CN114508998A - 一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测方法，包括：使用工业相机获取不同时刻激光打在受电弓上的像素点图像；根据像素点图像中的像素点的位置变化，以及像素点图像与现实坐标系的对应的关系，获取受电弓的实际位移；根据受电弓的实际位移确定受电弓的垂直加速度，在垂直加速度大于50倍的重力加速度时，确定受电弓出现弓网硬点。解决了相关技术中城市轨道交通弓网硬点的检测方法测量精度不足及安装难度大的问题。

Description

一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测的方法

技术领域

本申请涉及弓网硬点检测技术领域，具体而言，涉及一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测的方法。

背景技术

弓网硬点是受电弓的接触悬挂或接触线上的某些部分有弹性形变或附加重量，例如城市轨道交通车辆的受电弓高速运行通过时会出线不正常的升高或降低，甚至出线撞弓、碰弓现象。目前针对城市轨道交通弓网硬点的检测方法，多采用在受电弓上安装传感器来实现硬点检测，传感器的安装环境较为苛刻，需在DC1500V高压、列车冲击振动的环境下工作，在绝缘防护以及电磁干扰的条件下，测量精度不足以及安装难度大。最主要的因素是对受电弓的结构有一定改动且增加整个受电弓的重量等因素，可能影响受电弓的受流质量，严重的话影响到列车行驶安全，而且后期的维护以及保养也较为困难。

针对相关技术中，城市轨道交通弓网硬点的检测方法测量精度不足及安装难度大的问题，目前尚未有有效的解决办法。

发明内容

本申请实施例提供了一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测的方法，以至少解决相关技术中城市轨道交通弓网硬点的检测方法测量精度不足及安装难度大的问题。

根据本申请的一个实施例，提供了一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测方法，包括：使用工业相机获取不同时刻激光打在受电弓上的像素点图像；根据所述像素点图像中的像素点的位置变化，以及所述像素点图像与现实坐标系的对应的关系，获取所述受电弓的实际位移；根据所述受电弓的实际位移确定所述受电弓的垂直加速度，在所述垂直加速度大于50倍的重力加速度时，确定所述受电弓出现弓网硬点。

可选地，所述使用工业相机获取不同时间点时激光打在受电弓上的像素点图像之前，所述方法还包括：将标定棋盘分别放置在所述工业相机前方多个不同的位置，针对每个所述位置分别拍摄至少一张照片；使用拍摄的所述照片，对所述工业相机进行标定，得到所述工业相机的标定参数。

可选地，所述使用拍摄的所述照片，对所述工业相机进行标定，得到所述工业相机的标定参数包括：将所述标定棋盘放置于所述工业相机前方，其中，所述标定棋盘距离所述工业相机的水平距离为W，垂直距离为H,与所述工业相机的中轴线的偏离值为L，W与所述受电弓到所述工业相机的距离相等；将H均匀设置为大于所述受电弓最小高度且小于所述受电弓最大高度的不同值，并拍摄第一照片，将所述第一照片进行标定，得到所述标定棋盘的中心在所述第一照片中的不同位置对应的H值；将H均匀设置为大于所述受电弓的最小垂直位移且小于最大垂直位移的不同值，并拍摄第二照片，将所述第二照片进行标定，得到所述标定棋盘的中心在所述第二照片中的不同位置对应的L值。

可选地，所述根据所述像素点图像中的像素点的位置变化，以及所述像素点图像与现实坐标系的对应的关系，获取所述受电弓的实际位移包括：获取所述激光打在所述受电弓的碳滑板上的光斑在所述像素点图像中的变化，其中，所述光斑在所述像素点图像中形成所述像素点；通过统计所述像素点图像中，所述像素点相对于所述受电弓的底座变化的数量及距离，确定所述受电弓的实际位移。

可选地，所述根据所述受电弓的实际位移确定所述受电弓的垂直加速度包括：对所述受电弓的实际位移进行二阶微分得到所述受电弓的垂直加速度。

可选地，所述根据所述受电弓的实际位移确定所述受电弓的垂直加速度包括：通过以下公式获取所述受电弓的垂直加速度a：

其中，T1为第一时刻，T2为第二时刻，p(x，y1)为第一时刻受电弓与接触线交点的坐标，p(x，y2)为第二时刻受电弓与接触线的坐标，所述接触线为与所述受电弓相接触的供电线。

通过本申请实施例，提供了一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测方法，包括：使用工业相机获取不同时刻激光打在受电弓上的像素点图像；根据像素点图像中的像素点的位置变化，以及像素点图像与现实坐标系的对应的关系，获取受电弓的实际位移；根据受电弓的实际位移确定受电弓的垂直加速度，在所述垂直加速度大于 50倍的重力加速度时，确定受电弓出现弓网硬点。解决了相关技术中城市轨道交通弓网硬点的检测方法测量精度不足及安装难度大的问题，不必在严格的外部环境下安装传感器，通过激光器和工业相机即可实现弓网硬点的检测，安装难度大大降低，且通过像素点与实际位移的换算，获取受电弓的垂直加速度进而判断是否产生弓网硬点，大大提高了检测精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例中一种可选的适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测方法的流程图；

图2为根据本申请实施例的一种可选的标定棋盘的示意图；

图3是根据本申请实施例的W和H的说明示意图；

图4是根据本申请实施例的L的说明示意图；

图5是根据本申请实施例的可选的已标定点配置示意图；

图6是根据本申请实施例的一种可选的受电弓与检测设备的安装示意图。

附图标记说明

1，受电弓；2，检测设备；3，受电弓升降高度范围；4，车辆顶板；5，激光线束。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请实施例提供了一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测方法。图1是根据本申请实施例中一种可选的适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤S102，使用工业相机获取不同时刻激光打在受电弓上的像素点图像；

步骤S104，根据像素点图像中的像素点的位置变化，以及像素点图像与现实坐标系的对应的关系，获取受电弓的实际位移；

步骤S106，根据受电弓的实际位移确定受电弓的垂直加速度，在垂直加速度大于50倍的重力加速度时，确定受电弓出现弓网硬点。

本申请实施例提供的方案包括，使用激光器和高帧率工业相机，运用图像识别技术实现硬点的检测。

城市轨道交通弓网非接触式硬点检测原理为：硬点发生时，弓网间的作用可以近似看作一次弹性碰撞过程，此时弓头的垂直冲击加速度最大值高于正常行驶中的值，通过检测垂直冲击加速度可用于评定是否出现硬点。本申请实施例中的判断标准为，硬点出现时碳滑板垂直加速度大于50倍的重力加速度，即50g。产生硬点时线激光在碳滑板上的光斑在标定后的工业相机图像中的像素点会发生变化，通过像素点相对受电弓底座的变化像素点数量及标定后得到的每个像素点代表的距离值转换为实际的受电弓位移，受电弓的垂向加速度能够通过测量受电弓的位移并对其进行二阶微分而求出。通过布置在M车 (不含受电弓的动车)或者Mp车(包含受电弓的动车)的硬点检测装置，可将激光垂直打在受电弓上，利用加滤光片后的高帧率相机可捕捉打在受电弓上的激光点，运用机器视角原理计算图像中的像素点变化从而转换为实际的位移进而转换为受电弓的加速度即硬点值。

可选地，使用工业相机获取不同时间点时激光打在受电弓上的像素点图像之前，所述方法还包括：将标定棋盘分别放置在工业相机前方多个不同的位置，针对每个位置分别拍摄至少一张照片；使用拍摄的照片，对工业相机进行标定，得到工业相机的标定参数。

可选地，使用拍摄的所述照片，对所述工业相机进行标定，得到所述工业相机的标定参数包括：将标定棋盘放置于工业相机前方，其中，标定棋盘距离所述工业相机的水平距离为W，垂直距离为H,与工业相机的中轴线的偏离值为L，W与受电弓到工业相机的距离相等；将H均匀设置为大于所述受电弓最小高度且小于所述受电弓最大高度的不同值，并拍摄第一照片，将第一照片进行标定，得到标定棋盘的中心在第一照片中的不同位置对应的H值；将H均匀设置为大于所述受电弓的最小垂直位移且小于最大垂直位移的不同值，并拍摄第二照片，将第二照片进行标定，得到标定棋盘的中心在第二照片中的不同位置对应的L值。

可选地，根据像素点图像中的像素点的位置变化，以及像素点图像与现实坐标系的对应的关系，获取受电弓的实际位移包括：获取激光打在受电弓的碳滑板上的光斑在像素点图像中的变化，其中，光斑在像素点图像中形成像素点；通过统计像素点图像中，像素点相对于受电弓的底座变化的数量及距离，确定受电弓的实际位移。

可选地，根据受电弓的实际位移确定受电弓的垂直加速度包括：对受电弓的实际位移进行二阶微分得到受电弓的垂直加速度。

可选地，根据受电弓的实际位移确定受电弓的垂直加速度包括：通过以下公式获取受电弓的垂直加速度a：

其中，T1为第一时刻，T2为第二时刻，p(x，y1)为第一时刻受电弓与接触线交点的坐标，p(x，y2)为第二时刻受电弓与接触线的坐标，接触线为与受电弓相接触的供电线。

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测的发明，通过图像识别来实现弓网硬点的检测。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：使用激光器和高帧率相机，运用图像识别技术实现硬点的检测。

城市轨道交通弓网非接触式硬点检测原理：硬点发生时，弓网间的作用可以近似看作一次弹性碰撞过程，此时弓头的垂直冲击加速度最大值高于正常行驶中的值，通过检测垂直冲击加速度可用于评定是否出现硬点(硬点出现时碳滑板垂直加速度大于50g)。产生硬点时线激光在碳滑板上的光斑在标定后的工业相机图像中的像素点会发生变化，通过像素点相对受电弓底座的变化像素点数量及标定后得到的每个像素点代表的距离值转换为实际的受电弓位移，受电弓的垂向加速度能够通过测量受电弓的位移并对其进行二阶微分而求出。通过布置在M车或者Mp车的硬点检测装置，可将激光垂直打在受电弓上，利用加滤光片后的高帧率相机可捕捉打在受电弓上的激光点，运用机器视角原理计算图像中的像素点变化从而转换为实际的位移进而转换为受电弓的加速度即硬点值。

本申请实施例提供的弓网硬点检测方法主要包括以下步骤：

1、工业相机标定：

选取合适的标定棋盘，对工业相机图像进行标定。将标定棋盘放于工业相机前方多个不同位置，拍摄多张照片。并基于这些照片，使用张正友标定对相机进行标定，得到相机的标定参数，即相机的内参。图2为根据本申请实施例的一种可选的标定棋盘的示意图。

2、图3是根据本申请实施例的W和H的说明示意图，图4是根据本申请实施例的L的说明示意图。如图3和图4所示，将标定棋盘放于工业相机前方，距离工业相机的水平距离为W，垂直距离为 H,与中轴线的偏离值(拉出值)为L；其中W等于列车受电弓到工业相机的距离。将H均匀设置为大于受电弓最小高度且小于受电弓最大高度的不同值，并采集不同图像。将这些图像进行标定，得到棋盘中心在图像中的不同位置时，对应的H值。同样的，将H均匀设置为大于最小垂向位移且小于最大垂向位移的不同值，并采集不同图像。将这些图像进行标定，得到棋盘中心在图像中的不同位置时，对应的L值。

3、图像分析：通过工业相机对受电弓拍摄的光学图像，采用图像处理的方法，获得图像中接触网和受电弓的几何形状、交点的位置；初步确定接触网垂向位移值。

3.1使用1中得到的标定参数，对原始图像进行矫正。

3.2为降低待处理的数据量，提取有可能包含受电弓的ROI，ROI 为长为1.2米，高为0.6米的图像所占的矩形区域，其中心在图像中点。

3.3对受电弓图像进行预处理，包括均值降噪与灰度值均衡化处理。

均值降噪：设输入图像为P_src,输出图像为P_dst；则对于点(x,y)有：

3.4使用Canny边缘检测提取受电弓与接触线的轮廓信息。

3.5使用霍夫检测出图像中的直线，根据检测出直线的角度不同，区分出接触线与受电弓进行提取，并计算出接触线、受电弓交点的在原始图像中的坐标位置P。

根据交点的坐标位置及3中的标定将结果，计算出接触线与车顶的距离H_a，以及拉出值L。由于标定时的结果是离散的，因此需要使用双线性插值获得H_a与L。

图5是根据本申请实施例的可选的已标定点配置示意图。如图5 所示，Q₁₁Q₁₂Q₂₁Q₂₂为标定结果中的已标定点，而P是原始图像中接触线、受电弓的交点。设P₀为标定结果图，则有：

受电弓的垂向加速度：

T1为第一时刻，T2为第二时刻，p (x，y1)为第一时刻受电弓与接触线交点的坐标，p(x，y2)为第二时刻受电弓与接触线的坐标。

图6是根据本申请实施例的一种可选的受电弓与检测设备的安装示意图。如图6所示，受电弓1和检测设备2分别安装在轨道交通车辆的车辆顶板4上方，在车辆行驶过程中，受电弓1在高度方向的升降范围3如图6所示。检测设备2包括工业相机(未图示)和分别设置在工业相机两侧的第一激光发射器(未图示)和第二激光发射器 (未图示)，通过两个激光发射器向受电弓1发出激光线束5，工业相机进行图像采集，然后对应计算得出受电弓的垂直加速度，进而确定是否产生弓网硬点。上述接触线的高度可以以受电弓的高度来推断，接触线的最高高度为受电弓的最高高度距离轨道的垂直距离，接触线的最低高度为受电弓的最低高度距离轨道的垂直距离。接触线与车顶的高度也可以依此推断得出。

通过本申请实施例，提供了一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测方法，解决了相关技术中城市轨道交通弓网硬点的检测方法测量精度不足及安装难度大的问题，不必在严格的外部环境下安装传感器，通过激光器和工业相机即可实现弓网硬点的检测，安装难度大大降低，且通过像素点与实际位移的换算，获取受电弓的垂直加速度进而判断是否产生弓网硬点，大大提高了检测精度。非接触式检测，减少受电弓的负荷，降低安全风险；安装简单、便捷，可维护性高；市场接受度高，便于推广；测量灵敏度高、精度高。

可选地，在本实施例中，本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于城市轨道交通弓网非接触式硬点检测方法，其特征在于，包括：

使用工业相机获取不同时刻激光打在受电弓上的像素点图像；

根据所述像素点图像中的像素点的位置变化，以及所述像素点图像与现实坐标系的对应的关系，获取所述受电弓的实际位移；

根据所述受电弓的实际位移确定所述受电弓的垂直加速度，在所述垂直加速度大于50倍的重力加速度时，确定所述受电弓出现弓网硬点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用工业相机获取不同时间点时激光打在受电弓上的像素点图像之前，所述方法还包括：

将标定棋盘分别放置在所述工业相机前方多个不同的位置，针对每个所述位置分别拍摄至少一张照片；

使用拍摄的所述照片，对所述工业相机进行标定，得到所述工业相机的标定参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用拍摄的所述照片，对所述工业相机进行标定，得到所述工业相机的标定参数包括：

将所述标定棋盘放置于所述工业相机前方，其中，所述标定棋盘距离所述工业相机的水平距离为W，垂直距离为H,与所述工业相机的中轴线的偏离值为L，W与所述受电弓到所述工业相机的距离相等；

将H均匀设置为大于所述受电弓最小高度且小于所述受电弓最大高度的不同值，并拍摄第一照片，将所述第一照片进行标定，得到所述标定棋盘的中心在所述第一照片中的不同位置对应的H值；

将H均匀设置为大于所述受电弓的最小垂直位移且小于最大垂直位移的不同值，并拍摄第二照片，将所述第二照片进行标定，得到所述标定棋盘的中心在所述第二照片中的不同位置对应的L值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述像素点图像中的像素点的位置变化，以及所述像素点图像与现实坐标系的对应的关系，获取所述受电弓的实际位移包括：

获取所述激光打在所述受电弓的碳滑板上的光斑在所述像素点图像中的变化，其中，所述光斑在所述像素点图像中形成所述像素点；

通过统计所述像素点图像中，所述像素点相对于所述受电弓的底座变化的数量及距离，确定所述受电弓的实际位移。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述受电弓的实际位移确定所述受电弓的垂直加速度包括：

对所述受电弓的实际位移进行二阶微分得到所述受电弓的垂直加速度。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述受电弓的实际位移确定所述受电弓的垂直加速度包括：

通过以下公式获取所述受电弓的垂直加速度a：

其中，T1为第一时刻，T2为第二时刻，p(x，y1)为第一时刻受电弓与接触线交点的坐标，p(x，y2)为第二时刻受电弓与接触线的坐标，所述接触线为与所述受电弓相接触的供电线。

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