CN114322768B - 一种移动式接触网几何参数测量系统、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高铁运营、运维更新改造领域，涉及一种移动式接触网几何参数测量系统、方法及装置，其包括交互模块，以及与所述交互模块信号连接的实时处理模块，所述实时处理模块被配置用于接收处理所述交互模块传输的数据，设置交互模块以及实时处理模块可以对接触网等数据进行精确传输，其中在实时处理模块中申请人采用了高精度算法进行，其中在高精度算法的作用下，会将数据进行误差最小化处理。

Description

一种移动式接触网几何参数测量系统、方法及装置

技术领域

本发明涉及高铁运营、运维更新改造领域，涉及一种移动式接触网几何参数测量系统、方法及装置。

背景技术

高铁接触网是布局在高铁沿线的信号传输线路，目前中国高铁运营里程达3.5万公里，运营里程及速度均居世界第一，在国铁集团的最新规划纲要中，到2035年，中国高铁里程将达到7万公里，50万人口以上城市全部要通高铁，高铁出行便利性深受大众喜爱。而高铁动力来源于接触线，接触线的几何尺寸，主要是其高度、与轨道中心线的偏移叫拉出值，会影响到高铁受电弓的受流性能，偏高容易发生电弧放电或无法取电，太低了对受电弓造成巨大冲击容易毁工。拉出值偏移过大也会使受电弓脱离接触网无法取电。接触线高度及偏移，通过吊弦及承力索、定位支柱来控制及悬挂，形成了一套整体的接触网，多种部件的几何特征，综合铁路周边环境安全检测，总体变得非常复杂。现有技术通常采用单一信号接收以及单向数据传输系统进行，无法在周边复杂环境的情况下高效自动完成接触网各构件的几何尺寸测量，及生成还原虚拟三维环境，其中对于接触网的三维还原更容易出现断续、周边环境数据信息不全，位置偏差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动式接触网几何参数测量系统、方法及装置，解决现有技术无法在高铁铁轨两侧环境复杂时可以高精度还原生成虚拟三维环境的问题。

本发明的目的通过以下述技术方案来实现，包括交互模块，以及与所述交互模块信号连接的实时处理模块，所述实时处理模块被配置用于接收处理所述交互模块传输的数据。

需要说明的是，设置交互模块以及实时处理模块可以对接触网等数据进行精确传输，其中在实时处理模块中申请人采用了高精度算法进行，其中在高精度算法的作用下，会将数据进行误差最小化处理。

所述交互模块内信号连接若干有反馈模块，所述反馈模块用于对外界信息进行接收传递。

需要说明的是，设置反馈模块，可以对数据进行实施反馈作业，现有技术中通常采用单独反馈模块进行调节，本申请采用了多个反馈模块，对数据的不同信息进行分类别且同时作业处理，提高数据在同一时间段的处理效率，减少分批处理时数据的断续，进而导致的三维模型的还原数据精度较低。

所述交互模块内还信号连接有若干磁电交互模块，所述磁电交互模块用于对外界电磁波以及光信号进行接收反馈。

需要说明的是，设置若干磁电交互模块，可以高效保证接触网的测量数据可以更加精确，同时也可以提高外界环境复杂时，数据信号接收的准确度，降低接收干扰。

本申请的另一方面，一种移动式接触网几何参数测量方法，基于权利要求1-3任一项所述的一种移动式接触网几何参数测量系统，包括以下步骤：步骤1.通过设置有反馈模块的激光雷达,对外界的测量环境进行实施监测接收，同时根据设置有反馈模块的里程编码器以及倾角传感器对装置行进距离以及装置倾斜角度数据进行实时测量接收；步骤2.将接收到的实时数据，以帧为单位，与预先标定的设备内部参数进行坐标旋转及平移，实现校准；步骤3.将校准后的每一帧数据进行初步特征点的数据提取，同时缓存连续若干帧，缓存若干特征点。其中数据提取在所述实时数据处理模块中实时进行；步骤4.将提取后的数据，结合数据处理算法进行数据分析处理，其中所述数据处理算法包括：定位点查找算法、定位坡度算法以及吊弦算法；步骤5.将处理后的数据进行压缩，将数据信息序列化且传输至PC端进行三维虚拟重建；步骤6.重复步骤1-步骤5，直至测量作业结束。

需要说明的是，上述步骤较大的区别于现有技术的点是，首先本申请是对装置行进距离以及装置倾斜角度数据进行实时测量接收、其次是经过校准后将对每一帧数据进行特征点数据提取，进而进行若干帧的缓存，现有技术中通常采用简单的距离测试，通过单一因素的测试来完成接触网的信息提取，降低环境干扰，但是也会带来测量结果不准确的问题，本申请采用上述步骤，可以在复杂环境中进行高效率的测定作业。

所述步骤3具体包括：步骤31.连续缓存帧及特征点综合滤波，去除噪点，形成待计算线路；步骤32.对各计算线路查找局部起始点、局部向量方向，根据几何关系推断出工支、非支、承力索；步骤33.根据工支、非支线路找到关键定位点初步特征，综合缓存帧系列中对应帧及前后各一帧，根据定位点空间上方的结构特征进一步判断，判断是否为真实定位点。

需要说明的是，本申请的处理方法结合申请人经过长时间实验修正后得到优化算法，接着按照步骤31-33的处理逻辑进行数据处理，进而保证数据的精度，减少干扰误差，区别于现有技术的处理步骤，引入噪点去除、局部向量方向以及根据工支和非支线路找到关键定位点进而结合空间结构进行的一系列处理，大大提高了接触网等周边事务的测量反馈精确度，将精确度误差由±20mm提高到±5mm。

所述提取数据类型包括接触线长度、工支、非支以及承力索数据信息。

需要说明的是，本申请提取的数据类型较多，且相关的数据类型在现有技术中并未和本申请一样，进行同时接收分析处理。

本申请的又一方面，一种移动式接触网几何参数测量装置，基于权利要求1-3任一项所述的一种移动式接触网几何参数测量系统，包括装置本体，与所述装置本体可拆卸连接的交互传感器组以及与所述装置本体固定连接的用于信息数据处理的处理块，所述处理块内部中空且设置有多个连接区域。

需要说明的是，本申请的装置可以在具有多个外界条件干扰时进行实时准确的数据测量。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.设置交互模块以及实时处理模块可以对接触网等数据进行精确传输，其中在实时处理模块中申请人采用了高精度算法进行，其中在高精度算法的作用下，会将数据进行误差最小化处理；

2.本申请是对装置行进距离以及装置倾斜角度数据进行实时测量接收、其次是经过校准后将对每一帧数据进行特征点数据提取，进而进行若干帧的缓存，现有技术中通常采用简单的距离测试，通过单一因素的测试来完成接触网的信息提取，降低环境干扰，但是也会带来测量结果不准确的问题，本申请采用上述步骤，可以在复杂环境中进行高效率的测定作业；

3.本申请提取的数据类型较多，通过优化算法以及特征值的提取进行同时接收分析处理。

附图说明

图1是本发明的模块示意图；

图2是本发明的系统处理方法示意图。

具体实施方式

请一并参考说明附图1-说明附图2，本实施例提供了一种移动式接触网几何参数测量系统、方法及装置，该高铁线路接触网测量系统、方法及装置主要用于解决现有技术无法在高铁铁轨两侧环境复杂时可以高精度还原生成虚拟三维环境的问题，该高铁线路接触网测量系统、方法及装置已经处于实际使用阶段。

本发明的实施方式如下：包括交互模块，以及与交互模块信号连接的实时处理模块，实时处理模块被配置用于接收处理交互模块传输的数据，交互模块内信号连接若干有反馈模块，反馈模块用于对外界信息进行接收传递，交互模块内还信号连接有若干磁电交互模块，磁电交互模块用于对外界电磁波以及光信号进行接收反馈。

具体为：现有技术在进行高铁接触网测量时，通常会面向千公里级进行，因此测量的目标以及对象长度较大，因此，普遍采用单一因素的测定进行，其中测定的因素比较集中在测量点到接触网的直线距离，测量点到接触网附近的直线距离，因而现有技术的测定的结果较为单一且测定的结果容易出现较大的偏差，无法更好的进行后期数据的使用，也会在三维模型重建的时候出现重建效果的偏差。本发明中采用了交互模块以及实时数据处理模块，较大程度的提高了数据测量的准确度，同时也可以进行千公里级的实验测量，其在于，交互模块内设置有若干反馈模块，其中反馈模块均与激光雷达、里程编码器以及倾角传感器信号连接，当上述部件进行正常数据采集时，会同时进行电磁波、模拟信号的接收，将距离的时间客观数据变成机器所能识别采用的数字信息，电磁波由激光雷达进行收发，模拟信号由里程编码器以及倾角传感器进行收发，与此同时交互模块也相应信号连接有避障雷达、可见光摄像头以及GPS定位装置，其中也会收发电磁波、模拟信号进行数据测量，需要说明的是，上述部件会同时进行数据信号的收发，本实施例较佳的实施方式是将交互模块内的反馈模块以及磁电交互模块同时进行运行，将接触网及其周边环境进行全方面的测量反馈，高效适用于环境复杂的测定作业，同时在实时处理模块的配合处理下，可以将测定数据进行及时高效的数据接收与反馈分析，进而可以将数据及时传输到PC端进行后续分析处理，需要说明的是，其中实时处理模块内会通过高精度算法进行处理，其算法是依托于现有计算机语言C、C++，Python以及Java等进行，因为属于技术秘密，因此此处不展开详细描述。

本发明的另一方面：结合上述模块的配合，申请人经过长时间的实验、优化，得到了本实施例较佳的实施方式：一种高铁线路接触网测量方法，包括以下步骤：

步骤1.通过设置有反馈模块的激光雷达,对外界的测量环境进行实施监测接收，同时根据设置有反馈模块的里程编码器以及倾角传感器对装置行进距离以及装置倾斜角度数据进行实时测量接收；步骤2.将接收到的实时数据，以帧为单位，与预先标定的设备内部参数进行坐标旋转及平移，实现校准；步骤3.将校准后的每一帧数据进行初步特征点的数据提取，同时缓存连续若干帧，缓存若干特征点。其中数据提取在所述实时数据处理模块中实时进行；步骤4.将提取后的数据，结合数据处理算法进行数据分析处理，其中所述数据处理算法包括：定位点查找算法、定位坡度算法以及吊弦算法；步骤5.将处理后的数据进行压缩，将数据信息序列化且传输至PC端进行三维虚拟重建；步骤6.重复步骤1-步骤5，直至测量作业结束，其中所述步骤3具体包括：步骤31.连续缓存帧及特征点综合滤波，去除噪点，形成待计算线路；步骤32.对各计算线路查找局部起始点、局部向量方向，根据几何关系推断出工支、非支、承力索；步骤33.根据工支、非支线路找到关键定位点初步特征，综合缓存帧系列中对应帧及前后各一帧，根据定位点空间上方的结构特征进一步判断，判断是否为真实定位点，其中所述提取数据类型包括工支、非支以及承力索数据信息。

其中，上述步骤较大的区别于现有技术的点是，首先本申请是对装置行进距离以及装置倾斜角度数据进行实时测量接收、其次是经过校准后将对每一帧数据进行特征点数据提取，进而进行若干帧的缓存，现有技术中通常采用简单的距离测试，通过单一因素的测试来完成接触网的信息提取，降低环境干扰，但是也会带来测量结果不准确的问题，本申请采用上述步骤，可以在复杂环境中进行高效率的测定作业，具体为：本发明首先通过对接触网的定位点以及相关倾角进行测量反馈，接着对测量反馈的数据进行分析，此处需要说明的是，测量反馈的过程为，通过系统自身的交互模块对外界环境优先进行测量，测量的不限于本实施中的测量方式，可以增加为温度传感器、湿度传感器以及振动传感器等，通过现有技术实现上述传感器的方式下，直接进行使用，因为系统对应的测量装置的型号属于申请人的内部秘密，因此此处不进行公开说明，接着交互模块中的激光雷达、里程编码器、倾角传感器、避障雷达、可见光摄像头以及GPS会进行同时测定或者分时进行，其中较佳的实时方式是同步测定，可以在每一个时间段内，同步同时接收到环境数据，当然也可以进行分时接收，可以降低系统整体的能耗，提高系统的稳定维持度，同时需要说明的是，采用同时测定可以高效保证测定数据的实时比对，杜绝出现数据因为滞后等原因，出现数据结合错误，造成后续虚拟重建的数据误差无法的较好的复盘查看，这也是本发明的又一有益技术效果。

本发明的另一方面是：一种移动式接触网几何参数测量装置，包括装置本体，与装置本体可拆卸连接的交互传感器组以及与装置本体固定连接的用于信息数据处理的处理块，处理块内部中空且设置有多个连接区域。

本装置中较佳的构成为在装置本体上连接处理块以及交互传感器组进行，因为在测量过程中，需要将装置进行人工驱动或者电驱动，因此装置本身还具有材料较轻的特性，便于驱动，在处理块内设置有多个连接区域，可以保证装置可以在面对不同环境时，进行选择性增加传感器的数量，因为环境复杂，所以对于连接区域的数量不做限定，根据实际情况进行合理选用即可，这也是本发明的另一有益效果，也是较为明显区别于现有技术的有益效果。

同时需要说明的是，本申请采用上述系统以及对应的处理方法，可以将现有技术在进行高铁接触网测量时的误差由±20mm优化到±5mm，现有技术的优化效果目前也只能到达±13mm-14mm之间，同时现有技术的测量优化主要集中体现在测量距离的升级与延长上。

结合实际经济价值，精度是其中最基础当然也是本质的一个改进与提升经济价值的因素，精度越高，后期创造的价值也会越高，从产品角度来说，精度保障的情况下，测量效率高，测量内容多，功能全等，上述也是现有技术无法在实时工作中兼顾的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种移动式接触网几何参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.通过设置有反馈模块的激光雷达,对外界的测量环境进行实时监测接收，同时根据设置有反馈模块的里程编码器以及倾角传感器对装置行进距离以及装置倾斜角度数据进行实时测量接收；

步骤2.将接收到的实时数据，以帧为单位，与预先标定的设备内部参数进行坐标旋转及平移，实现校准；

步骤3.将校准后的每一帧数据进行初步特征点的数据提取，同时缓存连续若干帧，缓存若干特征点，其中数据提取在实时数据处理模块中实时进行；步骤3具体包括：

步骤31.连续缓存帧及特征点综合滤波，去除噪点，形成待计算线路；

步骤32.对各计算线路查找局部起始点、局部向量方向，根据几何关系推断出工支、非支、承力索；

步骤33.根据工支、非支线路找到关键定位点初步特征，综合缓存帧系列中对应帧及前后各一帧，根据定位点空间上方的结构特征进一步判断，判断是否为真实定位点；

步骤4.将提取后的数据，结合数据处理算法进行数据分析处理，其中所述数据处理算法包括：定位点查找算法、定位坡度算法以及吊弦算法；

步骤5.将处理后的数据进行压缩，将数据信息序列化且传输至PC端进行三维虚拟重建；

步骤6.重复步骤1-步骤5，直至测量作业结束；

其中还包括交互模块，以及与所述交互模块信号连接的实时处理模块，所述实时处理模块被配置用于接收处理所述交互模块传输的数据。

2.根据权利要求1所述的一种移动式接触网几何参数测量方法，其特征在于，所述交互模块内信号连接若干有反馈模块，所述反馈模块用于对外界信息进行接收传递。

3.根据权利要求1所述的一种移动式接触网几何参数测量方法，其特征在于，所述交互模块内还信号连接有若干磁电交互模块，所述磁电交互模块用于对外界电磁波以及光信号进行接收反馈。

4.根据权利要求1所述的一种移动式接触网几何参数测量方法，其特征在于，所述提取数据类型包括工支、非支以及承力索数据信息。

5.一种移动式接触网几何参数测量装置，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的一种移动式接触网几何参数测量方法，包括装置本体，与所述装置本体可拆卸连接的交互传感器组以及与所述装置本体固定连接的用于信息数据处理的处理块，所述处理块内部中空且设置有多个连接区域。

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