CN114049559A - 一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法和装置，属于电气化轨道交通领域，获取高速摄像模组采集的接触网的图像，并根据接触网的图像分析得到目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移；进而得到接触网目标整体吊弦的载荷，即目标整体吊弦的压缩幅值与拉伸力时程数据，实现了铁路整体吊弦的载荷非接触测量，进而为对整体吊弦服役使用寿命的准确预估提供了基础，从而避免了不必要的浪费与经济负担，并且保障了铁路运营安全。

Description

一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法和装置
技术领域
本发明涉及电气化轨道交通技术领域，特别是涉及一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法和装置。
背景技术
整体吊弦是高速铁路接触网接触悬挂的重要组成部分，整体吊弦一端连接承力索，另一端连接接触线，承担着将接触线重力传递至承力索，调节改善接触网弛度与弹性不均匀度，并在列车运行通过时将接触线振动传递给承力索的作用。
当列车高速运行通过时，列车顶部安装的受电弓滑板通过与接触悬挂接触线的直接接触实现电能的传输，滑板与接触线的耦合振动会使得接触悬挂系统产生振动，接触悬挂的振动使得整体吊弦产生压缩与拉伸的交变载荷。
而对整体吊弦载荷的准确测量关系到整体吊弦服役使用寿命的准确预估，过早更换整体吊弦将产生不必要的浪费与经济负担，不及时更换整体吊弦将使得整体吊弦在服役状态下发生断裂则可能引发弓网故障，威胁高速铁路的安全运营。
因此，提供一种能够对铁路接触网整体吊弦的载荷进行测量的方法和装置，以便于对整体吊弦在服役状态下的使用寿命进行预估，对本领域来说是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法和装置，解决现有技术无法对铁路接触网整体吊弦的载荷进行测量的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，包括以下步骤：
获取目标图像；所述目标图像为高速摄像模组采集的接触网的图像，所述目标图像中包含：目标整体吊弦及关于其对称的两侧整体吊弦各自在承力索和接触线上线夹的安装位置；
根据所述目标图像得到目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移，以及目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移；
根据目标整体吊弦在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移计算目标整体吊弦的压缩幅值；
根据所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移计算出目标整体吊弦的拉伸力时程数据。
可选的，所述根据所述目标图像得到目标整体吊弦及所述两侧的整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦及所述两侧的整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移具体包括：
通过边缘识别的方法获取目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索和接触线上的线夹边界处的像素点；
根据所述线夹边界处的像素点在图像坐标系中的位置变化以及图像坐标系中像素点大小与实际距离的对应关系，识别出目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移和目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移。
可选的，所述根据目标整体吊弦在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移计算目标整体吊弦的压缩幅值具体包括：
将所述目标整体吊弦在接触线上线夹的绝对位移减去所述目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移，获取目标整体吊弦的压缩幅值。
可选的，所述根据所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移计算出目标整体吊弦的拉伸力时程数据具体包括：
根据时序图像组中所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移，通过两端位移激励下的振动微分方程求解目标整体吊弦在承力索上的振动位移；所述时序图像组包括时间上连续的多个目标图像；
根据所述目标整体吊弦在承力索上的振动位移得到目标整体吊弦在承力索上的振动加速度；
根据所述目标整体吊弦在承力索上的振动加速度得到目标整体吊弦的拉伸力时程数据。
对应于前述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，本发明还提供了一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置，包括：
高速摄像模组，用于采集接触网的图像；
PLC控制单元，与所述高速摄像模组连接，用于控制所述高速摄像模组采集接触网的图像；
计算机，与所述PLC控制单元连接，用于获取目标图像并执行如前所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，所述目标图像为所述高速摄像模组采集的接触网的图像；所述接触网的图像中包含：目标整体吊弦及关于其对称的两侧整体吊弦各自在承力索和接触线上线夹的安装位置。
可选的，所述测量装置还包括防护罩；
所述高速摄像模组位于所述防护罩内部。
可选的，所述高速摄像模组包括若干台高速摄像机以及对应的若干台高阻尼三脚架。
可选的，所述计算机包括存储单元、图像处理单元与振动分析单元；
所述存储单元用于存储所述高速摄像模组拍摄的接触网的图像；
所述图像处理单元用于根据所述目标图像得到所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移以及所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移，并计算得到目标整体吊弦的压缩幅值；
所述振动分析单元用于根据所述目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移计算得到目标整体吊弦的拉伸力时程数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法和装置，属于电气化轨道交通领域，获取高速摄像模组采集的接触网的图像，并根据接触网的图像分析得到目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移；进而得到接触网目标整体吊弦的载荷，即目标整体吊弦的压缩幅值与拉伸力时程数据。本发明通过非接触的方式，采集接触网的图像，并利用计算机对接触网的图像进行分析，实现了铁路整体吊弦载荷的非接触测量，进而为对整体吊弦服役使用寿命的准确预估提供了基础，从而避免了不必要的浪费与经济负担，并且保障了铁路运营安全。
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为本发明实施例1提供的一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法的流程图；
图3为本发明实施例2提供的方法中步骤S2的流程图；
图4为本发明实施例2提供的方法中步骤S4的结构图；
图5为本发明实施例2提供的方法中建立的图像坐标系。
符号解释：1、高速摄像机；2、高阻尼三脚架；3、防护罩；4、PLC控制单元；5、计算机；6、显示器；7、接触线；8、承力索；9、目标整体吊弦；10、两侧整体吊弦。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法和装置，解决现有技术无法对铁路接触网整体吊弦的载荷进行测量的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
如图1所示的结构示意图，本实施例提供了一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置，包括：
高速摄像模组，用于采集接触网的图像；所述接触网的图像包括目标整体吊弦9及关于其对称的两侧整体吊弦10各自在承力索8和接触线7上线夹的安装位置；
PLC控制单元4，与所述高速摄像模组连接，用于控制所述高速摄像模组采集接触网的图像；
计算机5，与所述PLC控制单元连接，用于获取目标图像并根据目标图像进行分析得到目标整体吊弦9载荷；所述目标整体吊弦9载荷包括压缩幅值与拉伸力时程数据；所述目标图像为所述高速摄像模组采集的接触网的图像；所述接触网的图像中包含：目标整体吊弦9及关于其对称的两侧整体吊弦10各自在承力索8和接触线7上线夹的安装位置；
显示器6，与所述计算机5连接，用于将计算机5分析得到的目标整体吊弦9载荷显示出来。
为了进一步提高高速摄像模组获取图像的精度，所述高速摄像模组包括若干台高速摄像机1以及对应的若干台高阻尼三脚架2。
为了避免高速摄像模组被强气流吹倒或镜头不稳，本实施例中还包括防护罩3，高速摄像模组的若干台高速摄像机1以及对应的若干台高阻尼三脚架2均位于所述防护罩3内部。
具体的在本实施例中，所述计算机5包括存储单元、图像处理单元与振动分析单元；
存储单元，用于存储所述高速摄像模组拍摄的接触网的图像；
图像处理单元，用于根据所述目标图像得到所述目标整体吊弦9及所述两侧整体吊弦10各自在接触线7上线夹的绝对位移以及所述目标整体吊弦9及所述两侧整体吊弦10各自在承力索8上线夹的绝对位移，并计算得到目标整体吊弦9的压缩幅值；
振动分析单元，用于根据所述目标整体吊弦9在承力索8上线夹的绝对位移计算得到目标整体吊弦9的拉伸力时程数据。
本实施例中提出的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置，通过PLC控制单元4控制高速摄像模组采集接触网的图像；并由计算机5对高速摄像模组采集的接触网的图像进行分析，得到目标整体吊弦9的压缩幅值与拉伸力时程数据，实现了铁路整体吊弦载荷的非接触测量，为对整体吊弦服役使用寿命的准确预估提供了基础，保障了铁路运营安全。
实施例2：
如图2所示的流程图，对应于实施例1所提供的一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置，本实施例提供了一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，包括以下步骤：
S1、获取目标图像；所述目标图像为高速摄像模组采集的接触网的图像，所述目标图像中包含：目标整体吊弦及关于其对称的两侧整体吊弦各自在承力索和接触线上线夹的安装位置；本实施例中确定待测量的目标整体吊弦后，选择其两侧各一个整体吊弦作为两侧整体吊弦；
S2、根据所述目标图像得到目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移，以及目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移；
如图3所示，在本实施例中，步骤S2包括：
S21、通过边缘识别的方法获取目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索和接触线上的线夹边界处的像素点；
S22、根据所述线夹边界处的像素点在图像坐标系中的位置变化大小以及图像坐标系中像素点与实际距离的对应关系，识别出目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移yj1(t)、yj2(t)、yj3(t)和目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移yc1(t)、yc2(t)、yc3(t)；
具体到本实施例中，通过边缘识别方法获取各整体吊弦的线夹边界处的像素点，得到各整体吊弦的线夹边界处的像素点在如图5所示的图像坐标系下的位置变化，计算出其变化的像素点数，然后根据图像坐标系中像素点和距离的对应关系，得到各整体吊弦的线夹绝对位移值。图像坐标系是以目标整体吊弦左侧的整体吊弦在接触线上的线夹位置为原点O，以接触线为x轴，以向上为y轴建立的坐标系。
S3、根据目标整体吊弦在接触线上线夹的绝对位移yj2(t)以及目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移yc2(t)计算目标整体吊弦的压缩幅值；
具体的，将所述目标整体吊弦在接触线上线夹的绝对位移yj2(t)减去所述目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移yc2(t)，获取目标整体吊弦的压缩幅值；
S4、根据所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移yj1(t)、yj2(t)、yj3(t)计算出目标整体吊弦的拉伸力时程数据。
具体如图4所示，步骤S4包括：
S41、根据时序图像组中所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移yj1(t)、yj2(t)、yj3(t)，通过两端位移激励下的振动微分方程求解目标整体吊弦在承力索上的振动位移yc；所述时序图像组包括时间上连续的多个目标图像；
Figure BDA0003359697170000071
Figure BDA0003359697170000072
其中，Cp为线索的波动传播速度；f(x,t)为承力索可能承受的其他外力；
Figure BDA0003359697170000073
与ψ(x)为承力索振动的初始条件；t表示第t时刻，x表示位置；d1表示目标整体吊弦和其左侧整体吊弦的距离、d2表示目标整体吊弦和其右侧整体吊弦的距离；
S42、根据所述目标整体吊弦在承力索上的振动位移得到目标整体吊弦在承力索上的振动加速度；求得承力索的位移振动yc后，通过2次求导可以求得整体吊弦在承力索上任意位置的振动加速度a：
Figure BDA0003359697170000074
S43、根据所述目标整体吊弦在承力索上的振动加速度得到目标整体吊弦的拉伸力时程数据；根据所述目标整体吊弦在承力索上的振动加速度结合牛顿第二定律，可以求解承力索任意单元位置的受力变化。
F＝ma (4)
由力的相互作用可知，整体吊弦所受的拉伸力必然作用在承力索上，因而，计算获取的中间位置整体吊弦在承力索上线夹安装位置的力即为中间位置整体吊弦的拉伸力时程数据。
本实施例中提出的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，获取高速摄像模组采集的接触网的图像，并根据接触网的图像分析得到目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移；进而得到接触网目标整体吊弦的压缩幅值与拉伸力时程数据；为对整体吊弦服役使用寿命的准确预估提供了基础，保障了铁路运营安全。
实施例3：
如图5所示，在一些实施方式中，利用实施例1所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置执行实施例2所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法之前，还包括以下步骤：
A1、确定测量位置，并提前获取接触网参数存储在计算机的存储单元中；所述接触网参数包括接触网的承力索张力、承力索高度、整体吊弦布置位置、整体吊弦长度参数和承力索的波动传播速度等参数；
A2、在所述测量位置安装如实施例1所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置；
A21、在所述测量位置间隔排列若干台高速摄像机；高速摄像机进行数据采集的频率保持在1000HZ及以上；
A22、调整各高速摄像机的角度与焦距，确保各高速摄像机拍摄到的画面包含对应的整体吊弦及其分别与接触线和承力索线夹安装位置的图像；
A23、在各高速摄像机周围架设透明防护罩；
A24、将所述各高速摄像机与PLC控制单元连接；
A25、将所述PLC控制单元与计算机连接；
A3、当高速列车经过时，采用如实施例2的测量方法对接触网整体吊弦载荷进行测量。
技术中的程序部分可以被认为是以可执行的代码和/或相关数据的形式而存在的“产品”或“制品”，通过计算机可读的介质所参与或实现的。有形的、永久的储存介质可以包括任何计算机、处理器、或类似设备或相关的模块所用到的内存或存储器。例如，各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器或者类似任何能够为软件提供存储功能的设备。
所有软件或其中的一部分有时可能会通过网络进行通信，如互联网或其他通信网络。此类通信可以将软件从一个计算机设备或处理器加载到另一个。例如：从视频目标检测设备的一个服务器或主机计算机加载至一个计算机环境的硬件平台，或其他实现系统的计算机环境，或与提供目标检测所需要的信息相关的类似功能的系统。因此，另一种能够传递软件元素的介质也可以被用作局部设备之间的物理连接，例如光波、电波、电磁波等，通过电缆、光缆或者空气等实现传播。用来载波的物理介质如电缆、无线连接或光缆等类似设备，也可以被认为是承载软件的介质。在这里的用法除非限制了有形的“储存”介质，其他表示计算机或机器“可读介质”的术语都表示在处理器执行任何指令的过程中参与的介质。
本文中应用了具体个例，即一种适用于单根整体吊弦载荷非接触测量的具体实施方式，本发明的方法与装置可以通过设置不同数量的高速摄像机与计算机同步获取任意数量、任何位置布置的整体吊弦的载荷时程数据。即以上描述仅是对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；本领域的技术人员应该理解，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取目标图像；所述目标图像为高速摄像模组采集的接触网的图像，所述目标图像中包含：目标整体吊弦及关于其对称的两侧整体吊弦各自在承力索和接触线上线夹的安装位置；
根据所述目标图像得到目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移，以及目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移；
根据目标整体吊弦在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移计算目标整体吊弦的压缩幅值；
根据所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移计算出目标整体吊弦的拉伸力时程数据。
2.根据权利要求1所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，其特征在于，所述根据所述目标图像得到目标整体吊弦及所述两侧的整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦及所述两侧的整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移具体包括：
通过边缘识别的方法获取目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索和接触线上的线夹边界处的像素点；
根据所述线夹边界处的像素点在图像坐标系中的位置变化以及在图像坐标系中像素点大小与实际距离的对应关系，识别出目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移和目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移。
3.根据权利要求1所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，其特征在于，所述根据目标整体吊弦在接触线上线夹的绝对位移以及目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移计算目标整体吊弦的压缩幅值具体包括：
将所述目标整体吊弦在接触线上线夹的绝对位移减去所述目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移，获取目标整体吊弦的压缩幅值。
4.根据权利要求1所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量方法，其特征在于，所述根据所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移和所述承力索的波动传播速度计算出目标整体吊弦的拉伸力时程数据具体包括：
根据时序图像组中所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移，通过两端位移激励下的振动微分方程求解目标整体吊弦在承力索上的振动位移；所述时序图像组包括时间上连续的多个目标图像；
根据所述目标整体吊弦在承力索上的振动位移得到目标整体吊弦在承力索上的振动加速度；
根据所述目标整体吊弦在承力索上的振动加速度得到目标整体吊弦的拉伸力时程数据。
5.一种铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置，所述铁路接触网包括：接触线、整体吊弦与承力索，其特征在于，所述测量装置包括：
高速摄像模组，用于采集接触网的图像；
PLC控制单元，与所述高速摄像模组连接，用于控制所述高速摄像模组采集接触网的图像；
计算机，与所述PLC控制单元连接，用于获取目标图像并执行权利要求1所述的方法；所述目标图像为所述高速摄像模组采集的接触网的图像；所述目标图像中包含：目标整体吊弦及关于其对称的两侧整体吊弦各自在承力索和接触线上线夹的安装位置。
6.根据权利要求5所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括防护罩；
所述高速摄像模组位于所述防护罩内部。
7.根据权利要求5所示的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置，其特征在于，所述高速摄像模组包括若干台高速摄像机以及对应的若干台高阻尼三脚架。
8.根据权利要求5所述的铁路接触网整体吊弦载荷非接触测量装置，其特征在于，所述计算机包括存储单元、图像处理单元与振动分析单元；
所述存储单元用于存储所述高速摄像模组采集的接触网的图像；
所述图像处理单元用于根据所述目标图像得到所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在接触线上线夹的绝对位移以及所述目标整体吊弦及所述两侧整体吊弦各自在承力索上线夹的绝对位移，并计算得到目标整体吊弦的压缩幅值；
所述振动分析单元用于根据所述目标整体吊弦在承力索上线夹的绝对位移计算得到目标整体吊弦的拉伸力时程数据。
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