CN116147504A - 一种车载非接触式接触线磨耗测量方法及系统 - Google Patents
一种车载非接触式接触线磨耗测量方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种车载非接触式接触线磨耗测量方法及系统,包括:通过3d视觉采集装置采集接触线轮廓,其中,所述3d视觉采集装置装载在相对于接触线长度方向移动的载体上,对接触线进行等间隔连续测量;根据所述接触线轮廓计算接触线磨损宽度;根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量,每隔1cm保存一次接触线的磨耗信息以及对应轨道车的位置信息,构建磨耗数据库。本发明实现对接触线的非接触式连续测量,保证测量的准度和精度,在接触网未停电的状态下也能进行检测,使用方便;同时通过GYK轨道车运行控制系统获取磨耗数据,并查询磨耗数据库中的异常数据,能够实现对异常位置的快速定位。
Description
技术领域
本发明涉及接触线检测技术领域,尤其涉及一种车载非接触式接触线磨耗测量方法及系统。
背景技术
接触线是接触网中重要的组成部分,接触线通过与列车上的受电弓滑板滑动摩擦直接向列车输送电力。接触线磨损达到一定程度后将导致一些其它严重后果,例如拉断或者引起弓网故障等;为了确保列车安全稳定运行必须每隔一段时间检测一次接触线的磨损状态,及时更换过度磨损的接触线。
传统接触线磨耗测量方式主要是通过游标卡尺直接测量接触线的残存高度从而计算出接触线的磨耗。该方式存在严重的问题:(1)必须在接触网完全停电的状态下才能进行作业;(2)测量缓慢,需要人员操作;(3)无法实现连续测量,可能漏测一些磨损严重的区段;(4)可能因为人员的操作失误造成误差偏大;(5)数据管理繁琐,需要人员手动录入数据。
发明内容
本发明的目的在于克服现有接触线磨耗测量方法存在的不足,提供了一种车载非接触式接触线磨耗测量方法及系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
在第一方面,主要提供一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述测量方法包括以下步骤:
S1、通过3d视觉采集装置采集接触线轮廓,其中,所述3d视觉采集装置装载在相对于接触线长度方向移动的载体上,对接触线进行等间隔连续测量;
S2、根据所述接触线轮廓计算接触线磨损宽度,具体包括:
S21、对所述接触线轮廓进行采样获得轮廓点云数据,并使用欧式聚类对点云数据进行聚类;
S22、根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选;
S23、对筛选后的点云数据任意选取轮廓点pointi、pointi-2、pointi+2;计算pointi和pointi-2构成线段的斜率k1、pointi和pointi+2构成线段的斜率k2,根据k1、k2计算出两条线段之间的夹角θ;
S24、设定夹角阈值,筛选出步骤S23中夹角θ大于夹角阈值的轮廓点;
S25、从步骤S24中得到的轮廓点的位置将轮廓图分成若干片段;
S26、从中间位置片段开始,以其前两个点的平均值和最后两个点的平均值构成直线,获取片段内连续不满足点到直线距离小于距离阈值d的最大点数p,若p<= 3,判断线段为直线,将片段向前方或者后方扩大,重复计算,获取满足条件p<= 3的最长线段;
S27、计算出步骤S26中最长线段的长度w即接触线磨损宽度;
S3、根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量。
作为一优选项,一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述载体为现有的轨道车,所述载体以120km/h的速度连续移动。
作为一优选项,一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述3d视觉采集装置通过线性激光器发射一个扇形的高亮激光线打在接触线上,对接触线进行扫描,在接触线上形成一个断面轮廓,通过3d预处理相机对接触线的断面轮廓进行成像。
作为一优选项,一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述夹角θ的公式如下:
tanθ=∣(k2- k1)/(1+ k1k2)∣。
作为一优选项,一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选,包括:
设置接触线的测量参考直径大于6mm且小于20mm,筛选出在测量参考直径范围内的点云数据。
作为一优选项,一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述接触线的断面轮廓为规则圆形状。
作为一优选项,一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述方法还包括:
每隔1cm保存一次接触线的磨耗信息以及对应轨道车的位置信息,构建磨耗数据库;
通过GYK轨道车运行控制系统获取磨耗数据,并查询磨耗数据库中的异常数据,快速定位到接触线异常位置。
作为一优选项,一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,在根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量之前,还包括:
对接触线磨损宽度进行滤波处理。
在第二个方面,提供一种车载非接触式接触线磨耗测量系统,所述系统包括:
3d视觉采集装置,用于采集接触线轮廓,其装载在相对于接触线长度方向移动的载体上,对接触线进行等间隔连续测量;
磨损宽度计算模块,配置为根据所述接触线轮廓计算接触线磨损宽度,所述磨损宽度计算包括以下步骤:
S21、对所述接触线轮廓进行采样获得轮廓点云数据,并使用欧式聚类对点云数据进行聚类;
S22、根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选;
S23、对筛选后的点云数据任意选取轮廓点pointi、pointi-2、pointi+2;计算pointi和pointi-2构成线段的斜率k1、pointi和pointi+2构成线段的斜率k2,根据k1、k2计算出两条线段之间的夹角θ;
S24、设定夹角阈值,筛选出步骤S23中夹角θ大于夹角阈值的轮廓点;
S25、从步骤S24中得到的轮廓点的位置将轮廓图分成若干片段;
S26、从中间位置片段开始,以其前两个点的平均值和最后两个点的平均值构成直线,获取片段内连续不满足点到直线距离小于距离阈值d的最大点数p,若p<= 3,判断线段为直线,将片段向前方或者后方扩大,重复计算,获取满足条件p<= 3的最长线段;
S27、计算出步骤S26中最长线段的长度w即接触线磨损宽度;
磨耗量计算模块,配置为根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量。
需要进一步说明的是,上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。
与现有技术相比,本发明有益效果是:
(1)通过装载在相对于接触线长度方向移动的载体上的3d视觉采集装置能够对接触线实现等间隔连续测量,不会漏测一些磨损严重的区段,在接触网未停电的状态下也能进行检测,使用方便,不需要人员操作,测量速度快;此外,通过对接触线轮廓的采样、聚类、筛选以及迭代计算,获取接触线磨损宽度,保证测量的准度和精度。
(2)在一个示例中,每隔1cm保存一次接触线的磨耗信息以及对应轨道车的位置信息,构建磨耗数据库,实时保存测量数据;同时通过GYK轨道车运行控制系统获取磨耗数据,并查询磨耗数据库中的异常数据,能够快速定位到接触线异常位置,方便查找缺陷位置。
(3)在一个示例中,能够对接触线的磨耗信息进行分站区自动保存,管理方便。
(4)在一个示例中,根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量之前,对接触线磨损宽度进行滤波处理,保证数据的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例示出的一种车载非接触式接触线磨耗测量方法的流程示意图;
图2为本发明实施例示出的3d视觉采集装置的测量示意图;
图3为本发明实施例示出的接触线断面轮廓示意图;
图4为本发明实施例示出的磨耗数据分站区测量和保存的流程图;
图5为本发明实施例示出的具有滤波处理的接触线磨耗测量方法的流程示意图;
图6为本发明实施例示出的一种车载非接触式接触线磨耗测量系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参照图1,在一示例性实施例中,提供一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述测量方法包括以下步骤:
S1、通过3d视觉采集装置采集接触线轮廓,其中,所述3d视觉采集装置装载在相对于接触线长度方向移动的载体上,对接触线进行等间隔连续测量;
S2、根据所述接触线轮廓计算接触线磨损宽度,具体包括:
S21、对所述接触线轮廓进行采样获得轮廓点云数据,并使用欧式聚类对点云数据进行聚类;
S22、根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选;
S23、对筛选后的点云数据任意选取轮廓点pointi、pointi-2、pointi+2;计算pointi和pointi-2构成线段的斜率k1、pointi和pointi+2构成线段的斜率k2,根据k1、k2计算出两条线段之间的夹角θ;
S24、设定夹角阈值,筛选出步骤S23中夹角θ大于夹角阈值的轮廓点;
S25、从步骤S24中得到的轮廓点的位置将轮廓图分成若干片段;
S26、从中间位置片段开始,以其前两个点的平均值和最后两个点的平均值构成直线,获取片段内连续不满足点到直线距离小于距离阈值d的最大点数p,若p<= 3,判断线段为直线,将片段向前方或者后方扩大,重复计算,获取满足条件p<= 3的最长线段,其中,由于数据存在误差,取平均值能够降低误差;
S27、计算出步骤S26中最长线段的长度w即接触线磨损宽度;
S3、根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量。
具体地,所述载体为现有的轨道车或其他机车,轨道车以120km/h的速度移动连续检测接触线的磨耗。3d视觉采集模块主要由3d预处理相机机和线性激光器组成,具体地,参照图2,3d视觉采集装置在测量时的设置方式为通过线性激光器发射一个扇形的高亮激光线打在接触线上,在接触线上形成一个断面轮廓,通过3d预处理相机对接触线的断面轮廓进行成像、成像、识别和计算,拟合出接触线磨损面宽度,再结合相对应的接触线线型即可换算出接触线的磨耗和残存高度。通过装载在相对于接触线长度方向移动的载体上的3d视觉采集装置能够对接触线实现等间隔连续测量,不会漏测一些磨损严重的区段,在接触网未停电的状态下也能进行检测,使用方便,不需要人员操作,测量速度快;此外,通过对接触线轮廓的采样、聚类、筛选以及迭代计算,获取接触线磨损宽度,保证测量的准度和精度。
进一步地,所述夹角θ的公式如下:
tanθ=∣(k2- k1)/(1+ k1k2)∣。
所述根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选,包括:
设置接触线的测量参考直径大于6mm 且小于20mm,筛选出在测量参考直径范围内的点云数据。
进一步地,参照图3,所述接触线的断面轮廓为为带有悬吊沟槽、合金种类识别沟槽的规则圆形状。结合图3,所述步骤S3具体包括:设接触线断面轮廓的半径为R,接触线磨损宽度对应的圆心角为n,未磨损接触线剖面面积已知为S,则接触线磨耗量= ,其中,/>,接触线断面轮廓的半径已知。
在另一示例性实施例中,一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,所述方法还包括:
每隔1cm保存一次接触线的磨耗信息以及对应轨道车的位置信息,构建磨耗数据库;
通过GYK轨道车运行控制系统获取磨耗数据,并查询磨耗数据库中的异常数据,快速定位到接触线异常位置,方便查找缺陷位置。
在另一示例性实施例中,基于上述磨耗数据库构建方法进一步改进,实现非接触式接触线磨耗测量并分站区自动保存,具体地 ,参照图4,首先通过GYK轨道车运行控制系统实时获取轨道车的位置,判断其是否到达了新的站区,若未到达新的站区则进行每隔1cm的持续测量,并为当前站区构建对应的站区磨耗数据库,若到达新的站区,则创建新的站区磨耗数据库,采用和前一个站区同样的方式进行测量并保存数据。能够对接触线的磨耗信息进行分站区自动保存,管理方便,线路、站区发生变化时建立新的数据库,快速了解接触线异常位置对应的站区,并通知相应站区进行维修处理。
在另一示例性实施例中,参照图5,在根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量之前,还包括:
对接触线磨损宽度进行滤波处理,保证数据的准确性,提高后续接触线磨耗量计算的精度。
在另一示例性实施例中,提供一种车载非接触式接触线磨耗测量系统,所述系统包括:
3d视觉采集装置,用于采集接触线轮廓,其装载在相对于接触线长度方向移动的载体上,对接触线进行等间隔连续测量;
磨损宽度计算模块,配置为根据所述接触线轮廓计算接触线磨损宽度,所述磨损宽度计算包括以下步骤:
S21、对所述接触线轮廓进行采样获得轮廓点云数据,并使用欧式聚类对点云数据进行聚类;
S22、根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选;
S23、对筛选后的点云数据任意选取轮廓点pointi、pointi-2、pointi+2;计算pointi和pointi-2构成线段的斜率k1、pointi和pointi+2构成线段的斜率k2,根据k1、k2计算出两条线段之间的夹角θ;
S24、设定夹角阈值,筛选出步骤S23中夹角θ大于夹角阈值的轮廓点;
S25、从步骤S24中得到的轮廓点的位置将轮廓图分成若干片段;
S26、从中间位置片段开始,以其前两个点的平均值和最后两个点的平均值构成直线,获取片段内连续不满足点到直线距离小于距离阈值d的最大点数p,若p<= 3,判断线段为直线,将片段向前方或者后方扩大,重复计算,获取满足条件p<= 3的最长线段;
S27、计算出步骤S26中最长线段的长度w即接触线磨损宽度;
磨耗量计算模块,配置为根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量。
在另一示例性实施例中,基于上述系统进一步改进,参照图6,系统还包括:
磨损宽度滤波模块,该模块被配置为对接触线磨损宽度进行滤波处理,保证数据的准确性,提高后续接触线磨耗量计算的精度。
轨道车位置模块,配置为通过相应的传感器实时采集轨道车当前位置。
数据库,被配置为实时接收磨耗量计算模块以及轨道车位置模块发送的数据。在一些示例中,数据库按照不同站区分成不同的站区磨耗数据库。
以上具体实施方式是对本发明的详细说明,不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演和替代,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,其特征在于,所述测量方法包括以下步骤:
S1、通过3d视觉采集装置采集接触线轮廓,其中,所述3d视觉采集装置装载在相对于接触线长度方向移动的载体上,对接触线进行等间隔连续测量;
S2、根据所述接触线轮廓计算接触线磨损宽度,具体包括:
S21、对所述接触线轮廓进行采样获得轮廓点云数据,并使用欧式聚类对点云数据进行聚类;
S22、根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选;
S23、对筛选后的点云数据任意选取轮廓点pointi、pointi-2、pointi+2;计算pointi和pointi-2构成线段的斜率k1、pointi和pointi+2构成线段的斜率k2,根据k1、k2计算出两条线段之间的夹角θ;
S24、设定夹角阈值,筛选出步骤S23中夹角θ大于夹角阈值的轮廓点;
S25、从步骤S24中得到的轮廓点的位置将轮廓图分成若干片段;
S26、从中间位置片段开始,以其前两个点的平均值和最后两个点的平均值构成直线,获取片段内连续不满足点到直线距离小于距离阈值d的最大点数p,若p<= 3,判断线段为直线,将片段向前方或者后方扩大,重复计算,获取满足条件p <= 3的最长线段;
S27、计算出步骤S26中最长线段的长度w即接触线磨损宽度;
S3、根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量。
2.根据权利要求1所述的一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,其特征在于,所述载体为现有的轨道车,所述载体以120km/h的速度连续移动。
3.根据权利要求1所述的一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,其特征在于,所述3d视觉采集装置通过线性激光器发射一个扇形的高亮激光线对接触线进行扫描,在接触线上形成一个断面轮廓,通过3d预处理相机对接触线的断面轮廓进行成像。
4.根据权利要求1所述的一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,其特征在于,所述夹角θ的公式如下:
tanθ=∣(k2- k1)/(1+ k1k2)∣。
5.根据权利要求1所述的一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,其特征在于,所述根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选,包括:
设置接触线的测量参考直径大于6mm且小于20mm,筛选出在测量参考直径范围内的点云数据。
6.根据权利要求3所述的一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,其特征在于,所述接触线的断面轮廓为规则圆形状。
8.根据权利要求2所述的一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,其特征在于,所述方法还包括:
每隔1cm保存一次接触线的磨耗信息以及对应轨道车的位置信息,构建磨耗数据库;
通过GYK轨道车运行控制系统获取磨耗数据,并查询磨耗数据库中的异常数据,快速定位到接触线异常位置。
9.根据权利要求1所述的一种车载非接触式接触线磨耗测量方法,其特征在于,在根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量之前,还包括:
对接触线磨损宽度进行滤波处理。
10.一种车载非接触式接触线磨耗测量系统,其特征在于,所述系统包括:
3d视觉采集装置,用于采集接触线轮廓,其装载在相对于接触线长度方向移动的载体上,对接触线进行等间隔连续测量;
磨损宽度计算模块,配置为根据所述接触线轮廓计算接触线磨损宽度,所述磨损宽度计算包括以下步骤:
S21、对所述接触线轮廓进行采样获得轮廓点云数据,并使用欧式聚类对点云数据进行聚类;
S22、根据接触线直径对聚类后的点云数据进行筛选;
S23、对筛选后的点云数据任意选取轮廓点pointi、pointi-2、pointi+2;计算pointi和pointi-2构成线段的斜率k1、pointi和pointi+2构成线段的斜率k2,根据k1、k2计算出两条线段之间的夹角θ;
S24、设定夹角阈值,筛选出步骤S23中夹角θ大于夹角阈值的轮廓点;
S25、从步骤S24中得到的轮廓点的位置将轮廓图分成若干片段;
S26、从中间位置片段开始,以其前两个点的平均值和最后两个点的平均值构成直线,获取片段内连续不满足点到直线距离小于距离阈值d的最大点数p,若p <= 3,判断线段为直线,将片段向前方或者后方扩大,重复计算,获取满足条件p <= 3的最长线段;
S27、计算出步骤S26中最长线段的长度w即接触线磨损宽度;
磨耗量计算模块,配置为根据所述接触线磨损宽度计算接触线磨耗量。
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