CN114379597B - 一种接触网腕臂高清成像装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种接触网腕臂高清成像装置及其使用方法，装置包括巡检小车；设置于所述巡检小车上的腕臂成像单元和提前触发单元；所述腕臂成像单元用于对接触网的腕臂进行成像；所述提前触发单元用于对接触网的腕臂进行定位，并触发所述腕臂成像单元开始工作；所述提前触发单元利用三角关系对所述接触网的腕臂进行斜向定位。本发明的结构简单，集成度高，可以使用在小型的便携式巡检小车上，且触发系统和触发方法的针对性强，能更好地收集接触网腕臂高清图像。
Description
技术领域
本发明涉及铁路接触网系统的监测技术领域，尤其涉及一种接触网腕臂高清成像装置及其使用方法。
背景技术
接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。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。其由支柱、腕臂、吊柱、接触线、吊弦几部分组成。其中，腕臂也叫定位点，巡线小车通过对腕臂进行定位后拍照，以根据所述图像进行腕臂安装方式和状态的检查。
现有技术中，接触网腕臂高清成像系统一般装于接触轨道作业车上，其整个系统的高度较高，距离接触网垂直距离大概在1.5米左右，此时的定位触发模块及成像模块相对来说更容易实现。现在便携式的接触网巡检小车由于其小巧便携越来越受到铁路建设与维护保养单位的青睐，但由于其高度一般不超过0.5米(以轨面为基准)，而接触线高度最低都是5.3米，最高为6.5米，即我们需要在0.5米高的位置检测垂直距离为5.8～6米高以上是否有接触网腕臂装置。传统的触发装置监测的是运行方向正上方是否有腕臂，而成像相机需要与水平面设置有一定的角度以获得更佳的成像效果，因此触发装置到相机的水平距离较远(如图3所示)。而便携式的接触网巡检小车的长度不可能做的过长，一般都不足0.8米，在此情况下，根本无法将传统的触发及成像装置直接应用到便携式接触网巡检小车上。
公开号CN103661449B的中国专利公开了一种接触网悬挂状态监测系统，其公开了倾斜的腕臂成像单元，还设置有一维激光测距仪，但其并未公开腕臂成像单元是如何被触发进而开始采集腕臂图像，而一维激光测距仪的作用在于对接触网支柱进行定位，显然的，其激光测距仪与腕臂成像单元是同级的数据采集设备，相互之间并不存在承接关系。因此，其依然无法解决本领域普遍存在的腕臂成像单元的触发时机问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种可以安装在便携式巡检小车上的接触网腕臂高清成像系统及其使用方法，集成度高，使用便捷，针对性强，通过合理的设定触发条件，使接触网腕臂高清成像装置能够更好的采集腕臂图像。
为了实现以上技术目的，本发明公开了一种接触网腕臂高清成像装置，包括巡检小车；设置于所述巡检小车上的腕臂成像单元和提前触发单元；
所述腕臂成像单元用于对接触网的腕臂进行成像；
所述提前触发单元用于对接触网的腕臂进行定位，并触发所述腕臂成像单元开始工作；
所述提前触发单元利用三角关系对所述接触网的腕臂进行斜向定位。
在一些较优的实施例中，所述腕臂成像单元包括若干相机组成的相机阵列，所述相机阵列的相机镜头方向朝向巡检小车的行走方向的斜上方。
在一些较优的实施例中，所述提前触发单元包括激光测距仪，所述激光测距仪设置于靠近所述相机阵列的位置，且激光发射方向相机阵列的镜头方向相同。
在一些较优的实施例中，所述相机阵列的镜头朝向角度和所述激光测距仪的激光发射角度分别根据所述接触网腕臂到轨道面的平均距离标定。
在一些较优的实施例中，所述腕臂成像单元还包括补光装置。
本发明还公开了一种接触网腕臂高清成像装置的使用方法，包括：
步骤S1.获取国铁数据库中的待巡检路段接触网腕臂到轨面垂直距离的基础数据集，计算基础数据集的平均高度值；确定成像效果最佳的巡线小车到接触网腕臂的水平距离值；
步骤S2.利用三角关系，根据所述平均高度值和水平距离值标定相机阵列的镜头朝向角度和所述激光测距仪的激光发射角度；
步骤S3.设定激光测距仪的触发阈值；
步骤S4.将所述巡检小车放置于所述待巡检路段的铁轨上，启动所述提前触发单元，使其在所述巡检小车的运行方向上进行高频率的实时距离值采样；
步骤S5.当同时有若干组实时距离采样值在所述触发阈值内时，判定此时监测到的物体为接触网腕臂，触发所述腕臂成像单元开始工作，采集所述接触网腕臂的高清图像。
在一些较优的实施例中，所述步骤S3还包括：
步骤S31.获取所述基础数据集高度值的最大值和最小值；
步骤S32.利用三角关系，根据所述激光发射角度、基础数据集高度值的最大值和最小值和巡线小车到接触网腕臂的水平距离值，设定激光测距仪的触发阈值。
有益效果
本发明的结构简单，集成度高，可以使用在小型的便携式巡检小车上，且触发系统和触发方法的针对性强，能更好地收集接触网腕臂高清图像。
附图说明
图1为本发明一种较优实施例的正视结构示意图；
图2为本发明一种较优实施例的俯视结构示意图；
图3为本发明所涉及的领域中现有技术的原理示意图；
图4为本发明实现提前触发和标定的原理示意图；
图中，1、巡检小车；2、腕臂成像单元；3、提前触发单元；4、补光装置；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例公开了一种接触网腕臂高清成像装置，包括巡检小车1；设置于所述巡检小车1上的腕臂成像单元2和提前触发单元3；
所述腕臂成像单元2用于对接触网的腕臂进行成像；
所述提前触发单元3用于对接触网的腕臂进行定位，并触发所述腕臂成像单元2开始工作；所述提前触发单元3利用三角关系对所述接触网的腕臂进行斜向定位。
其中，所述巡检小车1可以是本领域常用的各种小型的铁路巡检小车1，其形制与具体外形不属于本发明所考虑的重点，因此不再详述。所述接触网腕臂系统包括平腕臂、斜腕臂、套管双耳、腕臂支撑装置、承力素座、管帽、定位器、定位器防风拉线、定位器支座、定位器与定位支座间的电连接、定位管、定位环、定位管支撑装置、管帽等。其实电气化铁路接触网的重要组成部分，铁路部门需要定期的对其进行例行巡线检查(简称巡检)，以即时处理和预防各种问题，避免影响铁路车辆的运行。随着时代的发展，科技的进步，机械化的巡检方式逐渐取代了人工巡检，而现目前，根据采集接触网腕臂图像，利用人工或智能识别的方式检测图像中腕臂的状态。因此，获得稳定、可靠、相关度高的接触网腕臂高清图像显得尤为重要，也是本领域的研究热点。
现有技术中主要采用高清成像机构和成像触发机构配合的方式来进行图像的采集。如图3所示，触发装置智能探测其正上方是否存在腕臂装置，而成像机构又需要于水平面具有一定斜角的向上拍摄腕臂才能满足成像的角度问题，因此，成像装置与触发装置之间的距离较远，而巡检小车1的长度一般不超过0.8米，显然无法将传统的触发及成像装置直接应用在巡检小车1上。
因此，本实施例设置了一种提前触发单元3，其定位原理如图4所示，以使巡检小车1即将到达接触网定位悬挂装置时，提前触发高清成像相机拍照，以达到好的视觉角度和视野范围。
在一些较优的实施例中，为了获得更好的成像效果，所述腕臂成像单元2包括若干相机组成的相机阵列，所述相机阵列的相机镜头方向朝向巡检小车1的行走方向的斜上方。应当理解的是，由于巡检小车1的行走方向一般是沿铁轨方向的正、反双向，因此所述腕臂成像单元2可以设置为正、反两组，本发明对此不作进一步说明。其中，所述相机阵列的相机镜头方向需要朝向腕臂方向，由于成像角度的问题，一般在距离腕臂水平距离8米左右的时候成像，其图像效果最佳。因此，所述相机阵列的相机镜头的具体倾斜角度需要根据待巡检路段的现场实际情况进行标定，本实施例对此不作进一步限定。
在另一些较优的实施例中，给出了一种提前触发单元3的具体组成示例，所述提前触发单元3包括激光测距仪，所述激光测距仪设置于靠近所述相机阵列的位置，且激光发射方向相机阵列的镜头方向相同。
本实施例中需要保证高清成像相机有足够的大的景深范围，而调节景深范围的一个主要途径是减少镜头的光圈。而当光圈变小后，通过镜头进入到相机的光变少，成像的亮度又不够，因此，在一些较优的实施例中，所述腕臂成像单元2还包括补光装置4，为成像相机提供足够的光照度。当相机阵列开始工作时，补光装置4同步工作，以保证高清成像相机在极短的曝光时间内能捕捉到补光装置4的光照，从而保证接触网定位悬挂装置的成像有足够的亮度、对比度。如图1所示，本实施例中的相机阵列、激光测距仪和补光装置4可以集成为一个整体。
实施例2
本实施例是在上述实施例1的基础上展开的，本实施例给出了一种实现提前触发的原理，和对相机阵列的相机镜头和激光测距仪的具体倾斜角度进行标定的原理。
实现提前触发的技术思路为：在巡检小车上以与高清成像相机仰角接近的角度安装至少一台激光测距仪，通过对实时采集距离数据的分析与判断，可准确检测出接触网定位悬挂。进一步的，当检测到接触网定位悬挂时，通过触发装置触发高清成像相机拍照。实现提前触发的原理为：如图4所示，若待巡检线路在露天和高架桥上时，由于上方没有遮挡物，传感器返回的都是无效值，而当经过接触网腕臂时，传感器将会返回一个有效值；若巡检小车在隧道时，由于隧道顶面高度较稳定，传感器回来的距离值也是一个稳定值，而当经过接触网腕臂时，传感器将会返回一个突变值。因此，可以利用三角关系，根据被测点与巡检小车的距离L以及其相当于钢轨面的高度H，可以计算出激光测距仪与被监测到的接触网腕臂的斜距值len，相关公式如下：
被测点距离钢轨面的高度H＝h+len×sinθ，其中h为巡检小车的高度；
被测点距离巡检小车的水平距离L＝len×cosθ；
本领域技术人员应当知晓，在国铁系统中，每一杆支柱对应的接触网腕臂高度值是可以查询到设计值的，在本发明中，该查询到的设计值作为实际值，也即H是已知的。被测点距离巡检小车1的水平距离L与所需获得的成像效果及目标大小有关，本领域技术人员可以知晓，当腕臂与巡检小车1水平距离为8米时，其获得的宽3.5米，高2.5米的接触悬挂画面最为清晰，且此时的腕臂与轨面可以近似看作是垂直的，此时的成像效果最好。因此，本发明中的L可以取8m。
另一方面，倾斜角度值通过标定也是已知的。当上述三者均为已知的标准值时，就可以计算出激光测距仪与被监测到的接触网腕臂的斜距值len的标准值。其中，H为范围值，因此len也应该是一个范围值，本发明将标准值对应的范围值作为触发阈值，也即被检测的len值处于所述触发阈值内时，说明此时检测到的物体为接触网腕臂，从而触发成像装置开始工作。当被检测的值为无效值或不在此触发阈值内时，说明被检测到的物体不是接触网腕臂，从而不触发成像装置工作。
本发明对相机阵列的相机镜头和激光测距仪的具体倾斜角度进行标定的原理与上述原理类似，首先计算H的平均值，然后确定成像效果最好的理论水平距离L，优选的L＝8m。代入上述方程求二元一次方程组可以得到倾斜角度值的标定值。
实施例3
本实施例提供了一种接触网腕臂高清成像装置的使用方法，包括：
步骤S1.获取国铁数据库中的待巡检路段接触网腕臂到轨面垂直距离的基础数据集，计算基础数据集的平均高度值；确定成像效果最佳的巡线小车到接触网腕臂的水平距离值；
步骤S2.利用三角关系，根据所述平均高度值和水平距离值标定相机阵列的镜头朝向角度和所述激光测距仪的激光发射角度；
步骤S3.设定激光测距仪的触发阈值；
步骤S4.将所述巡检小车放置于所述待巡检路段的铁轨上，启动所述提前触发单元，使其在所述巡检小车的运行方向上进行高频率的实时距离值采样；
步骤S5.当同时有若干组实时距离采样值在所述触发阈值内时，判定此时监测到的物体为接触网腕臂，触发所述腕臂成像单元开始工作，采集所述接触网腕臂的高清图像。
在一些较优的实施例中，还给出了设定激光测距仪的触发阈值的具体方法，包括：
步骤S31.获取所述基础数据集高度值的最大值和最小值；
步骤S32.利用三角关系，根据所述激光发射角度、基础数据集高度值的最大值和最小值和巡线小车到接触网腕臂的水平距离值，设定激光测距仪的触发阈值。
其中，触发阈值的具体计算公式为：H＝h+len×sinθ；其中，H分别取基础数据集高度值的最大值和最小值，h为巡检小车的高度；len为触发值；θ为激光发射角度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种接触网腕臂高清成像装置的使用方法，其特征在于：所述接触网腕臂高清成像装置包括巡检小车(1)；设置于所述巡检小车(1)上的腕臂成像单元(2)和提前触发单元(3)；
所述腕臂成像单元(2)用于对接触网的腕臂进行成像；所述腕臂成像单元(2)包括若干相机组成的相机阵列，所述相机阵列的相机镜头方向朝向巡检小车(1)的行走方向的斜上方；
所述提前触发单元(3)用于对接触网的腕臂进行定位，并触发所述腕臂成像单元(2)开始工作；所述提前触发单元(3)包括激光测距仪，所述激光测距仪设置于靠近所述相机阵列的位置，且激光发射方向相机阵列的镜头方向相同；
所述提前触发单元(3)利用三角关系对所述接触网的腕臂进行斜向定位；
所述接触网腕臂高清成像装置的使用方法包括：
步骤S1.获取国铁数据库中的待巡检路段接触网腕臂到轨面垂直距离的基础数据集，计算基础数据集的平均高度值；确定成像效果最佳的巡线小车到接触网腕臂的水平距离值；
步骤S2.利用三角关系，根据所述平均高度值和水平距离值标定相机阵列的镜头朝向角度和激光测距仪的激光发射角度；
步骤S3.设定激光测距仪的触发阈值；
步骤S4.将巡检小车(1)放置于所述待巡检路段的铁轨上，启动提前触发单元(3)，使其在所述巡检小车(1)的运行方向上进行高频率的实时距离值采样；
步骤S5.当同时有若干组实时距离采样值在所述触发阈值内时，判定此时监测到的物体为接触网腕臂，触发腕臂成像单元(2)开始工作，采集所述接触网腕臂的高清图像；
所述步骤S3还包括：
步骤S31.获取所述基础数据集高度值的最大值和最小值；
步骤S32.利用三角关系，根据所述激光发射角度、基础数据集高度值的最大值和最小值和巡线小车到接触网腕臂的水平距离值，设定激光测距仪的触发阈值。
2.一种接触网腕臂高清成像装置，其使用方法如权利要求1所述，其特征在于：所述相机阵列的镜头朝向角度和所述激光测距仪的激光发射角度分别根据所述接触网腕臂到轨道面的平均距离标定。
3.如权利要求2所述的接触网腕臂高清成像装置，其特征在于：所述腕臂成像单元(2)还包括补光装置(4)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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