CN202720282U

CN202720282U - 一种机车受电弓状态无线监测系统

Info

Publication number: CN202720282U
Application number: CN 201220193862
Authority: CN
Inventors: 李涛; 童翔; 喻会永; 吴禹希; 汪焰恩
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-05-03

Abstract

本实用新型公开了一种基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统，触发单元在检测到机车和机车受电弓到达最佳触发拍摄点时，触发拍摄单元和补光单元同时工作，拍摄到的受电弓图像和机车标识图像传输到中心处理单元，进行处理和计算，如果受电弓状态正常，则储存该受电弓图片，如果受电弓出现故障，则向故障报警单元发出报警命令，同时把受电弓图像和对应的机车标识图像通过无线通信单元远程传回监控中心的图像储存单元，最终在信息展示单元得以展示。本实用新型可以及时、准确发出故障报警，大幅度的减小的无线传输的图像数据量，解决了当前无线网络传输带宽不足、实时性差的问题，进一步缩短了故障处理的时间。

Description

一种机车受电弓状态无线监测系统

技术领域

本发明涉及一种无线智能监测系统，尤其涉及一种机车受电弓状态无线监测系统。

背景技术

机车受电弓是电力机车从接触网上受取电流的装置，其滑板条与接触网导线直接接触，从接触网导线上受取电流，供机车使用。受电弓的好坏，直接关系到电气化铁路的安全、可靠运行，其故障甚至可能造成运输中断，那么对机车受电弓的检测就显得格外的重要。

传统的检测方法是人工检测，也即待机车进站停车，降下受电弓并断电后，工作人员登上车顶，用测量工具对受电弓的各种参数进行检测，通过对受电弓参数的分析，判断运行区段接触网的工作状态以及受电弓是否符合安全标准要求。这种人工检测方法仍是当前比较常用的手段之一，但此方法效率低、工作量大、不能检测运行中的受电弓。目前，车载式的受电弓监测装置都是安装在所在机车上，仅限于监测本机车受电弓的情况，由于机车数量众多，广泛推广应用定会大大增加成本；而远程无线的定点监测系统是通过把受电弓的情况进行拍照和录像，然后把数据远程传输回来，相关的技术人员通过观测图片和录像对受电弓的情况进行判断，为人员经验判断，容易出现误判。如果能够对受电弓进行准确的监测，将会极大程度地减少受电弓故障发生的概率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统，可以实现对所有过往机车受电弓的检测，实现对故障的有效准确监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括电源单元、触发单元、拍摄单元、补光单元、中心处理单元、故障报警单元、无线通信单元、图像储存单元和信息展示单元。其中，电源单元、触发单元、拍摄单元、补光单元、中心处理单元、无线通信单元都属于前端设备，安装在接触网设定的监测点上，图像存储单元和信息展示单元属于监控中心设备。

所述的触发单元在检测到机车和机车受电弓到达最佳触发拍摄点时，触发拍摄单元和补光单元同时工作，拍摄单元拍摄受电弓图像和机车标识图像，同时补光单元为拍摄单元提供光照补偿；拍摄单元拍摄到的受电弓图像和机车标识图像传输到中心处理单元，进行处理和计算，如果计算结果表明受电弓状态正常，则储存该受电弓图片，如果计算结果表明受电弓出现故障，则向故障报警单元发出报警命令，同时把出现故障的受电弓图像和对应的机车标识图像通过无线通信单元远程传回监控中心的图像储存单元，出现故障的受电弓图像、对应的机车标识图像和故障信息最终在信息展示单元得以展示。所述的电源单元同时为拍摄单元、触发单元、补光单元和中心处理单元供电。

本发明的有益效果是：通过采用该无线监测系统实现对受电弓的实时监测。通过图像处理单元（中心处理单元）的前置，实现机车受电弓图片的现场处理，识别受电弓的故障图像，可以及时、准确发出故障报警，有利于受电弓和接触网的及时抢修；在非故障图像进行现场储存的同时，把故障图像通过无线网络传回监控中心，用于故障处理的决策和受电弓故障的历史记录；另外，该方案大幅度的减小的无线传输的图像数据量，解决了当前无线网络传输带宽不足、实时性差的问题，进一步缩短了故障处理的时间。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为摄像机成像原理图；

图2为本发明的基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统的原理图；

图3为发明的基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统的设备原理图；

图4为发明的基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统的设备安装布置图。

具体实施方式

基于图像处理的机车受电弓无线监测系统是一种基于杆塔的定点监测系统，它可以实现对所有过往机车受电弓的检测。通过精确的触发装置对拍摄装置和补光装置进行触发，而拍摄装置包括受电弓拍摄子单元和机车拍摄子单元，其中受电弓拍摄子单元对过往机车受电弓的进行拍照，把所拍图片进行图像处理，然后进行判断是否出现故障，对有故障的情况进行报警提示；同时机车拍摄子单元对过往机车标识进行拍摄，把有受电弓有故障的机车标识输送回监控中心，以方便相关人员对该机车进行故障维修，实现对故障的有效准确监测。

本发明可以通过以下的技术方案来实现：一种基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统，其特点在于：它包括电源单元、触发单元、拍摄单元、补光单元、中心处理单元、故障报警单元、无线通信单元、图像储存单元、信息展示单元。其中，电源单元、触发单元、拍摄单元、补光单元、中心处理单元、无线通信单元都属于前端设备，图像存储单元和信息展示单元属于监控中心设备。

所述的电源单元同时与拍摄单元、触发单元、补光单元、中心处理单元相连；所述的触发单元分别与拍摄单元和补光单元连接；所述的拍摄单元与中心处理单元连接；中心处理单元分别与故障报警单元和无线通信单元相连。所述前端设备和所述监控中心设备通过无线网络连接。

系统构成如图2，系统原理如下：

电源单元10分别以电源导线的形式给拍摄单元11、触发单元12、补光单元13和中心处理单元14持续供电。触发单元12在检测到机车和机车受电弓到达最佳触发拍摄点时，通过有线的方式给拍摄单元11和补光单元13触发信号，使拍摄单元11和补光单元13同时开启工作；其中拍摄单元包括受电弓拍摄子单元111（采用受电弓拍摄子单元）和机车拍摄子单元112（采用机车拍摄子单元），分别用以拍摄受电弓图像和机车标识图像；同时补光单元13为拍摄单元11拍摄提供光照补偿。拍摄单元11拍摄到的图像数据通过数据线传输到中心处理单元14，中心处理单元14对图像数据进行处理和运算；如果计算结果表明受电弓状态正常，则储存该受电弓图片，如果计算结果表明受电弓出现故障，则向故障报警单元15发出报警命令，同时把有故障的受电弓图像和对应的机车标识图像传输给无线通信单元16。无线通信单元把图像数据通过3G网络远程传回监控中心的图像储存单元17，图像信息和故障信息最终在信息展示单元18得以展示。

通过采用该无线监测系统实现对受电弓的实时监测。通过图像处理单元（中心处理单元）的前置，实现机车受电弓图片的现场处理，识别受电弓的故障图像，可以及时、准确发出故障报警，有利于受电弓和接触网的及时抢修；在非故障图像进行现场储存的同时，把故障图像通过无线网络传回监控中心，用于故障处理的决策和受电弓故障的历史记录；另外，该方案大幅度的减小的无线传输的图像数据量，解决了当前无线网络传输带宽不足、实时性差的问题，进一步缩短了故障处理的时间。

图2为本发明的基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统的设备原理图。

如图3所示，由于机车在大多数的时候运行在远离人群和城镇的地方，所以系统采用太用能板发电的形式给系统设备供电（如果在允许的范围内有民用电网的接入点，则可以直接接入民用电网给系统供电）。供电单元10由太阳能板101、蓄电池102、电源控制器103组成，太阳能板101和蓄电池102分别通过电源线与电源控制器103的充电端子和蓄电端子相连，受电弓拍摄子单元111、机车拍摄子单元112、激光测距触发器12、窄脉冲闪光灯13和PC104嵌入式系统14都挂接在电源控制器的负载端以得到供电。

拍摄单元由一台受电弓拍摄子单元111和一台机车拍摄子单元112组成。其中受电弓拍摄子单元变焦拍摄难度大，本系统的受电弓拍摄子单元111采用定焦距摄像机，确定机车受电弓的棱廓尺寸和图像视场，在选定摄像机的分辨率后，计算出摄像机拍摄受电弓的最佳距离（本实例中最佳距离为10m）。机车拍摄子单元112主要是用来拍摄机车前面的标识牌，用来惟一标识该机车，使拍摄的机车受电弓图像和机车图像一一对应。

触发单元主要是指激光测距触发器12，。通过实验测试受电弓拍摄子单元111的触发响应延时时间为t1（s）和激光测距触发器的响应延时为t2（s），计算出机车在（t1+t2）（s）的延时时间里行驶的距离，该实例中机车的运行速度为180kg/h(50m/s)，所以机车在该延时时间里行驶了50×（t1+t2）（m）。所以，给激光测距触发值为10m+50×（t1+t2）（m），即在火车行驶到离激光测距触发器（10m+50×（t1+t2））m的位置时发出触发命令，使受电弓拍摄子单元111、机车拍摄子单元112和窄脉冲闪光灯13同时开启工作。

受电弓拍摄子单元111拍摄的受电弓图像和机车拍摄子单元112拍摄的机车标识牌图像通过数据线的方式传输到PC104嵌入式系统14中，将受电弓图像和机车标识牌图像进行绑定。以既有的受电弓标准图像为依据，对的受电弓图像的处理和运算实现滑板丢失、滑板裂纹、受电弓弓角丢失等故障进行判断和识别。如果计算机判断受电弓状态正常，则把该受电弓图像和相应的机车标识图像存储在PC104嵌入式系统14的内置的大容量硬盘中；如果计算机判断受电弓有故障，则把该受电弓图像和相应的机车标识图像通过有线的方式传输给3G无线传输设备，同时向GSM-SM Modem 25发出命令，由GSM-SM Modem 25发出短信方式的故障报警。

无线通信单元主要指3G无线传输设备，它接收到来自PC04嵌入式系统的故障受电弓图像和相应的机车标识图像，通过3G网络远程传输回监控中心，拥有静态IP 的PC服务器17运行的服务程序接收到传回的图像并存储，在显示器18上得显示故障信息，用以进一步故障处理决策。

图4为发明的基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统的设备安装布置图，如图3所示设备具体的安装布置如下：

现场太阳能板101安装在柜子上的板槽上，太阳能板101与电源控制器103有连接，为蓄电池充电；蓄电池102放置在柜子内部，它与电源控制器103连接，提供电源；电源控制板103分别于太阳能板101、蓄电池102、受电弓拍摄子单元111、机车拍摄子单元112、激光测距触发器12以及窄脉冲闪光灯13有连接，它在太阳能板101和蓄电池102之间保持充放电的平衡和输出电压的稳定，并把电流提供给受电弓拍摄子单元111、机车拍摄子单元112、激光测距触发器12和窄脉冲闪光灯13；激光测距触发器12安装在支柱横梁上，通过测算机车的速度与距离，运算出触发的最佳时机，然后去触发窄脉冲闪光灯13和受电弓拍摄子单元111、机车拍摄子单元112；窄脉冲闪关灯13、受电弓拍摄子单元111和机车拍摄子单元112都安装在支柱横梁上，其中窄脉冲闪关灯13接收到触发信号后曝光，为摄像机11补光，同时摄像机11也接收到触发信号进行拍摄，其中受电弓拍摄子单元111拍摄高速行驶下的机车受电弓，机车拍摄子单元112拍摄机车的标识图像；PC104嵌入式系统14安装在柜子的内部，它与摄像机11连接，把摄像机11所拍摄的图片进行存储，并把受电弓拍摄子单元111拍摄的图片与存储的模板进行对比，判定是否有故障的发生；GSM-SM Modem(短信猫)15安装在柜子里面，它与PC104嵌入式系统14连接，当有故障发生时，它通过发出短信提示相关人员来报警；无线传输设备安装在柜子内部，当判定故障发生后，PC104嵌入式系统14把机车受电弓故障的图片和对应的机车标识图片通过3G无线传输设备输送给监控中心的PC服务器17上；PC服务器17和显示器18安装在监控中心，PC服务器17和显示器18有连接，PC服务器17把故障的机车受电弓图片和机车标识图片在显示器18上显示出来，供相关人员进行查看，进行及时有效的检修。

Claims

1.一种机车受电弓状态无线监测系统，包括电源单元、触发单元、拍摄单元、补光单元、中心处理单元、故障报警单元、无线通信单元、图像储存单元和信息展示单元，其特征在于：所述的触发单元在检测到机车和机车受电弓到达最佳触发拍摄点时，触发拍摄单元和补光单元同时工作，拍摄单元拍摄受电弓图像和机车标识图像，同时补光单元为拍摄单元提供光照补偿；拍摄单元拍摄到的受电弓图像和机车标识图像传输到中心处理单元，进行处理和计算，向故障报警单元发出报警命令，同时把出现故障的受电弓图像和对应的机车标识图像通过无线通信单元远程传回监控中心的图像储存单元，出现故障的受电弓图像、对应的机车标识图像和故障信息最终在信息展示单元得以展示；所述的电源单元同时为拍摄单元、触发单元、补光单元和中心处理单元供电。