CN116380928A - 一种非接触式弓网硬点检测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式弓网硬点检测方法和系统，采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像，对所述图像进行特征提取和图像处理，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值，根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点，解决基于图形检测的方案，虽然可以计算得到实时的受电弓垂向加速度数据，但无法准确的定性判断是否属于弓网硬点，存在漏判和误判的可能性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及接触网硬点检测技术相关领域，尤其涉及一种非接触式弓网硬点检测方法和系统。
背景技术
接触网作为城市轨道交通供电系统的重要设备之一，其安全和可靠性将直接关系到列车的运行状态。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。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
目前，接触网上由于施工时工艺不规范、接触线导高值调整不到位、中锚受力不均匀、轨道线路不平、运行过程中机车晃动等因素而产生硬点。通常我们将引起列车受电弓与接触网的接触力突然变化的地点称为接触硬点，简称硬点。硬点对接触网和受电弓的伤害主要分为两种情况：一是机械伤害，二是电弧伤害。机械伤害是指对受电弓、接触导线造成的碰伤、刮伤等；电弧伤害则是指硬点引起的弓网离线和离线瞬间所产生的高温电弧对接触网、受电弓的伤害。其中，对受电弓的伤害主要表现在对弓头的点蚀和汽化，对接触导线的伤害则除了点蚀、汽化以外，还有对导线的高温退火。因此，对接触网硬点的检测是弓网检测中必不可少的检测工作。
目前国内硬点检测的方法主要有：
1、利用安装在受电弓碳滑板上的加速度传感器，通过传感器输出信号来反映受电弓碳滑板加速度的变化，通过计算机处理得到弓网硬点。
2、通过安装在受电弓碳滑板区域里的压力传感器，来检测弓网接触力，进而通过计算机处理得到弓网硬点。
上述两种方案，采用的装置对受电弓或碳滑板改造较大，成本较高，影响弓网运行关系，使用频率低，不适合轨道交通部门批量应用和实时检测。基于图形检测的方案，虽然可以计算得到实时的受电弓垂向加速度数据，但无法准确的定性判断是否属于弓网硬点，存在漏判和误判的可能性。另外，有部分现有的采用高速相机检测硬点的方法中，由于需要搭配线激光来使用，因而容易产生光污染，且线激光的成像质量，尤其是在图像边缘提取等方面的缺失，使得检测精度偏低。因此，对现有的接触网硬点检测技术进行改进，研发出一种非接触式弓网硬点检测方法和系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触式弓网硬点检测方法和系统监测系统，以解决基于图形检测的方案，虽然可以计算得到实时的受电弓垂向加速度数据，但无法准确的定性判断是否属于弓网硬点，存在漏判和误判的可能性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，一种非接触式弓网硬点检测方法，包括：
S1：采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像；
S2：对所述图像进行特征提取和图像处理，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值；
S3：根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点。
优选的，采集所述受电弓两端的所述羊角区域单位时间内的图像的步骤，包括；
S101：根据特质反光标签的反光特性定位受电弓的羊角区域，所述反光标签贴设在所述羊角区域；
S102：通过高速面阵相机采集所述受电弓两端的所述羊角区域单位时间内的图像。
优选的，对所述图像进行特征提取和图像处理，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量的二次求导，计算出加速度值的步骤，包括；
S201：对所述图像中反光标签的位置进行特征提取，将反光标签位置的图像进行格式转换并旋转，利用梯度微分计算，对灰度边缘进行抑制噪声、特征增强等图像处理，使图像边缘更加光滑清晰，再利用hog模型对硬点信息进行提取；
S202：通过对所述图像中反光标签的位置进行特征提取和图像处理后，图像边缘变得更加光滑清晰，系统能够更加容易辨识出每一帧图像中，反光标签边缘像素点出现的轻微抖动，便于计算出边缘像素点的位置变化；
S203：计算出上下两帧图像中反光标签位置像素点的位移偏移量，并通过二次求导，实时计算出所述受电弓的加速度值。
优选的，所述根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点的步骤，包括：
S303：将计算得到的所述加速度值与预设阈值进行对比，判断所述加速度值是否超过所述预设阈值；
S302：若符合预设阙值范围，则确定接触网上存在硬点；
S303：若不在预设阙值范围内，则确定接触网上不存在硬点。
优选的，在确定接触网上存在硬点的步骤之后，所述方法还包括；
S401：根据所述加速度值超过所述预设阈值的程度，系统自动将硬点检测数据通过4G无线网络传输到云端服务器；
S402：通过云端服务器查询硬点检测数据。
第二方面，一种非接触式弓网硬点检测系统，包括：所述系统包括：图像采集模块、加速度计算模块以及硬点判断模块，图像采集模块将图像数据传输至加速度计算模块，得到计算结果，加速度计算模块将计算结果传输至硬点判断模块，得到硬点判断结果；
图像采集模块，用于采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像；
加速度计算模块，用于对所述图像进行特征提取，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值；
硬点判断模块，用于根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点。
优选的：图像采集模块，包括；
所述图像采集模块具体用于根据特质反光标签的反光特性定位受电弓的羊角区域，所述反光标签贴设在所述羊角区域，所述图像采集模块通过高速面阵相机采集所述受电弓两端的所述羊角区域单位时间内的图像。
优选地，所述加速度计算模块，包括；
所述加速度计算模块具体用于对所述图像中反光标签的位置进行特征提取，将反光标签位置的图像进行格式转换并旋转，利用梯度微分计算，对灰度边缘进行抑制噪声、特征增强等图像处理，使图像边缘更加光滑清晰，再利用hog模型对硬点信息进行提取；
所述加速度计算模块通过对所述图像中反光标签的位置进行特征提取和图像处理后，图像边缘变得更加光滑清晰，系统能够更加容易辨识出每一帧图像中，反光标签边缘像素点出现的轻微抖动，便于计算出边缘像素点的位置变化；
所述加速度计算模块计算出上下两帧图像中反光标签位置像素点的位移偏移量，并通过二次求导，实时计算出所述受电弓的加速度值。
优选地，所述硬点判断模块，包括；
所述硬点判断模块用于将计算得到的所述加速度值与预设阈值进行对比，判断所述加速度值是否超过所述预设阈值，若符合预设阙值范围，则确定接触网上存在硬点，若不在预设阙值范围内，则确定接触网上不存在硬点。
优选地，还包括；所述非接触式硬点检测系统中还包括数据查询系统，所述数据查询系统用于在确定接触网上存在硬点的步骤之后，根据所述加速度值超过所述预设阈值的程度，系统自动将硬点检测数据通过4G无线网络传输到云端服务器所述数据查询系统通过云端服务器查询硬点检测数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是一种非接触式弓网硬点检测方法和系统，采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像，对所述图像进行特征提取和图像处理，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值，根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点，解决基于图形检测的方案，虽然可以计算得到实时的受电弓垂向加速度数据，但无法准确的定性判断是否属于弓网硬点，存在漏判和误判的可能性的问题。
附图说明
图1为本发明的标签位置示意图；
图2为本发明的车内外检测系统示意图；
图3为本发明的的流程框图；
图4为本发明的系统功能模块示意图。
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。
本发明提供下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
参阅图1，图1是本发明中反光标签贴设位置的示意图，该反光标签采用具有良好反射特性的材质制成，便于系统从相机采集的图像数据中单独识别出来。
参阅图2，图2是本发明中设备安装位置分布图，根据设备不同模块的运行功能不同，安装在车内外的不同位置，再将设备通过网络相互连接起来，从而实现设备整套系统中的数据采集、传输、处理与计算等不同模块之间的正常运行，以及实现与云端服务器之间的实时数据共享。
参阅图3，图3是本发明实施例公开的一种非接触式硬点检测方法的流程示意图，该方法适用于对接触网硬点检测的场景，该方法由非接触式硬点检测系统来执行，该系统可以有软件和硬件来实现。如图3所示，该非接触式硬点检测方法可以包括以下步骤：
(1)采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像。
需要说明的是，本实施例采用的图像采集装置包括高速面阵相机和单色补光灯。该装置安装在车顶两侧或其中一侧，正对着受电弓的羊角区域安装，若安装在左侧，则正对左羊角；若安装在右侧，则正对右羊角，根据实际情况而定。
所述步骤(1)可进一步包括：
根据反光标签的反光特性定位受电弓的羊角区域，所述反光标签贴设在所述羊角区域；通过高速面阵相机采集所述羊角区域单位时间内的图像。
需要说明的是，采集所述受电弓两端的所述羊角区域的图像可以是由一台面阵相机采集，也可以是两台面阵相机分开采集。采集受电弓两端的所述羊角区域的图像的目的在于，两端的图像之间可以起到互相校正的作用，防止出现误检或漏检。
(2)对所述图像进行特征提取，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值。
所述步骤(2)可进一步包括：
对所述图像中反光标签的位置进行特征提取，将反光标签位置的图像进行格式转换并旋转，利用梯度微分计算，对灰度边缘进行抑制噪声、特征增强等图像处理，使图像边缘更加光滑清晰，再利用hog模型对硬点信息进行提取；通过对所述图像中反光标签的位置进行特征提取和图像处理后，图像边缘变得更加光滑清晰，系统能够更加容易辨识出每一帧图像中，反光标签边缘像素点出现的轻微抖动，便于计算出边缘像素点的位置变化；计算出上下两帧图像中反光标签位置像素点的位移偏移量，并通过二次求导，实时计算出所述受电弓的加速度值。
(3)根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点。
所述步骤(3)可进一步包括：
经计算得到的所述加速度值与预设阈值进行对比，判断所述加速度值是否超过所述预设阈值；若是，则确定接触网上存在硬点；若不是，则确定接触网上不存在硬点。
需要说明的是，根据计算所述受电弓的加速度值这一信息，然后判断加速度值是否超过预设阈值，超过预设阈值时技术人员就可以得知检测出了硬点。
其中，预设阈值为技术人员通过经验设定，该经验是基于具体的实验结果得到的，比如统计计算多次行车后的图像数据可以得出，可以是任意数值。
在所述步骤(3)之后，所述方法还包括：
根据所述加速度值超过所述预设阈值的程度，系统自动将硬点检测数据通过4G无线网络传输到云端服务器；通过云端服务器查询硬点检测数据。
需要说明的是，处理措施比如可以包括输出每个区间的硬点波形图到数据查询工具界面，方便查看每个区间硬点变化情况，对于超出阈值的警告上传到数据查询工具界面，同时给出硬点超限处对应的位置信息，并及时通知技术人员区现场复核以及排除原因，不同的严重等级可选择任一或任几组合作为对应的警告策略。
本发明实施例提供的一种非接触式硬点检测方法，能够解决现有非接触式硬点检测技术存在的问题，同时提高接触网硬点识别的精度，不受环境光等因素影响，具有较高的市场推广价值。
参阅附图4，图4为本发明实施例提供一种非接触式硬点检测系统的功能模块示意图，该系统适用于执行本发明实施例提供的非接触式硬点检测方法。该系统具体包括如下模块：
(1)图像采集模块，用于采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像。
所述图像采集模块具体用于：
根据反光标签的反光特性定位受电弓的羊角区域，所述反光标签贴设在所述羊角区域；通过高速面阵相机采集所述受电弓两端的所述羊角区域单位时间内的图像。
(2)加速度计算模块，用于对所述图像进行特征提取和图像处理，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值。
所述加速度计算模块具体用于：
对所述图像中反光标签的位置进行特征提取，将反光标签位置的图像进行格式转换并旋转，利用梯度微分计算，对灰度边缘进行抑制噪声、特征增强等图像处理，使图像边缘更加光滑清晰，再利用hog模型对硬点信息进行提取；通过对所述图像中反光标签的位置进行特征提取和图像处理后，图像边缘变得更加光滑清晰，系统能够更加容易辨识出每一帧图像中，反光标签边缘像素点出现的轻微抖动，便于计算出边缘像素点的位置变化；计算出上下两帧图像中反光标签位置像素点的位移偏移量，并通过二次求导，实时计算出所述受电弓的加速度值。
(3)硬点判断模块，用于根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点。
所述硬点判断模块具体用于：
将计算得到的所述加速度值与预设阈值进行对比，判断所述加速度值是否超过所述预设阈值；若是，则确定接触网上存在硬点；若不是，则确定接触网上不存在硬点。
所述系统还包括数据查询系统，具体用于：
在确定接触网上存在硬点的步骤之后，根据所述加速度值超过所述预设阈值的程度，系统自动将硬点检测数据通过4G无线网络传输到云端服务器；通过云端服务器查询硬点检测数据。
本发明实施例提供的一种非接触式硬点检测系统，能够解决现有非接触式硬点检测技术存在的问题，同时提高接触网硬点识别的精度，不受环境光等因素影响，具有较高的市场推广价值。
本发明技术方案使用原理，本申请一种非接触式弓网硬点检测方法和系统，采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像，对所述图像进行特征提取和图像处理，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值，根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点，解决基于图形检测的方案，虽然可以计算得到实时的受电弓垂向加速度数据，但无法准确的定性判断是否属于弓网硬点，存在漏判和误判的可能性的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种非接触式弓网硬点检测方法，其特征在于：包括：
S1：采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像；
S2：对所述图像进行特征提取和图像处理，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值；
S3：根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式弓网硬点检测方法，其特征在于：采集所述受电弓两端的所述羊角区域单位时间内的图像的步骤，包括；
S101：根据特质反光标签的反光特性定位受电弓的羊角区域，所述反光标签贴设在所述羊角区域；
S102：通过高速面阵相机采集所述受电弓两端的所述羊角区域单位时间内的图像。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式弓网硬点检测方法，其特征在于：对所述图像进行特征提取和图像处理，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量的二次求导，计算出加速度值的步骤，包括；
S201：对所述图像中反光标签的位置进行特征提取，将反光标签位置的图像进行格式转换并旋转，利用梯度微分计算，对灰度边缘进行抑制噪声、特征增强等图像处理，使图像边缘更加光滑清晰，再利用hog模型对硬点信息进行提取；
S202：通过对所述图像中反光标签的位置进行特征提取和图像处理后，图像边缘变得更加光滑清晰，系统能够更加容易辨识出每一帧图像中，反光标签边缘像素点出现的轻微抖动，便于计算出边缘像素点的位置变化；
S203：计算出上下两帧图像中反光标签位置像素点的位移偏移量，并通过二次求导，实时计算出所述受电弓的加速度值。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式弓网硬点检测方法和系统，其特征在于：所述根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点的步骤，包括：
S303：将计算得到的所述加速度值与预设阈值进行对比，判断所述加速度值是否超过所述预设阈值；
S302：若符合预设阙值范围，则确定接触网上存在硬点；
S303：若不在预设阙值范围内，则确定接触网上不存在硬点。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式弓网硬点检测方法，其特征在于：在确定接触网上存在硬点的步骤之后，所述方法还包括；
S401：根据所述加速度值超过所述预设阈值的程度，系统自动将硬点检测数据通过4G无线网络传输到云端服务器；
S402：通过云端服务器查询硬点检测数据。
6.一种非接触式弓网硬点检测系统，其特征在于：所述系统包括：图像采集模块、加速度计算模块以及硬点判断模块，图像采集模块将图像数据传输至加速度计算模块，得到计算结果，加速度计算模块将计算结果传输至硬点判断模块，得到硬点判断结果；
图像采集模块，用于采集受电弓的羊角区域单位时间内的图像；
加速度计算模块，用于对所述图像进行特征提取，并计算出所述受电弓的位移偏移量，进而通过所述位移偏移量二次求导，计算出加速度值；
硬点判断模块，用于根据计算得到的所述加速度值判断接触网上是否存在硬点。
7.根据权利要求6所述的一种非接触式弓网硬点检测系统，其特征在于：包括；
所述图像采集模块具体用于根据特质反光标签的反光特性定位受电弓的羊角区域，所述反光标签贴设在所述羊角区域，所述图像采集模块通过高速面阵相机采集所述受电弓两端的所述羊角区域单位时间内的图像。
8.根据权利要求6所述的一种非接触式弓网硬点检测系统，其特征在于：包括；
所述加速度计算模块具体用于对所述图像中反光标签的位置进行特征提取，将反光标签位置的图像进行格式转换并旋转，利用梯度微分计算，对灰度边缘进行抑制噪声、特征增强等图像处理，使图像边缘更加光滑清晰，再利用hog模型对硬点信息进行提取；
所述加速度计算模块通过对所述图像中反光标签的位置进行特征提取和图像处理后，图像边缘变得更加光滑清晰，系统能够更加容易辨识出每一帧图像中，反光标签边缘像素点出现的轻微抖动，便于计算出边缘像素点的位置变化；
所述加速度计算模块计算出上下两帧图像中反光标签位置像素点的位移偏移量，并通过二次求导，实时计算出所述受电弓的加速度值。
9.根据权利要求6所述的一种非接触式弓网硬点检测系统，其特征在于：包括；
所述硬点判断模块用于将计算得到的所述加速度值与预设阈值进行对比，判断所述加速度值是否超过所述预设阈值，若符合预设阙值范围，则确定接触网上存在硬点，若不在预设阙值范围内，则确定接触网上不存在硬点。
10.根据权利要求6所述的一种非接触式弓网硬点检测系统，其特征在于：还包括；
所述非接触式硬点检测系统中还包括数据查询系统，所述数据查询系统用于在确定接触网上存在硬点的步骤之后，根据所述加速度值超过所述预设阈值的程度，系统自动将硬点检测数据通过4G无线网络传输到云端服务器所述数据查询系统通过云端服务器查询硬点检测数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211456871.5A CN116380928A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种非接触式弓网硬点检测方法和系统 |
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| CN202211456871.5A CN116380928A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种非接触式弓网硬点检测方法和系统 |
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| CN116380928A true CN116380928A (zh) | 2023-07-04 |
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| CN202211456871.5A Pending CN116380928A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种非接触式弓网硬点检测方法和系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117309875A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-12-29 | 北京运达华开科技有限公司 | 一种非接触式弓网接触硬点检测装置和方法 |
-
2022
- 2022-11-21 CN CN202211456871.5A patent/CN116380928A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN117309875A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-12-29 | 北京运达华开科技有限公司 | 一种非接触式弓网接触硬点检测装置和方法 |
| CN117309875B (zh) * | 2023-09-20 | 2024-04-09 | 北京运达华开科技有限公司 | 一种非接触式弓网接触硬点检测装置和方法 |
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