CN204514361U - 一种弓网运行状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种弓网运行状态监测系统，该系统包括热源感应装置、三维信息采集模块和处理器，所述热源感应装置设置在列车顶部，用于采集受电弓和/或接触网的热源数据，所述三维信息采集模块设置于列车顶部，用于采集受电弓和/或接触网的三维图像数据，所述处理器用于接收所述热源数据和/或所述三维图像数据。通过所述热源数据和/或三维图像数据，能够确定所述弓网的运行状态，实现对弓网运行状态的监测。并且，由于本申请采用的装置为非接触式检测方式，不需要安装在受电弓上，不会增加受电弓的重量，不会破坏受电弓的动力学特征，和传统技术相比，本申请公开的弓网运行状态监测系统提高了受电弓的使用寿命。

Description

一种弓网运行状态监测系统

技术领域

本公开涉及轨道电气化技术领域，尤其涉及一种弓网运行状态监测系统。

背景技术

弓网是由受电弓和接触网组成的一种电力系统，其中，接触网是电气化铁道中的主要供电设备，通常安装在轨道上空，受电弓是用于从接触网取得电能的电气设备，通常安装在列车的车顶上。

随着铁路运输量的日益增加，列车运行速度的不断提高，为了保障列车的安全运行，亟需一种对弓网的运行状态进行监测的系统。在传统技术中，对弓网的运行状态进行监测时，采取的手段主要是在受电弓的弓头上安装传感器，通过所述传感器实现对弓网的运行状态的监测。

但是，发明人在本申请的研究过程中发现，传统技术中由于需要在受电弓的弓头上安装传感器，会导致受电弓弓头重量增加，破坏受电弓的动力学特征，影响受电弓的使用寿命。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种弓网运行状态监测系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

本实用新型提供一种弓网运行状态监测系统，包括：

用于采集受电弓和/或接触网的热源数据的热源感应装置，所述热源感应装置设置于列车顶部；

用于采集受电弓和/或接触网的三维图像数据的三维信息采集模块，所述三维信息采集模块设置于列车顶部，并朝向受电弓和/或接触网的待监测区域；及

用于接收所述热源数据和/或所述三维图像数据的处理器。

可选地，所述热源感应装置为热成像装置。

可选地，所述三维信息采集模块包括：

用于从不同位置采集包含同一所述待监测区域的二维图像数据的至少两个图像数据采集装置。

可选地，所述三维信息采集模块还包括：

用于产生结构光的结构光光源，所述结构光光源的出射光线形成照射区域，所述照射区域全部/部分覆盖所述待监测区域。

可选地，所述三维信息采集模块包括：

用于产生结构光的结构光光源，所述结构光光源的出射光线形成照射区域，所述照射区域投射在所述受电弓和/或接触网的待监测区域；及，

用于采集投射于所述待监测区域的结构光图像信息的面阵相机；

所述面阵相机的成像区域全部或部分覆盖所述待监测区域，并且所述面阵相机的光轴与所述结构光光源的光轴之间设有夹角。

可选地，所述三维信息采集模块还包括图像数据采集装置，所述图像数据采集装置的成像区域全部/部分覆盖所述受电弓和/或接触网的待监测区域。

可选地，所述图像数据采集装置为线阵相机、面阵相机、线阵摄像机及面阵摄像机中的至少一种。

可选地，所述三维信息采集模块还包括：

用于进行补光的补光光源，所述补光光源的照射区域全部/部分覆盖所述待监测区域。

可选地，所述热源感应装置朝向受电弓与接触网相接触的位置，在采集到所述热源数据后，所述热源感应装置将所述热源数据传输至处理器，以便所述处理器根据所述热源数据，获取受电弓与接触网连接处之间的燃弧次数和/或燃弧时间。

可选地，所述三维信息采集模块朝向受电弓和/或接触网的待监测区域，在采集到所述受电弓和/或接触网的三维图像数据后，所述三维信息采集模块将所述三维图像数据传输至处理器，以便所述处理器根据所述三维图像数据，获取所述接触网的拉出值和/或导高。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请公开一种弓网运行状态监测系统，该系统包括热源感应装置、三维信息采集模块和处理器，所述热源感应装置设置在列车顶部，用于采集受电弓和/或接触网的热源数据，所述三维信息采集模块设置于列车顶部，并朝向受电弓和/或接触网的待监测区域，用于采集受电弓和/或接触网的三维图像数据，所述处理器用于接收所述热源数据和/或所述三维图像数据。通过所述热源数据和/或三维图像数据，能够确定所述弓网的运行状态，实现对弓网运行状态的监测。并且，由于本申请采用的装置为非接触式检测方式，不需要安装在受电弓上，不会增加受电弓的重量，不会破坏受电弓的动力学特征，因此和传统技术相比，本申请公开的弓网运行状态监测系统提高了受电弓的使用寿命。

进一步的，本申请公开的弓网运行状态监测系统中，热源感应装置和三维信息采集模块对弓网的运行状态实时监测，能够大大增强受电弓和/或接触网的故障预警效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种弓网运行状态监测系统中，热源感应装置与列车的位置关系示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种弓网运行状态监测系统中三维信息采集模块的第一种结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种弓网运行状态监测系统中三维信息采集模块的第二种结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种弓网运行状态监测系统中三维信息采集模块的第三种结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种弓网运行状态监测系统中三维信息采集模块的第四种结构示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种弓网运行状态监测系统中三维信息采集模块的第五种结构示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种弓网运行状态监测系统中三维信息采集模块的第六种结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

为了解决传统技术中存在的，在对弓网的运行状态进行监测时，破坏受电弓的动力学特征，影响受电弓的使用寿命的问题，本申请公开了一种弓网运行状态监测系统。

所述弓网运行状态监测系统包括：热源感应装置、三维信息采集模块和处理器。

其中，所述热源感应装置用于采集受电弓和/或接触网的热源数据，所述热源感应装置设置于列车顶部；

所述三维信息采集模块用于采集受电弓和/或接触网的三维图像数据，所述三维信息采集模块设置于列车顶部，并朝向受电弓和/或接触网的待监测区域；

所述处理器用于接收所述热源数据和/或所述三维图像数据。

其中，所述处理器与所述热源感应装置之间，以及所述处理器与所述三维信息采集模块之间，可以通过有线或无线的形式实现连接。

其中，所述热源感应装置为热成像装置，并且能够以多种形式实现，例如所述热源感应装置可以为红外热像仪、紫外传感器或红外传感器等，本申请对此不做限定。

参见图1所示的热源感应装置与列车的位置关系示意图，该图中，包含有列车1的主体、热源感应装置2、受电弓3和接触网4。其中，所述热源感应装置2安装在所述列车1的顶部。其中，所述热源感应装置2通常与受电弓3相对。

另外，根据弓网运行状态的监测需求，所述热源感应装置和三维信息采集模块可以单独用于监测受电弓的运行状态，或单独用于监测接触网的运行状态，或同时监测所述受电弓和接触网的运行状态。

本申请公开的一种弓网运行状态监测系统，该系统包括热源感应装置、三维信息采集模块和处理器，所述热源感应装置设置在列车顶部，用于采集受电弓和/或接触网的热源数据，所述三维信息采集模块设置于列车顶部，并朝向受电弓和/或接触网的待监测区域，用于采集受电弓和/或接触网的三维图像数据，所述处理器用于接收所述热源数据和/或所述三维图像数据。通过所述热源数据和/或三维图像数据，能够确定所述弓网的运行状态，实现对弓网运行状态的监测。并且，由于本申请采用的装置为非接触式检测方式，不需要安装在受电弓上，不会增加受电弓的重量，不会破坏受电弓的动力学特征，因此和传统技术相比，本申请公开的弓网运行状态监测系统提高了受电弓的使用寿命。

进一步的，本申请公开的弓网运行状态监测系统中，热源感应装置和三维信息采集模块对弓网的运行状态实时监测，能够大大增强受电弓和/或接触网的故障预警效果。

另外，本申请公开的弓网运行状态监测系统中，包含有三维信息采集模块，所述三维信息采集模块能够以多种形式实现。

在其中一种实现形式中，本申请公开的弓网运行状态监测系统中，所述三维信息采集模块包括：

用于从不同位置采集包含同一所述待监测区域的二维图像数据的至少两个图像数据采集装置。

通过所述至少两个图像数据采集装置，能够从不同位置采集包含同一待监测区域的二维图像数据。优选实施例中，所述至少两个图像数据采集装置的焦距相同，其光轴可以平行，或者也可以设置有一定的夹角。但无论哪种方式，各个图像数据采集装置在照射于车辆上的成像区域全部或部分重合，其中，各个图像数据采集装置的成像区域重合后的区域覆盖待监测区域。

参见图2所示的一种三维信息采集模块的结构示意图，该图中，所述三维信息采集模块包括两个光轴方向相互平行的图像数据采集装置11、12，其中，这两个图像数据采集装置11、12位于同一平面，且焦距相等，图2中的阴影区域为所述两个图像数据采集装置拍摄区域的相交位置，并且所述待监测区域100设置于所述阴影区域中。

另外，图3和图4分别公开了三维信息采集模块的另外两种结构，这两种结构中，包括两个光轴方向呈夹角的图像数据采集装置11、12，并且阴影区域中包含待监测区域。图3和图4所示的三维信息采集模块能够适用于不同的监测情况：图3所示的结构适用于监测范围的发散角度大，待监测区域的景深较短的情况；图4所示的结构适用于监测范围相对集中，待监测区域的景深较长的情况。

若所述三维图像采集模块中包含有两个以上的图像数据采集装置，热源感应装置可以设置在所述图像数据采集装置之间，或者，也可以设置在所述图像数据采集装置的外侧。通常为了降低调试难度，提高监测的精度，选择将所述热源感应装置安装在所述图像数据采集装置之间。

其中，所述图像数据采集装置为线阵相机、面阵相机、线阵摄像机及面阵摄像机中的至少一种。在实际监测的过程中，依据列车的运行速度及图像监测的精准度标准，可以适时的选择面阵相机、线阵相机、线阵摄像机或面阵摄像机。

此外，为了提高三维信息的监测精度，优选实施例中，本申请公开的三维信息采集模块除了包括至少两个图像数据采集装置外，还包括结构光光源，所述结构光光源用于产生结构光，可以用来对受电弓和/或接触网的几何参数进行精确标定，所述结构光光源的出射光线形成照射区域，所述照射区域全部/部分覆盖所述待监测区域。

参见图5，图5中的结构光光光源为13，当结构光光源13的出射光线形成的区域覆盖待监测区域时，图像数据采集装置11、12同步实时采集结构光位于待监测区域的二维图像信息，并经过图像数据采集装置11、12获取到的二维图像信息，得到待监测区域的三维图像信息。

结构光光源13可以位于两个图像数据采集装置11、12之间，也可以位于图像数据采集装置11或12所在一侧的外侧边。本实施例中，为了提高三维信息采集模块的监测精度及简化图像信息的数据处理过程，两个图像数据采集装置11、12以结构光中心轴线为中心对称设置，且两个图像数据采集装置的光轴11、12与结构光光源13的光轴之间共面。

其中，所述结构光光源为线光源、点阵光源、线阵光源及网格光源中至少一种本领域技术人员所公知的能够进行尺寸标定的光源。本实施方式中，为了便于三维信息采集模块安装调试时的参数标定，结构光光源优选为阵列光源，例如，点阵光源、线阵光源及网格光源等，此外，还可以通过减小阵列间距，以提高参数标定及监测的精准度。

另外，为了提高图像数据采集装置采集到的二维图像的清晰度，在本申请公开的弓网运行状态监测系统中，所述三维信息采集模块还包括：补光光源，所述补光光源用于进行补光，所述补光光源的照射区域全部/部分覆盖所述待监测区域。例如，在所述图像数据采集装置采集所述二维图像数据时，所述补光光源可进行补光。

所述补光光源和结构光光源的波长可以相同，但是，为了避免两者之间的图像干涉，结构光光源和补光光源优选为不同波长。所述结构光光源为一种线光源，该线光源可以为400～1000nm的激光光源，补光光源可以为400～1000nm的激光光源。或者，补光光源不再是线光源，而是可以为一个漫射的光源，例如：常见的照明灯等。

在另外一种实现形式中，参见图6所示的结构示意图，所述三维信息采集模块包括：结构光光源14和面阵相机15。

其中，所述结构光光源14用于产生结构光，所述结构光光源的出射光线形成照射区域，所述照射区域投射在所述受电弓和/或接触网的待监测区域；

所述面阵相机15用于采集投射于所述待监测区域的结构光图像信息；

所述面阵相机15的成像区域全部或部分覆盖所述待监测区域，并且所述面阵相机15的光轴与所述结构光光源14的光轴之间设有夹角。

若所述三维信息采集模块包含结构光光源14和面阵相机15，所述结构光光源14照射的结构光投射于待监测区域，所述面阵相机15可以从侧面获取结构光位于所述待监测区域的结构光图像信息。

另外，参见图7，所述三维信息采集模块除了包括结构光光源14和面阵相机15以外，还可以包括：图像数据采集装置16，其中，所述图像数据采集装置16的成像区域全部/部分覆盖所述受电弓和/或接触网的待监测区域，用于采集待监测区域的图像信息。所述图像数据采集装置16为线阵相机、面阵相机、线阵摄像机及面阵摄像机中的至少一种，依据图像监测的精准度标准，可以适时的选择面阵相机、线阵相机、面阵摄像机或线阵摄像机。

其中，所述结构光光源为线光源、点阵光源、线阵光源及网格光源中至少一种本领域技术人员所公知的能够进行尺寸标定的光源。本实施方式中，为了便于三维信息采集模块安装调试时的参数标定，结构光光源优选为阵列光源，例如，点阵光源、线阵光源及网格光源等，此外，还可以通过减小阵列间距，以提高参数标定及监测的精准度。

另外，为了提高图像数据采集装置采集到的二维图像的清晰度，在本申请公开的弓网运行状态监测系统中，所述三维信息采集模块还包括：补光光源，所述补光光源用于进行补光，所述补光光源的照射区域全部/部分覆盖所述待监测区域。例如，所述补光光源可以在所述面阵相机采集投射于所述待监测区域的结构光图像信息，和/或在所述图像数据采集装置采集所述二维图像数据时进行补光。

所述补光光源和结构光光源的波长可以相同，但是，为了避免两者之间的图像干涉，结构光光源和补光光源优选为不同波长。例如，所述结构光光源为一种线光源，该线光源可以为400～1000nm的激光光源，补光光源可以为400～1000nm的激光光源。或者，补光光源不再是线光源，而是可以为一个漫射的光源，例如：常见的照明灯等。

进一步的，在申请公开的弓网运行状态监测系统中，所述热源感应装置朝向受电弓与接触网相接触的位置，在采集到所述热源数据后，所述热源感应装置将所述热源数据传输至处理器，以便所述处理器根据所述热源数据，获取受电弓与接触网连接处之间的燃弧次数和/或燃弧时间。

其中，所述热源数据可以为热像图。处理器在根据接收到的热源数据，获取受电弓与接触网连接处之间的燃弧次数和/或燃弧时间时，首先采用图像定位算法，对热像图进行定位，定位受电弓与接触网的连接位置，然后分析采集到的各张热像图，通过定位的位置中曝光点的多少判断是否发生燃弧故障，若发生燃弧故障，再通过热像图获取燃弧次数和/或燃弧时间。

进一步的，所述三维信息采集模块朝向受电弓和/或接触网的待监测区域，在采集到所述受电弓和/或接触网的三维图像数据后，所述三维信息采集模块将所述三维图像数据传输至处理器，以便所述处理器根据所述三维图像数据，获取所述接触网的拉出值和/或导高。

其中，拉出值指的是接触线到受电弓中心的距离；导高指的是接触线距离列车运行轨道的平面的垂直距离。

所述处理器在接收到所述三维图像数据后，对所述三维图像数据进行图像处理，能够获取拉出值和/或导高，例如，所述处理器可根据所述三维图像数据，制作受电弓模型，根据受电弓模型进行匹配计算，计算得出拉出值和/或导高。

进一步的，在本申请公开的弓网运行状态监测系统中，通常设置所述热源感应装置距离所述受电弓和接触网相接触的位置之间的水平距离为500mm-10000mm；所述热源感应装置的拍摄方向与水平面的夹角为9°-76.5°。

在优选的实施例中，将所述热源感应装置安装在距离所述受电弓位置500mm至10000mm左右的位置，并且，所述热源感应装置的拍摄方向与水平面的夹角为9°至76.5°左右，从而能够使受电弓完整的呈现在所述热源感应装置的视场范围内，且所述受电弓在视场内呈现的图像效果较好。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种弓网运行状态监测系统，其特征在于，包括：

用于采集受电弓和/或接触网的热源数据的热源感应装置，所述热源感应装置设置于列车顶部；

用于采集受电弓和/或接触网的三维图像数据的三维信息采集模块，所述三维信息采集模块设置于列车顶部，并朝向受电弓和/或接触网的待监测区域；及

用于接收所述热源数据和/或所述三维图像数据的处理器。

2.根据权利要求1所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，所述热源感应装置为热成像装置。

3.根据权利要求1所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块包括：

用于从不同位置采集包含同一所述待监测区域的二维图像数据的至少两个图像数据采集装置。

4.根据权利要求3所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块还包括：

用于产生结构光的结构光光源，所述结构光光源的出射光线形成照射区域，所述照射区域全部/部分覆盖所述待监测区域。

5.根据权利要求1所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块包括：

用于产生结构光的结构光光源，所述结构光光源的出射光线形成照射区域，所述照射区域投射在所述受电弓和/或接触网的待监测区域；及，

用于采集投射于所述待监测区域的结构光图像信息的面阵相机；

所述面阵相机的成像区域全部或部分覆盖所述待监测区域，并且所述面阵相机的光轴与所述结构光光源的光轴之间设有夹角。

6.根据权利要求5所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块还包括图像数据采集装置，所述图像数据采集装置的成像区域全部/部分覆盖所述受电弓和/或接触网的待监测区域。

7.根据权利要求3或6所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，所述图像数据采集装置为线阵相机、面阵相机、线阵摄像机及面阵摄像机中的至少一种。

8.根据权利要求3至6中任一项所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块还包括：

用于进行补光的补光光源，所述补光光源的照射区域全部/部分覆盖所述待监测区域。

9.根据权利要求1所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，

所述热源感应装置朝向受电弓与接触网相接触的位置，在采集到所述热源数据后，所述热源感应装置将所述热源数据传输至处理器，以便所述处理器根据所述热源数据，获取受电弓与接触网连接处之间的燃弧次数和/或燃弧时间。

10.根据权利要求1所述的弓网运行状态监测系统，其特征在于，

所述三维信息采集模块朝向受电弓和/或接触网的待监测区域，在采集到所述受电弓和/或接触网的三维图像数据后，所述三维信息采集模块将所述三维图像数据传输至处理器，以便所述处理器根据所述三维图像数据，获取所述接触网的拉出值和/或导高。