线分相等优点，目前国内大部分地铁都在使用，我国广泛采用“П”型刚性悬挂接触网。但刚性悬挂弹性较差，弓网关系较恶劣，加上地铁牵引电流大，接触线磨耗速度发展较快，为保证刚性接触网健康运行，运行单位将定期对全线接触线磨损情况进行测量统计，以及时制定维修计划。

目前，通常采用传统的单点测量装置或新进研发的接触线磨耗连续测量装置对刚性悬挂接触线进行磨耗检测。

传统的单点测量装置，主要包括用游标卡尺或螺旋测微器人工手动测量接触线残存高度，要求必须在列车线路停电时间内借助登高工具进行；另一种采用接触网磨耗测量仪，由高精度的传感器测头采集磨耗后接触线残存高度，测头通过超高压绝缘杆接触各测点，由无线装置将数据无线传给地面手持掌上电脑。但本方法只能对接触线进行点测量，测量速度慢，不可能完成对整条线路的接触线磨耗进行连续全面测量，不适应现场运维需要。

新进研发的接触线磨耗连续测量装置，通过将磨耗测量装置装载在相对于接触线长度方向移动的载体上实现对接触线磨耗的等间隔连续测量，测量效率高，是最理想的测量方式。但该种测量方式目前主要基于对接触线磨耗面宽度测量进一步推算出接触线磨耗量，一方面，由于信息单一对于如图1所示非标准圆形接触线不能实现磨耗量(如残余高度或磨耗比例)准确测量，另一方面，刚性悬挂接触线是加持在汇流排下部工作的，为了提高接触线的使用寿命，同时保障弓网运行安全，运营单位需要及时掌握接触线偏磨情况，及时对出现偏磨的汇流排进行调整，目前测量方法无法准确给出偏磨量信息。

可见，现有技术对于刚性悬挂接触线磨耗的检测方法均存在一定的缺陷。

发明内容

本发明实施例提供一种刚性悬挂接触线磨耗检测方法，用以解决现有技术对非标准圆形接触线不能实现磨耗量(如残余高度或磨耗比例)准确测量，同时对接触线偏磨量不能实现准确测量的问题，实现快速、准确、方便的完成刚性悬挂接触线磨耗的检测，该方法包括：

获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，对所述二维坐标点集进行预处理；

对预处理的二维坐标点集进行对象提取，分别得到接触线有效区域的坐标点集和汇流排有效区域的坐标点集；

根据汇流排有效区域的坐标点集，拟合汇流排断面几何中心；

根据汇流排断面几何中心确定接触线断面几何中心，以接触线断面几何中心为原点构建接触线断面几何中心坐标系；

将接触线有效区域的坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系，得到转换坐标点集，将转换坐标点集与标准未磨耗接触线轮廓进行对比，确定接触线磨耗底面区域；

根据接触线磨耗底面区域与接触线断面几何中心的位置关系，采用累积积分计算磨耗量；

将接触线磨耗底面区域的两端点连线与接触线断面中心坐标系横轴的夹角确定为接触线偏磨量。

本发明实施例还提供一种刚性悬挂接触线磨耗检测装置，用以解决现有技术对非标准圆形接触线不能实现磨耗量(如残余高度或磨耗比例)准确测量，同时对接触线偏磨量不能实现准确测量的问题，实现快速、准确、方便的完成刚性悬挂接触线磨耗的检测，该装置包括：

获取模块，用于获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，对所述二维坐标点集进行预处理；

对象提取模块，用于对预处理的二维坐标点集进行对象提取，分别得到接触线有效区域的坐标点集和汇流排有效区域的坐标点集；

拟合模块，用于根据汇流排有效区域的坐标点集，拟合汇流排断面几何中心；

坐标系构建模块，用于根据汇流排断面几何中心确定接触线断面几何中心，以接触线断面几何中心为原点构建接触线断面几何中心坐标系；

确定模块，用于将接触线有效区域的坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系，得到转换坐标点集，将转换坐标点集与标准未磨耗接触线轮廓进行对比，确定接触线磨耗底面区域；

确定模块，还用于根据接触线磨耗底面区域与接触线断面几何中心的位置关系，采用累积积分计算磨耗量；

确定模块，还用于将接触线磨耗底面区域的两端点连线与接触线断面中心坐标系横轴的夹角确定为接触线偏磨量。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述刚性悬挂接触线磨耗检测方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述刚性悬挂接触线磨耗检测方法的计算机程序。

本发明实施例中，利用被测接触线以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，确定接触线有效区域和汇流排有效区域，并拟合了汇流排断面几何中心及接触线断面几何中心，进而建立了以接触线断面几何中心为原点的接触线断面几何中心坐标系；之后，将接触线有效区域的二维坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系下，通过与标准未磨耗接触线轮廓进行比对，确定磨耗底面区域，进而计算得到磨耗量及偏磨量。上述方法利用了刚性悬挂汇流排与接触线空间结构相对固定的特点，还综合运用了磨耗区域与汇流排轮廓几何空间位置关系和接触线廓形特征，对各种形式的接触线具有普遍适用性，尤其适用于我国广泛采用的“П”型刚性悬挂。同时，实现了磨耗量和偏磨量的精确计算，有利于运营单位精确掌握磨耗变化规律，及时制定科学合理的维修计划，延长接触线使用寿命，降低维修成本，保障系统运行秩序及安全。

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。在附图中：

图1为本发明实施例中基于磨耗面宽度无法对非标准圆形接触线实现磨耗量准确测量示意图；

图2为本发明实施例中一种刚性悬挂接触线磨耗检测方法的流程图；

图3为本发明实施例中一种刚性悬挂接触线磨耗检测原理示意图；

图4为本发明实施例中一种刚性悬挂接触线磨耗检测装置的结构示意图；

图5为本发明实施例中一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了便于理解，下面将先对本发明实施例中涉及的技术术语进行简要解释。

(1)接触网：在电气化铁道中(包括高铁、普铁、城市轨道交通)，通过与受电弓滑动接触，向电力机车持续传输电能的高压输电线。接触网是铁路电气化工程的主构架，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。

(2)接触线：接触线也称为电车线，是接触网中重要的组成部分，一般制成两侧带沟槽的圆柱状。沟槽是为了便于安装线夹并悬吊固定接触线而又不影响受电弓滑板的滑行取流。接触线下面与受电弓滑板接触的部分呈圆弧状，称为接触线的工作面。接触线通过与电力机车上的电弓滑板滑动摩擦直接向电力机车输送电流，其性能直接影响电力机车的受流质量和机车的安全运行。接触线是所有供电类导线中工作环境最恶劣的一种，正常工作时需要承受冲击、振动、温差变化、环境腐蚀、磨耗、电火花烧蚀和极大的工作张力，因此其性能直接影响到高速列车的安全运行。

(3)磨耗比例：接触线磨耗部分截面积相对于完整接触线截面积的百分比。

(4)偏磨角度：接触线磨耗部分拟合直线与接触线水平中心线的夹角。

(5)磨耗量：接触线磨耗部分到接触线垂直中心线最低点的垂直距离，当磨耗部分拟合直线与接触线水平中心线不平行时，存在最大磨耗量和最小磨耗量。

(6)残余高度：接触线磨耗部分到接触线垂直中心线最高点的垂直距离，同样，当磨耗部分拟合直线与接触线水平中心线不平行时，存在最大残余高度和最小残余高度。

针对现有接触线磨耗测量装置，对非标准圆形接触线不能实现磨耗量(如残余高度或磨耗比例)准确测量，同时对接触线偏磨量不能实现准确测量的不足，本发明利用刚性悬挂汇流排与接触线空间结构相对固定的特点，通过综合运用磨耗区域与汇流排轮廓几何空间位置关系和接触线廓形特征，提出了一种适用于我国广泛采用的“П”型刚性悬挂，对各种形式接触线具有普遍使用性的接触线磨耗量及偏磨量精确检测方法。

具体的，本发明实施例提供了一种刚性悬挂接触线磨耗检测方法，如图2所示，方法包括：

步骤201、获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，对二维坐标点集进行预处理。

本发明实施例中，二维坐标点集由2D传感器测量得到，且为2D传感器测量坐标系下的坐标点集。在实际检测时，2D传感器通常安装于汇流排下方。

所使用的2D传感器包括但不限于以线光源和面阵相机组合的、以光源和线阵相机组合的、激光测距和线性位移组合的、以激光扫描仪为主要测量部件或主要特征的能够实现其量程范围内对象空间二维坐标检测的传感器。

2D传感器检测技术较为成熟，这里不再详述其测量原理。

图3为本发明实施例中一种刚性悬挂接触线磨耗检测原理示意图。结合图3，2D 传感器测量坐标系的原点为O_c，其测量坐标系为O_c-X_cY_c，得到二维坐标点集{P_n}， {P_n}如图3中点A、B、C、D等所在的虚线所示。

在获取到2D传感器测量的二维坐标点集之后，在二维坐标点集中检索垂直坐标最小值对应的点，作为分界点，如图3中的G点，其在二维坐标点集中的点坐标以P_G表示。在分界点G点两侧分别提取与分界点直线距离小于预设距离的坐标点，将分界点左侧提取的点集作为第一点集，以{P_u}表示，将分界点右侧提取的点集作为第二点集，以{P_w}表示。利用基于最小二乘法的多项式拟合方法，分别对第一点集{P_u}和第二点集{P_w}进行平滑去噪，得到预处理的二维坐标点集。

其中，预设距离为μl，其中，μ为经验参数，其与接触线型号及接触线与汇流排的位置关系等因素有关，0＜μ＜1；l为汇流排连接接触线的第一个平面断面线段长度，如图3中线段AB和线段CD所示。需要说明的是，线段AB和线段CD的长度相等，取线段AB或线段CD的长度作为l的数值。

步骤202、对预处理的二维坐标点集进行对象提取，分别得到接触线有效区域的坐标点集和汇流排有效区域的坐标点集。

具体的，将利用基于最小二乘法的多项式拟合第一点集得到的曲线作为第一曲线，记为y₁＝f₁(x)，拟合第二点集得到的曲线作为第二曲线，记为y₂＝f₂(x)。

之后，利用预设的移动窗口，分别对第一曲线和第二曲线遍历计算曲率熵，将曲率熵最大区域的二维坐标点集确定为接触线有效区域的坐标点集。将与接触线有效区域两侧分别连接的第一个平面断面线段所在区域的二维坐标点集确定为汇流排有效区域的坐标点集。

其中，根据如下公式计算预设的移动窗口(n,n+w)的曲率熵E(n,w)：

根据如下公式确定曲率熵最大区域：

(n_opt,w_opt)＝argmax(E(n,w))

其中，n表示第一曲线和第二曲线点集中第n个坐标点，n_opt表示曲率熵为最大值时对应的坐标点；w表示移动窗口的长度，w_opt表示曲率熵为最大值时对应的移动窗口的长度；i表示区间(n,n+w)上第i个坐标点，i＝n,n+1,...,n+w；p_i表示区间 (n,n+w)上第i个坐标点处的曲率概率分布，

s_i表示区间(n,n+w)上第 i个坐标点对应的曲率；s_j表示区间(n,n+w)上第j个坐标点对应的曲率。

除了曲率熵外，还可以基于滑动梯度熵实现汇流排与接触线有效区域的提取，基于滑动梯度熵实现有效区域提取的方法与曲率熵类似，在此不做赘述。

如图3所示的二维坐标点集中，曲率熵最大的区域为接触线左右两侧圆弧区段，接触线左侧圆弧区段端点分别记为P_B和P_E，右侧圆弧区段端点分别记为P_F和P_C。该两侧的圆弧区段共同构成了接触线有效区域，接触线有效区域的坐标点集记为{P_BC}。

汇流排有效区域由接触线有效区域左侧连接的第一个平面断面线段AB和右侧连接的第一个平面断面线段CD构成，也即汇流排有效区域的坐标点集由P_A和P_B，以及P_C和P_D之间的点集组成，分别记为{P_AB}和{P_CD}。

本发明实施例中，还可以利用接触线总是与2D传感器距离最近的特点首先实现接触线定位，之后根据接触线地面几何尺寸及与汇流排几何尺寸之间的关系分别划定接触线有效区域和汇流排有效区域；或者，还可以根据汇流排外形尺寸特点，利用模式识别方法，首先识别出汇流排，之后再根据汇流排与接触线位置关系，识别出接触线。

步骤203、根据汇流排有效区域的坐标点集，拟合汇流排断面几何中心。

本发明实施例中，利用汇流排连接接触线两侧第一个平面关于汇流排垂直中心线对称且夹角固定的特征，对接触线有效区域两侧中每一侧的汇流排有效区域的坐标点集使用最小二乘法进行线性拟合，得到第一直线和第二直线，以及第一直线方程和第二直线方程，也就是说，对{P_AB}和{P_CD}分别使用最小二乘法进行线性拟合，得到汇流排AB段和CD段的直线及直线方程。

此外，还可以使用最小二乘法的多项式拟合来确定第一直线和第二直线。

得到汇流排AB段和CD段的直线及直线方程的具体过程如下所示：

将AB段拟合的直线方程表示为：

y_i＝k_ABx_i+b_AB

AB段与CD段的夹角记为θ，则CD段的直线方程可以表示为：

建立目标函数：

f_i(x)＝(y_i-k_ABx_i-b_AB)²

其中，AB段的坐标点为(x_i,y_i)，CD段的坐标点为(x_j,y_j)，通过最小二乘法求解min[f_i(x_i)+f_j(x_j)]，可以得到AB段和CD段的直线方程。其中，x_i表示AB段坐标点集中第i个坐标点的横坐标，y_i表示AB段坐标点集中第i个坐标点的纵坐标；x_j表示CD段坐标点集中第j个坐标点的横坐标，y_j表示CD段坐标点集中第j个坐标点的纵坐标；k_AB表示AB段直线的斜率；b_AB、b_CD分别表示AB段直线和CD段直线的截距。

在得到第一直线和第二直线之后，将第一直线和第二直线的交点J确定为第一交点，根据第一直线方程、第二直线方程和第一交点的坐标P_J，确定穿过第一交点的垂直线的直线方程。该直线方程也即汇流排垂直中心线直线方程。

由于点J与汇流排断面几何中心点O_H的距离固定，记为l_HJ(也即第一预设长度)，可以根据穿过第一交点的垂直线的直线方程，确定穿过第一交点的垂直线上与第一交点距离第一预设长度的点的坐标，作为汇流排断面几何中心的坐标。

以汇流排断面几何中心O_H为原点，以穿过第一交点的垂直线，也即汇流排垂直中心线为纵轴，构建汇流排断面几何中心坐标系，如图3中的O_H-X_hY_h所示。

需要说明的是，本发明实施例中所述的垂直线为垂直于水平面的线。

步骤204、根据汇流排断面几何中心确定接触线断面几何中心，以接触线断面几何中心为原点构建接触线断面几何中心坐标系。

由实际汇流排与接触线的位置关系可知，接触线断面几何中心与汇流排断面几何中心共处汇流排垂直中心线上，且二者之间的距离固定，据此，可以将穿过第一交点的垂直线上，与汇流排断面几何中心距离第二预设长度的点确定为接触线断面几何中心，也即图3上的O_J。

根据穿过第一交点的垂直线的直线方程及汇流排断面几何中心的坐标，确定接触线断面几何中心的坐标；以接触线断面几何中心为原点，以穿过第一交点的垂直线为纵轴，构建接触线断面几何中心坐标系。

如图3所示，以O_J为原点，构建接触线断面几何中心坐标系O_H-X_jY_j。

步骤205、将接触线有效区域的坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系，得到转换坐标点集，将转换坐标点集与标准未磨耗接触线轮廓进行对比，确定接触线磨耗底面区域。

在一种实现方式中，可以利用旋转平移矩阵，将接触线有效区域的坐标点集{P_BC}转换到接触线断面几何中心坐标系O_H-X_jY_j中。

在将{P_BC}转换至O_H-X_jY_j坐标系后，可以计算转换坐标点集中每个点与标准未磨耗接触线轮廓上相应点的变化距离；将变化距离大于等于设定阈值的点所在的区域确定为接触线磨耗底面区域。

在另一种实现方式中，还可以根据接触线磨耗底面曲率与未磨耗接触线底面曲率具有差异的特点，通过计算{P_BC}中每个点的曲率，与标准未磨耗接触线轮廓上相应点的曲率进行对比，将曲率变化在一定范围的点集作为磨耗底面区域。

此外，还可以将变化距离与曲率计算两种方法综合起来确定接触线磨耗底面区域。

如图3所示，其中磨耗底面区域的两端点为P_E和P_F，两端点之间的区域为磨耗底面区域。

步骤206、根据接触线磨耗底面区域与接触线断面几何中心的位置关系，采用累积积分计算磨耗量。

步骤207、将接触线磨耗底面区域的两端点连线与接触线断面中心坐标系横轴的夹角确定为接触线偏磨量。

参见图3，图3中的角β即为接触线偏磨量。

由于磨耗量与偏磨量的确定均可以根据现有技术实现，对于其具体计算过程，在此不做赘述。

本发明实施例中，利用被测接触线以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，确定接触线有效区域和汇流排有效区域，并拟合了汇流排断面几何中心及接触线断面几何中心，进而建立了以接触线断面几何中心为原点的接触线断面几何中心坐标系；之后，将接触线有效区域的二维坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系下，通过与标准未磨耗接触线轮廓进行比对，确定磨耗底面区域，进而计算得到磨耗量及偏磨量。上述方法利用了刚性悬挂汇流排与接触线空间结构相对固定的特点，还综合运用了磨耗区域与汇流排轮廓几何空间位置关系和接触线廓形特征，对各种形式的接触线具有普遍适用性，尤其适用于我国广泛采用的“П”型刚性悬挂。同时，实现了磨耗量和偏磨量的精确计算，有利于运营单位精确掌握磨耗变化规律，及时制定科学合理的维修计划，延长接触线使用寿命，降低维修成本，保障系统运行秩序及安全。

本发明实施例中还提供了一种刚性悬挂接触线磨耗检测装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与刚性悬挂接触线磨耗检测方法相似，因此该装置的实施可以参见刚性悬挂接触线磨耗检测方法的实施，重复之处不再赘述。

如图4所示，该装置400包括获取模块401、对象提取模块402、拟合模块403、坐标系构建模块404和确定模块405。

其中，获取模块401，用于获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，对二维坐标点集进行预处理；

对象提取模块402，用于对预处理的二维坐标点集进行对象提取，分别得到接触线有效区域的坐标点集和汇流排有效区域的坐标点集；

拟合模块403，用于根据汇流排有效区域的坐标点集，拟合汇流排断面几何中心；

坐标系构建模块404，用于根据汇流排断面几何中心确定接触线断面几何中心，以接触线断面几何中心为原点构建接触线断面几何中心坐标系；

确定模块405，用于将接触线有效区域的坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系，得到转换坐标点集，将转换坐标点集与标准未磨耗接触线轮廓进行对比，确定接触线磨耗底面区域；

确定模块405，还用于根据接触线磨耗底面区域与接触线断面几何中心的位置关系，采用累积积分计算磨耗量；

确定模块405，还用于将接触线磨耗底面区域的两端点连线与接触线断面中心坐标系横轴的夹角确定为接触线偏磨量。

在本发明实施例的一种实现方式中，获取模块，用于：

基于2D传感器获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，二维坐标点集为2D传感器测量坐标系下的坐标点集；

在二维坐标点集中检索垂直坐标最小值对应的点，作为分界点；

在分界点两侧分别提取与分界点直线距离小于预设距离的坐标点，将分界点左侧提取的点集作为第一点集，分界点右侧提取的点集作为第二点集；

利用基于最小二乘法的多项式拟合方法，分别对第一点集和第二点集进行平滑去噪，得到预处理的二维坐标点集。

在本发明实施例的一种实现方式中，对象提取模块，用于：

将利用基于最小二乘法的多项式拟合第一点集得到的曲线作为第一曲线，拟合第二点集得到的曲线作为第二曲线；

利用预设的移动窗口，分别对第一曲线和第二曲线遍历计算曲率熵，将曲率熵最大区域的二维坐标点集确定为接触线有效区域的坐标点集；

将与接触线有效区域两侧分别连接的第一个平面断面线段所在区域的二维坐标点集确定为汇流排有效区域的坐标点集。

在本发明实施例的一种实现方式中，对象提取模块，用于：

根据

计算预设的移动窗口(n,n+w)的曲率熵E(n,w)；

根据(n_opt,w_opt)＝argmax(E(n,w))确定曲率熵最大区域，将曲率熵最大区域的二维坐标点集确定为接触线有效区域的坐标点集；

其中，n表示第一曲线和第二曲线点集中第n个坐标点，n_opt表示曲率熵为最大值时对应的坐标点；w表示移动窗口的长度，w_opt表示曲率熵为最大值时对应的移动窗口的长度；i表示区间(n,n+w)上第i个坐标点，i＝n,n+1,...,n+w；p_i表示区间 (n,n+w)上第i个坐标点处的曲率概率分布，

s_i表示区间(n,n+w)上第 i个坐标点对应的曲率；s_j表示区间(n,n+w)上第j个坐标点对应的曲率。

在本发明实施例的一种实现方式中，拟合模块，用于：

对接触线有效区域两侧中每一侧的汇流排有效区域的坐标点集使用最小二乘法进行线性拟合，得到第一直线和第二直线，以及第一直线方程和第二直线方程；

将第一直线和第二直线的交点确定为第一交点，根据第一直线方程、第二直线方程和第一交点的坐标，确定穿过第一交点的垂直线的直线方程；

根据穿过第一交点的垂直线的直线方程，确定穿过第一交点的垂直线上与第一交点距离第一预设长度的点的坐标，作为汇流排断面几何中心的坐标。

在本发明实施例的一种实现方式中，坐标系构建模块，用于：

将穿过第一交点的垂直线上，与汇流排断面几何中心距离第二预设长度的点确定为接触线断面几何中心；

根据穿过第一交点的垂直线的直线方程及汇流排断面几何中心的坐标，确定接触线断面几何中心的坐标；

以接触线断面几何中心为原点，以穿过第一交点的垂直线为纵轴，构建接触线断面几何中心坐标系。

在本发明实施例的一种实现方式中，确定模块，用于：

计算转换坐标点集中每个点与标准未磨耗接触线轮廓上相应点的变化距离；

将变化距离大于等于设定阈值的点所在的区域确定为接触线磨耗底面区域。

本发明实施例中，利用被测接触线以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，确定接触线有效区域和汇流排有效区域，并拟合了汇流排断面几何中心及接触线断面几何中心，进而建立了以接触线断面几何中心为原点的接触线断面几何中心坐标系；之后，将接触线有效区域的二维坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系下，通过与标准未磨耗接触线轮廓进行比对，确定磨耗底面区域，进而计算得到磨耗量及偏磨量。上述方法利用了刚性悬挂汇流排与接触线空间结构相对固定的特点，还综合运用了磨耗区域与汇流排轮廓几何空间位置关系和接触线廓形特征，对各种形式的接触线具有普遍适用性，尤其适用于我国广泛采用的“П”型刚性悬挂。同时，实现了磨耗量和偏磨量的精确计算，有利于运营单位精确掌握磨耗变化规律，及时制定科学合理的维修计划，延长接触线使用寿命，降低维修成本，保障系统运行秩序及安全。

本发明实施例还提供一种计算机设备，图5为本发明实施例中计算机设备的示意图，该计算机设备能够实现上述实施例中的刚性悬挂接触线磨耗检测方法中全部步骤，该计算机设备具体包括如下内容：

处理器(processor)501、存储器(memory)502、通信接口(CommunicationsInterface) 503和通信总线504；

其中，所述处理器501、存储器502、通信接口503通过所述通信总线504完成相互间的通信；所述通信接口503用于实现相关设备之间的信息传输；

所述处理器501用于调用所述存储器502中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的刚性悬挂接触线磨耗检测方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述刚性悬挂接触线磨耗检测方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等) 上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种刚性悬挂接触线磨耗检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，对所述二维坐标点集进行预处理；

对预处理的二维坐标点集进行对象提取，分别得到接触线有效区域的坐标点集和汇流排有效区域的坐标点集；

根据汇流排有效区域的坐标点集，拟合汇流排断面几何中心；

根据汇流排断面几何中心确定接触线断面几何中心，以接触线断面几何中心为原点构建接触线断面几何中心坐标系；

将接触线有效区域的坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系，得到转换坐标点集，将转换坐标点集与标准未磨耗接触线轮廓进行对比，确定接触线磨耗底面区域；

根据接触线磨耗底面区域与接触线断面几何中心的位置关系，采用累积积分计算磨耗量；

将接触线磨耗底面区域的两端点连线与接触线断面中心坐标系横轴的夹角确定为接触线偏磨量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，对所述二维坐标点集进行预处理，包括：

基于2D传感器获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，所述二维坐标点集为2D传感器测量坐标系下的坐标点集；

在二维坐标点集中检索垂直坐标最小值对应的点，作为分界点；

在分界点两侧分别提取与分界点直线距离小于预设距离的坐标点，将分界点左侧提取的点集作为第一点集，分界点右侧提取的点集作为第二点集；

利用基于最小二乘法的多项式拟合方法，分别对第一点集和第二点集进行平滑去噪，得到预处理的二维坐标点集。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对预处理的二维坐标点集进行对象提取，分别得到接触线有效区域的坐标点集和汇流排有效区域的坐标点集，包括：

将利用基于最小二乘法的多项式拟合第一点集得到的曲线作为第一曲线，拟合第二点集得到的曲线作为第二曲线；

利用预设的移动窗口，分别对第一曲线和第二曲线遍历计算曲率熵，将曲率熵最大区域的二维坐标点集确定为接触线有效区域的坐标点集；

将与接触线有效区域两侧分别连接的第一个平面断面线段所在区域的二维坐标点集确定为汇流排有效区域的坐标点集。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用预设的移动窗口，分别对第一曲线和第二曲线遍历计算曲率熵，将曲率熵最大区域的二维坐标点集确定为接触线有效区域的坐标点集，包括：

根据

计算预设的移动窗口(n,n+w)的曲率熵E(n,w)；

根据(n_opt,w_opt)＝argmax(E(n,w))确定曲率熵最大区域，将曲率熵最大区域的二维坐标点集确定为接触线有效区域的坐标点集；

其中，n表示第一曲线和第二曲线点集中第n个坐标点，n_opt表示曲率熵为最大值时对应的坐标点；w表示移动窗口的长度，w_opt表示曲率熵为最大值时对应的移动窗口的长度；i表示区间(n,n+w)上第i个坐标点，i＝n,n+1,...,n+w；p_i表示区间(n,n+w)上第i个坐标点处的曲率概率分布，

s_i表示区间(n,n+w)上第i个坐标点对应的曲率；s_j表示区间(n,n+w)上第j个坐标点对应的曲率。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，根据汇流排有效区域的坐标点集，拟合汇流排断面几何中心，包括：

对接触线有效区域两侧中每一侧的汇流排有效区域的坐标点集使用最小二乘法进行线性拟合，得到第一直线和第二直线，以及第一直线方程和第二直线方程；

将第一直线和第二直线的交点确定为第一交点，根据第一直线方程、第二直线方程和第一交点的坐标，确定穿过第一交点的垂直线的直线方程；

根据穿过第一交点的垂直线的直线方程，确定穿过第一交点的垂直线上与第一交点距离第一预设长度的点的坐标，作为汇流排断面几何中心的坐标。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据汇流排断面几何中心确定接触线断面几何中心，以接触线断面几何中心为原点构建接触线断面几何中心坐标系，包括：

将穿过第一交点的垂直线上，与汇流排断面几何中心距离第二预设长度的点确定为接触线断面几何中心；

根据穿过第一交点的垂直线的直线方程及汇流排断面几何中心的坐标，确定接触线断面几何中心的坐标；

以接触线断面几何中心为原点，以穿过第一交点的垂直线为纵轴，构建接触线断面几何中心坐标系。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将转换坐标点集与标准未磨耗接触线轮廓进行对比，确定接触线磨耗底面区域，包括：

计算转换坐标点集中每个点与标准未磨耗接触线轮廓上相应点的变化距离；

将变化距离大于等于设定阈值的点所在的区域确定为接触线磨耗底面区域。

8.一种刚性悬挂接触线磨耗检测装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，对所述二维坐标点集进行预处理；

对象提取模块，用于对预处理的二维坐标点集进行对象提取，分别得到接触线有效区域的坐标点集和汇流排有效区域的坐标点集；

拟合模块，用于根据汇流排有效区域的坐标点集，拟合汇流排断面几何中心；

坐标系构建模块，用于根据汇流排断面几何中心确定接触线断面几何中心，以接触线断面几何中心为原点构建接触线断面几何中心坐标系；

确定模块，用于将接触线有效区域的坐标点集转换至接触线断面几何中心坐标系，得到转换坐标点集，将转换坐标点集与标准未磨耗接触线轮廓进行对比，确定接触线磨耗底面区域；

确定模块，还用于根据接触线磨耗底面区域与接触线断面几何中心的位置关系，采用累积积分计算磨耗量；

确定模块，还用于将接触线磨耗底面区域的两端点连线与接触线断面中心坐标系横轴的夹角确定为接触线偏磨量。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，获取模块，用于：

基于2D传感器获取被测接触线，以及与被测接触线距离最近的汇流排的断面底边轮廓的二维坐标点集，所述二维坐标点集为2D传感器测量坐标系下的坐标点集；

在二维坐标点集中检索垂直坐标最小值对应的点，作为分界点；

在分界点两侧分别提取与分界点直线距离小于预设距离的坐标点，将分界点左侧提取的点集作为第一点集，分界点右侧提取的点集作为第二点集；

利用基于最小二乘法的多项式拟合方法，分别对第一点集和第二点集进行平滑去噪，得到预处理的二维坐标点集。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，对象提取模块，用于：

将利用基于最小二乘法的多项式拟合第一点集得到的曲线作为第一曲线，拟合第二点集得到的曲线作为第二曲线；

利用预设的移动窗口，分别对第一曲线和第二曲线遍历计算曲率熵，将曲率熵最大区域的二维坐标点集确定为接触线有效区域的坐标点集；

将与接触线有效区域两侧分别连接的第一个平面断面线段所在区域的二维坐标点集确定为汇流排有效区域的坐标点集。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，对象提取模块，用于：

根据

计算预设的移动窗口(n,n+w)的曲率熵E(n,w)；

根据(n_opt,w_opt)＝argmax(E(n,w))确定曲率熵最大区域，将曲率熵最大区域的二维坐标点集确定为接触线有效区域的坐标点集；

其中，n表示第一曲线和第二曲线点集中第n个坐标点，n_opt表示曲率熵为最大值时对应的坐标点；w表示移动窗口的长度，w_opt表示曲率熵为最大值时对应的移动窗口的长度；i表示区间(n,n+w)上第i个坐标点，i＝n,n+1,...,n+w；p_i表示区间(n,n+w)上第i个坐标点处的曲率概率分布，

s_i表示区间(n,n+w)上第i个坐标点对应的曲率；s_j表示区间(n,n+w)上第j个坐标点对应的曲率。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，拟合模块，用于：

对接触线有效区域两侧中每一侧的汇流排有效区域的坐标点集使用最小二乘法进行线性拟合，得到第一直线和第二直线，以及第一直线方程和第二直线方程；

将第一直线和第二直线的交点确定为第一交点，根据第一直线方程、第二直线方程和第一交点的坐标，确定穿过第一交点的垂直线的直线方程；

根据穿过第一交点的垂直线的直线方程，确定穿过第一交点的垂直线上与第一交点距离第一预设长度的点的坐标，作为汇流排断面几何中心的坐标。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，坐标系构建模块，用于：

将穿过第一交点的垂直线上，与汇流排断面几何中心距离第二预设长度的点确定为接触线断面几何中心；

根据穿过第一交点的垂直线的直线方程及汇流排断面几何中心的坐标，确定接触线断面几何中心的坐标；

以接触线断面几何中心为原点，以穿过第一交点的垂直线为纵轴，构建接触线断面几何中心坐标系。

14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，确定模块，用于：

计算转换坐标点集中每个点与标准未磨耗接触线轮廓上相应点的变化距离；

将变化距离大于等于设定阈值的点所在的区域确定为接触线磨耗底面区域。

15.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一所述方法。

16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至7任一所述方法的计算机程序。

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