KR20190004173A - Apparatus and method for monitoring of pantograph in electric railway - Google Patents

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Abstract

Provided are an apparatus and a method for monitoring a pantograph of an electric railway vehicle. According to the present invention, a pantograph image obtained by capturing a pantograph is collected, and is compared to a preset pantograph template image to detect a pantograph object for each image frame, and a tilt angle and displacement of a current collecting plate is measured from the detected pantograph objects to detect preset vibration characteristics. Also, the detected vibration characteristics are classified through a classifier which machine-learns the detected vibration characteristics of the pantograph image, and vibration characteristics are classified through the classifier which machine-learns the vibration characteristics of the pantograph image detected before identifying normal and abnormal states of a pantograph, thereby identifying the normal and abnormal states of the pantograph. Also, a pantograph search area of a next image frame is set based on a pantograph object detection result of a previous image frame when the pantograph object is detected.

Description

전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING OF PANTOGRAPH IN ELECTRIC RAILWAY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an apparatus and method for monitoring a pantograph of an electric railway vehicle,

본 발명은 이미지 프로세싱을 통해 전기철도차량의 팬터그래프 진동 상태를 모니터링하는 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for monitoring the pantograph vibration condition of an electric railway vehicle through image processing.

팬터그래프는 전기에너지를 공급하는 전차선과 접촉하여 전기철도차량에 전기에너지를 공급한다. 이러한 팬터그래프는 운행 중에 전차선과 기계적으로 접촉되므로 마모 및 진동이 발생되며, 비접촉시에는 전기에너지가 방전되는 아크 현상이 발생된다.The pantograph is in contact with the electric wire supplying electric energy to supply electric energy to the electric railway vehicle. Such a pantograph is mechanically contacted with a catenary during operation, causing abrasion and vibration, and in the non-contact state, an arc phenomenon occurs in which electric energy is discharged.

이처럼, 전기철도차량의 과속도, 선로 이상 및 아크 발생 등 다양한 원인에 의해 팬터그래프 이상 진동이 발생되며, 이러한 팬터그래프 이상 진동은 전차선에 피로를 주게 되어 전차선로 및 관련 부품의 손상을 유발시킨다.As described above, abnormal pantograph vibration occurs due to various causes such as overspeed of an electric railway vehicle, line abnormality, arc generation, etc. Such pantograph abnormal vibration gives fatigue to a catenary line, causing damage to a catenary line and related parts.

이러한 이상 진동을 감지하는 방법으로, 종래에는 가속도계 등 진동을 감시하는 센서를 팬터그래프에 부착한 상태에서 팬터그래프를 절연한 후 센서를 통해 팬터그래프의 진동을 검측하는 방법이 있다. 그러나, 팬터그래프는 전기에너지를 차량에 전달하게 되므로 항시 고전압, 고전류가 통전되고 있어 진동 감지를 위한 센서 부착에 어려움이 있다.As a method of detecting abnormal vibration, there is a method of inspecting the vibration of the pantograph through a sensor after inserting the pantograph in a state where a sensor for monitoring vibration such as an accelerometer is attached to the pantograph. However, since the pantograph transmits electric energy to the vehicle, high voltage and high current are always supplied, which makes it difficult to attach a sensor for vibration detection.

또한, 팬터그래프와 전차선의 접촉 지점을 모니터링하는 방법으로 비디오를 팬터그래프와 전차선의 접촉 지점을 모니터링할 수 있도록 차량 상부에 설치하여 이를 육안으로 확인하는 방법이 있다. 그러나, 육안으로 판별하기 때문에 정확도 및 정량적인 값을 도출하는데 어려움이 있다. In addition, there is a method of monitoring the point of contact between the pantograph and the catenary by installing the video on the upper part of the vehicle so that the contact point between the pantograph and the catenary line can be monitored and visually confirming the contact point. However, since it is discriminated by the naked eye, it is difficult to derive the accuracy and the quantitative value.

한편, 이러한 팬터그래프 모니터링 기술과 관련하여, 한국등록특허 제1058179 호 (발명의 명칭: 팬터그래프 결함 감시 시스템)는 카메라에서 획득된 이미지의 잡음을 제거한 팬터그래프의 현재이미지를 기준이미지와 비교하여 결함여부를 판정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 일본등록특허 제5534058 호 (발명의 명칭: 마모 측정 장치 및 그 방법)는 팬터그래프의 경사각도를 고려해 전차선의 마모 측정치를 얻을 수 있는 마모 측정 장치 및 그 방법이 개시되어 있다.Korean Patent No. 1058179 (entitled " Pantograph defect monitoring system ") discloses a method of comparing a current image of a pantograph, which has been obtained by removing noise of an image obtained from a camera, with a reference image to determine whether or not the defect is defective. And the like. Japanese Patent No. 5534058 (entitled " abrasion measuring apparatus and method thereof ") discloses an abrasion measuring apparatus and a method thereof that can obtain abrasion measurement values of a cadet line in consideration of the inclination angle of a pantograph.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 이전 이미지 프로세싱 결과를 이용하여 전기철도차량의 팬터그래프 진동 특성 검측의 속도가 향상된 팬터그래프 모니터링 장치 및 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to provide a pantograph monitoring apparatus and a method for monitoring the pantograph vibration characteristics of an electric railway vehicle using the results of previous image processing.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.It is to be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may be present.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치는, 팬터그래프를 촬영한 팬터그래프 영상을 수신하는 통신모듈, 팬터그래프 모니터링 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 팬터그래프 모니터링 프로그램의 실행에 따라, 입력된 상기 팬터그래프 영상을 기설정된 팬터그래프 템플릿 영상과 비교하여 영상 프레임 별로 팬터그래프 객체를 검출하고, 상기 검출된 팬터그래프 객체들로부터 집전판의 경사 각도 및 변위를 측정하여 기설정된 진동 특성들을 검출하며, 이전에 검출된 팬터그래프 영상의 진동 특성들을 기계학습한 분류기를 통해 상기 검출된 진동 특성을 분류하여 팬터그래프의 정상 상태 및 비정상 상태를 식별한다. 이때, 프로세서는 팬터그래프 객체 검출 시, 이전 영상 프레임의 팬터그래프 객체 검출 결과에 기초하여 다음 영상 프레임의 팬터그래프 탐색 영역을 설정한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for monitoring an electric railway vehicle pantograph, including: a communication module for receiving a pantograph image of a pantograph; a memory for storing a pantograph monitoring program; And a processor for executing a program stored in the memory, wherein the processor compares the input pantograph image with a preset pantograph template image according to the execution of the pantograph monitoring program to detect a pantograph object for each image frame, Detecting the predetermined vibration characteristics by measuring inclination angles and displacements of the current collecting plate from the detected pantograph objects, classifying the detected vibration characteristics through a classifier that has previously learned the vibration characteristics of the pantograph image detected, Identify steady state and abnormal state. At this time, when the pantograph object is detected, the processor sets the pantograph search area of the next image frame based on the pantograph object detection result of the previous image frame.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 방법은, 팬터그래프를 촬영한 팬터그래프 영상을 수집하는 단계; 상기 팬터그래프 영상을 기설정된 팬터그래프 템플릿 영상과 비교하여 영상 프레임 별로 팬터그래프 객체를 검출하는 단계; 상기 검출된 팬터그래프 객체들로부터 집전판의 경사 각도 및 변위를 측정하여 기설정된 진동 특성들을 검출하는 단계; 및 이전에 검출된 팬터그래프 영상의 진동 특성들을 기계학습한 분류기를 통해 상기 검출된 진동 특성을 분류하여 팬터그래프의 정상 상태 및 비정상 상태를 식별이전에 검출된 팬터그래프 영상의 진동 특성들을 기계학습한 분류기를 통해 상기 검출된 진동 특성들을 분류하여 팬터그래프의 정상 상태 및 비정상 상태를 식별하는 단계를 포함한다. 상기 팬터그래프 객체 검출 시, 이전 영상 프레임의 팬터그래프 객체 검출 결과에 기초하여 다음 영상 프레임의 팬터그래프 탐색 영역을 설정한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of monitoring an electric railway vehicle pantograph, the method comprising: collecting a pantograph image of a pantograph; Comparing the pantograph image with a predetermined pantograph template image to detect a pantograph object for each image frame; Detecting predetermined vibration characteristics by measuring a tilt angle and a displacement of the current collecting plate from the detected pantograph objects; And a classifier that classifies the detected vibration characteristics through a classifier that has previously learned vibration characteristics of the pantograph image, and classifies the vibration characteristics of the pantograph image detected before identifying the steady state and the abnormal state of the pantograph And classifying the detected vibration characteristics to identify the steady state and the abnormal state of the pantograph. Upon detection of the pantograph object, a pantograph search area of the next image frame is set based on the pantograph object detection result of the previous image frame.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 이미지 프로세싱을 통해 전기철도차량의 팬터그래프 상태(즉, 진동 특성)을 검출하여 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 특히 팬터그래프 영상 추출 시 컴퓨팅 리소스를 최소화하여 연산 성능을 높일 수 있어 실시간 모니터링의 정확도를 높일 수 있다.According to any one of the above-mentioned objects of the present invention, the pantograph state (i.e., vibration characteristic) of the electric railway vehicle can be detected and continuously monitored through image processing. In particular, when the pantograph image is extracted, It is possible to improve the accuracy of real-time monitoring by improving the calculation performance.

또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 실시간으로 검출된 팬터그래프 영상에 대해 주파수 특성에 기초한 기계학습을 처리함으로써, 팬터그래프의 정상 상황과 비정상 상황을 자동으로 분류할 수 있으며, 비성상 상황 발생 시 집전판 이상, 선로 이상 또는 전차선 장력 변화에 의한 이상 등의 상태를 정확하고 신속하게 확인할 수 있다.Further, according to any one of the tasks of the present invention, it is possible to automatically classify the normal state and the abnormal state of the pantograph by processing the machine learning based on the frequency characteristic of the pantograph image detected in real time, It is possible to accurately and quickly check the condition such as the current plate abnormality, the line abnormality, or the abnormality due to the change in the tension of the line of the electric line.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 영역 축소를 통한 템플릿 매칭 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 객체 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 진동 특성 검출 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프에서 수평선과 집전판의 사이의 각도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각도에 기초하여 팬터그래프의 진동 주기를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프의 진동 강도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프의 좌측 및 우측 변위를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프의 좌측 및 우측 변위의 평균값에 기초하여 진동 주파수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉면의 진동 부석을 위한 비정상 상황 인식 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 적용되는 SVM 마진의 크기에 따른 최적의 초평면을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a configuration diagram of an electric railway vehicle pantograph monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a template matching process by reducing a search area according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a diagram for explaining a pantograph object detection process according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram for explaining a pantograph vibration characteristic detection process according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a method of measuring an angle between a horizontal line and a current collecting plate in a pantograph according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a method of calculating a vibration period of a pantograph based on an angle according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 7 and 8 are views for explaining a method of calculating the vibration strength of a pantograph according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a method of measuring left and right displacements of a pantograph according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a method of calculating a vibration frequency based on an average value of left and right displacements of a pantograph according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining an abnormal situation recognition method for a vibrating circle of a pantograph contact surface according to an embodiment of the present invention.
12 is an exemplary view for explaining an optimal hyperplane according to the magnitude of SVM margin applied to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart illustrating a pantograph monitoring method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "including" an element, it is to be understood that the element may include other elements as well as other elements, And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an electric railway vehicle pantograph monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1 에서와 같이, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치(10)는, 통신모듈(100), 메모리(200) 및 프로세서(300)를 포함한다.1, an electric railway vehicle pantograph monitoring apparatus 10 includes a communication module 100, a memory 200, and a processor 300. [

통신모듈(100)은 팬터그래프를 촬영하는 카메라 장치와의 데이터 통신을 수행하여, 카메라 장치로부터 팬터그래프 촬영 영상을 실시간으로 수신한다. 참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치(10)는 자체적으로 카메라 장치를 포함할 수도 있다.The communication module 100 performs data communication with the camera device for photographing the pantograph, and receives the pantograph photographed image in real time from the camera device. For reference, the electric railway vehicle pantograph monitoring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention may include a camera apparatus itself.

이러한 카메라 장치는, 전기철도차량의 운행 중 팬터그래프 및 전차선의 영상을 확보할 수 있는 전기철도차량의 상부 일위치에 설치될 수 있다. 카메라 장치는 고속 또는 일반 카메라 장치가 배치될 수 있으며, 해상도가 높을수록 팬터그래프를 정밀하게 검출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치(10)는 고해상도 팬터그래프 영상에 대해서도 높은 속도의 이미지 프로세싱이 가능하여, 팬터그래프와 전차선 간의 접촉면에 대한 수치적 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다.Such a camera device can be installed at an upper position of an electric railway vehicle capable of securing an image of a pantagraph and an electric line during operation of the electric railway vehicle. The camera device may be a high-speed or general camera device, and the higher the resolution, the more precise the pantograph can be detected. The electric railway vehicle pantograph monitoring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention can perform high speed image processing even for a high resolution pantograph image so that the numerical change of the contact surface between the pantograph and the electric line can be monitored in real time .

메모리(200)는 팬터그래프 모니터링 프로그램이 저장되어 있다.The memory 200 stores a pantograph monitoring program.

메모리(220)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 플래쉬 메모리, SSD와 같은 비휘발성 저장장치 및 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력이 필요한 DRAM, SRAM휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다.The memory 220 is collectively referred to as a flash memory, a nonvolatile storage such as an SSD, a DRAM, or an SRAM volatile storage device that requires power to maintain stored information even when power is not supplied.

또한, 메모리(200)에는 통신모듈(100)을 통해 수집된 실시간 팬터그래프 영상을 저장하는 저장부(미도시)가 포함될 수 있다.Also, the memory 200 may include a storage unit (not shown) for storing the real-time pantograph image collected through the communication module 100.

프로세서(300)는 메모리(200)에 저장된 프로그램을 실행하되, 팬터그래프모니터링 프로그램을 실행하여 다음과 같은 처리를 수행한다.The processor 300 executes a program stored in the memory 200, executes a pantograph monitoring program, and performs the following processing.

프로세서(300)는 입력 이미지 시퀀스(즉, 팬터그래프 영상)에 대해 사전에 설정된 템플릿 영상과의 매칭을 통해 팬터그래프 객체 검출 및 진동 특성 검출(detection)을 처리한다. 그리고, 프로세서(300)는 팬터그래프와 전차선 간 접촉면의 진동에 대한 특성 정보를 해석하여 정상 상황과 비정상 상황을 구분하는 후처리(post processing)를 수행한다.The processor 300 processes the pantograph object detection and the vibration characteristic detection through matching with the template image set in advance for the input image sequence (i.e., the pantograph image). The processor 300 analyzes the characteristic information of the vibration of the contact surface between the pantograph and the electric cable to perform post processing for distinguishing the normal state from the abnormal state.

먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 프로세서(300)가 팬터그래프 영상 내 팬터그래프 객체를 검출하는 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.First, the process of the processor 300 detecting a pantograph object in the pantograph image will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 영역 축소를 통한 템플릿 매칭 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 객체 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a flowchart for explaining a template matching process by reducing a search area according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 is a view for explaining a process of detecting a pantograph object according to an embodiment of the present invention.

도 2에서와 같이, 프로세서(300)는 복수의 템플릿 영상 중 영상의 밝기 또는 색상 정보가 입력 영상과 가장 동일한 템플릿 영상을 기준 영상으로 선택한다(S210).As shown in FIG. 2, the processor 300 selects a template image having the same brightness or color information as the input image among a plurality of template images as a reference image (S210).

참고로, 프로세서(300)는 실시간으로 촬영된 팬터그래프 영상을 처리하기에 앞서, 팬터그래프 영상을 처리하기 위해 다수의 학습 이미지들(라벨링된 동영상 및 KP(Knowledge Piece) 파일 등)을 학습하여 팬터그래프 템플릿 영상을 생성 및 저장해둘 수 있다.For reference, the processor 300 learns a plurality of learning images (a labeled moving picture and a KP (Knowledge Piece) file) to process the pantograph image before processing the photographed pantograph image in real time, Can be generated and stored.

이러한 팬터그래프 템플릿 영상은, 빛의 강도, 카메라 렌즈의 노출값 및 초점 등에 따라 영상의 밝기가 상이하게 나타날 수 있는 팬터그래프 영상으로부터 팬터그래프 위치를 정확하게 검출하기 위한 기준 영상으로서, 명도 및 대조비가 서로 다른 복수의 사전 지정 영상을 의미한다. 도 3에서는 복수의 템플릿 영상으로서, 터널 내부 영상, 주간 영상 및 야간 영상을 예로서 도시하였다.The pantograph template image is a reference image for accurately detecting the pantograph position from the pantograph image in which the brightness of the image may be different according to the intensity of light, the exposure value of the camera lens, the focus, etc., and a plurality of dictionaries Means a designated image. In FIG. 3, a plurality of template images, for example, an in-tunnel image, a day image, and a night image are shown as an example.

예를 들어, 프로세서(300)는 학습 이미지(즉, 사전 지정 영상)를 질감 특성 추출(texture feature extraction)을 처리한 후 기계학습(예: SVM training)을 하여 템플릿 분류기를 생성할 수 있다. 그리고 프로세서(300)는 입력된 팬터그래프 영상(input image sequence)에 대해 질감 특성 추출(texture feature extraction)을 처리한 후 템플릿 분류기(예: SVM classification)를 통해 템플릿 영상 중 기준 영상을 선택할 수 있다.For example, the processor 300 may process the texture feature extraction of a training image (i.e., a pre-designated image) and then perform a machine learning (e.g., SVM training) to generate a template classifier. The processor 300 processes texture feature extraction for an input image sequence and then selects a reference image among the template images through a template classifier (e.g., SVM classification).

그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 프로세서(300)는 팬터그래프 템플릿 영상 중 유사도가 가장 높은 팬터그래프 템플릿 영상(즉, 설정된 기준 영상)을 팬터그래프 영상에 매칭(즉, 템플릿 매칭)하여, 각 영상 프레임별로 팬터그래프 객체를 검출한다. 즉, 날씨, 터널 상황, 장애물 여부 등의 환경에 따라 영상의 밝기가 다양하게 촬영되는 팬터그래프 영상에, 복수의 팬터그래프 템플릿 영상 중 유사도가 가장 높은 팬터그래프 템플릿 영상을 매칭함으로써, 영상 프레임별로 정확하게 팬터그래프를 검출할 수 있다.3, the processor 300 matches (i.e., template-matches) the pantograph template image having the highest similarity among the pantograph template images (i.e., the set reference image) to the pantograph image, Detects an object. That is, by matching the pantograph template image having the highest similarity among the plurality of pantograph template images to the pantograph image in which the brightness of the image is variously photographed according to the environment such as the weather, the tunnel situation, and the obstacle state, the pantograph can be accurately detected can do.

이때, 팬터그래프 영상을 획득하는 과정에서 터널 진입/진출 또는 아크 발생 등과 같이 명도 변화가 급격하게 발생하는 경우를 제외하고, 획득 영상들의 변화가 크지 않다. 따라서, 프로세서(300)는 팬터그래프 영상 내 탐색 영역을 축소(search range reduction)시키는 과정을 처리하여 팬터그래프 객체를 검출한다.At this time, the change in the acquired images is not large except for the case where the brightness change such as entering / advancing tunnel or arcing occurs rapidly during acquisition of the pantograph image. Accordingly, the processor 300 detects a pantograph object by processing a search range reduction in a pantograph image.

다시 도 2로 돌아가서, 프로세서(300)는 수집된 실시간 팬터그래프 영상을 프레임 단위로 구분한다(S220). 예를 들어, 수집된 팬터그래프 영상이 동영상인 경우 영상 프레임을 추출한다.Referring back to FIG. 2, the processor 300 divides the collected real-time pantograph image into frames (S220). For example, if the collected pantograph image is a moving image, an image frame is extracted.

그리고, 프로세서(300)는 영상 프레임 내에서 탐색 영역을 설정하되, 이전 영상 프레임의 영상에서 추출된 팬터그래프 객체의 위치를 참고하여 탐색 영역을 설정한다. 즉, 영상의 연속성에 의하여 팬터그래프의 위치가 크게 변경될 가능성이 낮으므로, 이전 프레임에서 탐색된 팬터그래프 객체의 위치를 적용하여 다음 프레임에서 팬터그래프 객체를 탐색할 수 있다.The processor 300 sets the search area within the image frame, and sets the search area by referring to the position of the pantograph object extracted from the image of the previous image frame. That is, since the possibility that the position of the pantograph is largely changed due to the continuity of the image is low, it is possible to search for the pantograph object in the next frame by applying the position of the pantograph object searched in the previous frame.

이때, 프로세서(300)는 팬터그래프 위치 정보를 알고 있는지 여부를 판단한다(S230).At this time, the processor 300 determines whether the pantograph position information is known (S230).

상기 단계 (S230)의 판단 결과, 팬터그래프 위치 정보를 알고 있지 않은 경우, 영상 프레임의 전체 영역을 탐색 영역으로 설정한다(S240).If it is determined in step S230 that the pantograph position information is not known, the entire area of the image frame is set as the search area in step S240.

즉, 초기 단계에서는 이전 프레임에서 검출된 팬터그래프 객체가 없으므로, 영상 프레임의 전체 영역을 탐색 영역으로 설정하여 팬터그래프 객체를 검출을 수행하게 된다. 이러한 경우, 이때, 프로세서(300)는 검출된 팬터그래프 객체의 위치 정보(예를 들면, 팬터그래프의 중심점 좌표, 좌우측 상단 꼭지점의 좌표 등)를 저장한다. 이를 통해, 다음 프레임에서 탐색 영역을 설정할 때, 이전 프레임에서 검출된 팬터그래프 객체의 위치를 적용하여 팬터그래프 객체를 탐색할 수 있으므로, 탐색에 소요되는 리소스를 크게 감소시킬 수 있다.That is, in the initial stage, since there is no pantograph object detected in the previous frame, the pantograph object is detected by setting the entire area of the image frame as the search area. In this case, at this time, the processor 300 stores positional information of the detected pantograph object (e.g., center point coordinates of the pantograph, coordinates of left and right upper corner points, and the like). Accordingly, when the search area is set in the next frame, the pantograph object can be searched by applying the position of the pantograph object detected in the previous frame, thereby greatly reducing the resources required for searching.

한편, 상기 단계 (S230)의 판단 결과, 팬터그래프 위치 정보를 알고 있는 경우, 해당 팬터그래프의 위치가 기설정된 탐색 영역 내 위치하는지 판단한다(S250).If it is determined in step S230 that the pantograph position information is known, it is determined whether the position of the pantograph is located within a predetermined search area in step S250.

상기 단계 (S250)의 판단 결과, 이전 프레임에서 탐색된 팬터그래프 객체의 위치가 특정된 탐색 영역을 벗어나는 경우, 팬터그래프 객체의 위치에 오류가 있었던 것으로 판단하고 탐색 영역을 전체 영역으로 재설정한다(S260).If it is determined in step S250 that the position of the pantograph object detected in the previous frame is out of the specified search area, it is determined that there is an error in the position of the pantograph object and the search area is reset to the entire area in step S260.

또한, 상기 단계 (S250)의 판단 결과, 이전 프레임에서 탐색된 팬터그래프 객체의 위치가 특정된 탐색 영역에 포함된 경우, 영상 프레임에 이전 탐색 영역을 적용한다(S270).If it is determined in step S250 that the position of the pantograph object detected in the previous frame is included in the specified search area, the previous search area is applied to the image frame in step S270.

그런 다음, 상기 단계(S240), (S260) 또는 (S270) 중 어느 하나를 통해 탐색 영역이 설정된 입력 영상 프레임에 대해 환경 식별 검사(예: 색상 및 명도 검사 등)를 수행한다(S280).Then, an environment identification check (e.g., color and brightness check) is performed on the input image frame in which the search area is set through either step S240, S260, or S270 (S280).

환경 식별(environmental recognition) 검사 결과, 입력 영상 프레임의 색상 정보 또는 명도 정보와 기설정된 템플릿 기준 영상의 색상 또는 명도와 차이가 임계값 이상인 경우, 상기 단계 (S210)으로 회귀하여 템플릿 기준 영상을 변경한다.If the difference between the color information or the brightness information of the input image frame and the color or brightness of the preset template reference image is equal to or greater than the threshold value as a result of the environmental recognition test, the process returns to step S210 to change the template reference image .

또한, 환경 식별 검사 결과 입력 영상 프레임과 템플릿 기준 영상의 환경(색상 또는 명도 등)이 유사한 경우(즉, 차이가 임계값 미만인 경우), 입력 영상 프레임과 템플릿 기준 영상 간에 템플릿 매칭을 통해 입력 영상 프레임 내 팬터그래프 객체를 검출한다(S290).If the input image frame and the template reference image are similar in environment (color or lightness) (i.e., the difference is less than the threshold) as a result of the environment identification test, the input image frame and the template reference image are subjected to template matching, The pantograph object is detected (S290).

구체적으로, 프로세서(300)는 영상의 화소 정보를 영역 단위로 비교하여 템플릿과 가장 유사해지는 지점을 팬터그래프 객체로 검출한다. 이를 수식화한 것을 팬터그래프 검출 위치를 결정하기 위한 목적함수라하며, 이러한 목적함수는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.Specifically, the processor 300 compares the pixel information of the image on an area-by-area basis, and detects a point that is most similar to the template as a pantograph object. The objective function is used to determine the pantograph detection position. The objective function can be expressed by Equation (1) below.

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에서, I는 입력 영상(즉, 팬터그래프 영상)을 의미하고, T는 템플릿 영상(즉, 팬터그래프 템플릿 영상)을 의미한다. 그리고, w는 입력 영상을 템플릿 영상과 비교하기 위하여 수행하는 선형 변환을 의미하는 것으로서 행렬 변환 연산을 나타낸다. 또한, x는 템플릿 영상 내의 좌표이며, p는 선형 변환 파라미터들을 의미한다.In Equation 1, I denotes an input image (i.e., a pantograph image), and T denotes a template image (i.e., a pantograph template image). W denotes a linear transformation performed to compare an input image with a template image, and denotes a matrix transformation operation. Also, x is a coordinate in the template image, and p denotes linear transformation parameters.

다음으로, 도 4 내지 도 10을 참조하여, 프로세서(300)가 입력 영상으로부터 검출된 팬터그래프 객체에 기초하여 팬터그래프 진동 특성을 검출하는 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Next, with reference to FIG. 4 to FIG. 10, a process of the processor 300 detecting the pantograph vibration characteristic based on the pantograph object detected from the input image will be described in detail.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 진동 특성 검출 과정을 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual diagram for explaining a pantograph vibration characteristic detection process according to an embodiment of the present invention.

도 4에서와 같이, 프로세서(300)는 입력 영상 내에서 팬터그래프의 위치(즉, 팬터그래프 객체)를 검출한 후(S410), 검출된 팬터그래프 객체에서 집전판의 중심점 검출을 처리한다(S420).4, the processor 300 detects the position of the pantograph (i.e., the pantograph object) in the input image (S410), and then processes the detection of the center point of the collecting plate in the detected pantograph object (S420).

그리고 프로세서(300)는 팬터그래프와 전차선 간의 접촉부분(contact strip)(즉, 집전판)을 검출하고(S430), 팬터그래프의 집전판 중심점으로부터 연장되는 수평선과 집전판의 연장선 사이의 각도를 측정하여 접촉부분의 경사 각도(tilt)를 측정한다(S440). The processor 300 detects a contact strip (that is, a collecting plate) between the pantograph and the electric line (S430), measures the angle between the horizontal line extending from the center of the collecting plate of the pantograph and the extension line of the collecting plate, The inclination angle tilt of the portion is measured (S440).

다음으로, 프로세서(300)는 각 입력 영상 프레임 별로 산출된 각도에 기초하여 팬터그래프의 진동 특성들을 산출한다. 이때, 프로세서(300)는 접촉 부분 경사에 기초한 제로 포싱(zero crossing)을 통해 주파수 측정(S450)을 수행하고, 이에 기반하여 진동 주기 특성(vibration period feature)를 측정한다. 또한, 프로세서(300)는 접촉 부분 경사에 기초한 팬터그래프 변위 측정(S460)을 통해 경사 강도 측정(S470)을 수행하고, 이에 기반하여 진동 강도 특성(vibration amplitude feature)를 측정한다. 또한, 프로세서(300)는 경사 강도 측정(S470)의 결과를 퓨리에변환(Fourier transform)(S480)하여 진동 주파수 특성(vibration frequency feature)을 측정한다.Next, the processor 300 calculates the vibration characteristics of the pantograph based on the angles calculated for each input image frame. At this time, the processor 300 performs frequency measurement (S450) through zero crossing based on the contact portion slope, and measures the vibration period feature based thereon. In addition, the processor 300 performs gradient strength measurement (S470) through the pantograph displacement measurement based on the contact portion slope (S460), and based thereon, measures the vibration amplitude feature. In addition, the processor 300 performs Fourier transform (S480) on the result of the tilt intensity measurement (S470) to measure the vibration frequency feature.

먼저, 도 5 및 도 6을 참조하여, 프로세서(300)가 팬터그래프의 진동 주기 특성을 측정하는 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.5 and 6, the process of the processor 300 for measuring the oscillation period characteristic of the pantograph will be described in detail.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프에서 수평선과 집전판의 사이의 각도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각도에 기초하여 팬터그래프의 진동 주기를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a method of measuring an angle between a horizontal line and a current collecting plate in a pantograph according to an embodiment of the present invention. And FIG. 6 is a diagram for explaining a method of calculating a vibration period of a pantograph based on an angle according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 입력 영상 프레임으로부터 팬터그래프 객체(310)가 검출되며, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 팬터그래프 집전판의 중심점(325)이 검출된다. The pantograph object 310 is detected from the input image frame as shown in Fig. 5 (a), and the center point 325 of the pantograph collecting plate is detected as shown in Fig. 5 (b).

구체적으로, 프로세서(300)는 입력 영상 프레임 별로 허프(Hough) 변환하여 집전판에 대응하는 직선(320)을 검출할 수 있다. 이때, 프로세서(300)는 허프 변환을 통해 획득한 팬터그래프 객체(310) 상단의 직선을 집전판으로 추정함으로써, 집전판에 대응하는 직선을 검출할 수 있다. 도 5의 (c)에서와 같이, 프로세서(300)는 검출된 집전판에서 집전판의 중심점(325)과 집전판의 중심점(325)으로부터 연장되는 집전판의 수평선(330) 및 집전판의 연장선(320)을 검출할 수 있다.Specifically, the processor 300 may perform Hough transform for each input image frame to detect a straight line 320 corresponding to the current collecting plate. At this time, the processor 300 can detect the straight line corresponding to the current collecting plate by estimating the straight line at the upper end of the pantograph object 310 obtained through the Hough transform to the current collecting plate. 5C, the processor 300 detects the center line 325 of the current collector plate and the horizontal line 330 of the current collector plate extending from the center point 325 of the current collector plate in the detected current collector plate, (320) can be detected.

다음으로 프로세서(300)는 중심점(325)으로부터 연장되는 수평선(330)과 집전판의 연장선(320) 사이의 각도를 측정하되, 중심점(325)에서 교차하는 수평선(330)과 연장선(320)의 사이의 각도를 측정한다. 이러한 수평선(330)과 연장선(320)의 사이의 각도는 촬영된 영상의 각 프레임별로 각각 산출될 수 있다.The processor 300 then measures the angle between the horizontal line 330 extending from the center point 325 and the extension line 320 of the current collector plate while measuring the angle between the horizontal line 330 and the extension line 320 intersecting the center point 325 Is measured. The angle between the horizontal line 330 and the extension line 320 can be calculated for each frame of the photographed image.

그리고 프로세서(300)는 각 영상 프레임 별로 산출된 각도에 기초하여 팬터그래프의 진동 주기를 산출한다.The processor 300 calculates the vibration period of the pantograph based on the angles calculated for each image frame.

도 6을 참조하면, 프로세서(300)는 측정된 각도가 제로 크로싱되는 팬터그래프 프레임 수를 전체 팬터그래프 프레임 수(초당 프레임수)로 나눈값에 기초하여 진동 주기를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 6, the processor 300 may calculate the oscillation period based on the number of pantograph frames at which the measured angle is zero-crossed divided by the total number of pantograph frames (frames per second).

구체적으로, 프로세서(300)는 입력 영상의 각 영상 프레임에서 측정된 수평선(330)과 집전판의 연장선(320) 사이의 각도를 영상 프레임 번호 순서(즉, 시간 순)대로 나열하여, 측정된 각도가 제로 크로싱되는 지점을 검출한다. 그리고, 프로세서(300)는 1초 동안 촬영된 영상의 전체 프레임수(초당 프레임수) 중에서 각도가 제로 크로싱된 지점이 검출되는 제로 크로싱 프레임수를 산출한다. 그런 다음 프로세서(300)는 산출된 제로 크로싱 프레임수를 2로 나눈값을 초당 프레임수로 나누어 주파수를 산출한다. 이처럼, 프로세서(300)는 총 주기를 영상획득 빈도인 프레임율로 나누어 초 단위로 획득함으로써, 접촉면의 기울어짐이 상하로 1회 반복하는 것을 의미하는 진동 주기를 측정할 수 있다.Specifically, the processor 300 arranges the angles between the horizontal line 330 measured in each image frame of the input image and the extension line 320 of the current collector plate in the order of the image frame numbers (i.e., in time order) Lt; RTI ID = 0.0 &gt; zero crossing. &Lt; / RTI &gt; Then, the processor 300 calculates the number of zero-crossing frames in which the point where the angle is zero-crossed is detected from the total number of frames (frames per second) of the image photographed for one second. Then, the processor 300 calculates the frequency by dividing the calculated number of zero-crossing frames by 2 divided by the number of frames per second. As described above, the processor 300 can measure the oscillation period, which means that the tilting of the contact surface repeats once up and down, by dividing the total period by the frame rate, which is the image acquisition frequency, in units of seconds.

다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여, 프로세서(300)가 팬터그래프의 진동 강도 특성을 측정하는 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Next, with reference to FIGS. 7 and 8, a process of measuring the vibration intensity characteristic of the pantograph will be described in detail.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프의 진동 강도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 7 and 8 are views for explaining a method of calculating the vibration strength of a pantograph according to an embodiment of the present invention.

프로세서(300)는 팬터그래프의 집전판 중심점으로부터 연장되는 수평선과 집전판의 연장선 사이의 각도 크기에 기초하여 팬터그래프 변위를 측정함으로써, 팬터그래프의 진동 강도를 산출할 수 있다.The processor 300 can calculate the vibration strength of the pantograph by measuring the pantograph displacement based on the magnitude of the angle between the horizontal line extending from the center point of the collecting plate of the pantograph and the extension line of the collecting plate.

도 7에 도시된 바와 같이, 프로세서(300)는 입력 영상의 각 영상 프레임에서 측정된 수평선(330)과 연장선(320) 사이의 각도의 크기의 변화량(즉, 변위)을 영상 프레임 번호 순서대로 나열하여 진동 강도의 파형을 검출할 수 있다.As shown in FIG. 7, the processor 300 classifies the amount of change (i.e., displacement) of the magnitude of the angle between the horizontal line 330 and the extension line 320 measured in each image frame of the input image, So that the waveform of the vibration intensity can be detected.

구체적으로, 도 8을 참조하면, 프로세서(300)는 각각의 영상 프레임 별로 배경으로부터 분리된 팬터그래프(310)를 검출할 수 있다. 이때, 일반적으로 영상의 배경을 분리하는데 이용되는 이진화(binarization) 영상 기법을 통해 팬터그래프(310)만을 검출할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 8, the processor 300 may detect the pantograph 310 separated from the background for each image frame. At this time, generally only the pantograph 310 can be detected through a binarization imaging technique used to separate the background of the image.

그런 다음, 프로세서(300)는 집전판의 중심점(325)을 기준으로 집전판의 하단면에서 연장되는 집전판의 하단선(320a)을 검출하고, 검출된 집전판의 하단선(320a)에서 집전판 기울기(도 5의 (c)에 도시된 '집전판 각도')만큼 회전시킴으로써, 집전판의 수평선(330)과 평행하는 진동 강도 기준선(330a)을 검출할 수 있다.The processor 300 detects the lower end line 320a of the current collecting plate extending from the lower end face of the current collecting plate with respect to the center point 325 of the current collecting plate and detects the lower end line 320a from the lower end line 320a of the current collecting plate It is possible to detect the oscillation intensity reference line 330a parallel to the horizontal line 330 of the current collecting plate by rotating the oscillating plate 330 by the front plate inclination (the 'current collecting plate angle' shown in FIG. 5C).

그리고, 프로세서(300)는 집전판의 하단선(320a)과 진동 강도 기준선(330a)의 좌측 변위 및 우측 변위를 측정할 수 있다. 여기서, 집전판은 휘어짐이 거의 없는 강체로서, 좌측이 올라가는 경우 우측은 내려가기 때문에 집전판의 좌측 및 우측의 상하 변위의 크기는 동일할 수 있다.Then, the processor 300 can measure the left displacement and the right displacement of the lower end line 320a of the current collecting plate and the vibration intensity reference line 330a. Here, the current collecting plate is a rigid body having almost no warping, and when the left side goes up, the right side goes down, so that the sizes of the left and right vertical displacements of the current collecting plate can be the same.

이에 따라, 도 8에서와 같이, 프로세서(300)는 집전판의 좌측 변위와 우측 변위 간의 차이를 계산하여 진동 강도를 산출한다. 이때, 집전판의 좌측 및 우측의 기준은 템플릿 매칭 기법 등으로 획득할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 프로세서(300)는 각각의 영상 화소(mm)당 비율정보를 이용하여 집전판의 좌측 및 우측 기준 간의 차이를 mm 단위로 산출할 수 있고, 각각의 영상 프레임 별로 산출된 mm 단위의 좌측 변위와 우측 변위 간의 차이를 mm 단위의 진동 강도로 변환할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 8, the processor 300 calculates the difference between the left displacement and the right displacement of the current collecting plate to calculate the vibration intensity. At this time, the left and right sides of the current collecting plate can be obtained by a template matching technique, but the present invention is not limited thereto. In addition, the processor 300 can calculate the difference between the left and right reference of the current collecting plate in units of mm using ratio information per each image pixel (mm), and calculates the left displacement And the right displacement can be converted into the vibration intensity in mm.

이하, 도 9 및 도 10을 참조하여, 프로세서(300)가 팬터그래프의 진동 주파수 특성을 측정하는 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 9 and 10, a process of the processor 300 for measuring the vibration frequency characteristic of the pantograph will be described in detail.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프의 좌측 및 우측 변위를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프의 좌측 및 우측 변위의 평균값에 기초하여 진동 주파수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining a method of measuring left and right displacements of a pantograph according to an embodiment of the present invention. And FIG. 10 is a diagram for explaining a method of calculating a vibration frequency based on an average value of left and right displacements of a pantograph according to an embodiment of the present invention.

팬터그래프와 전차선 간의 접촉면은 팬터그래프 객체(310)를 기준으로 최상단에 위치한 직선이라 정의되며, 허프 변환을 통해 집전판이 검출된다. 이러한 집전판의 중심점과 차상에 설치된 카메라 장치의 위치를 기준으로 수평면을 고려하여 팬터그래프가 기울어진 정도를 획득할 수 있다. The contact surface between the pantograph and the caten grid is defined as a straight line positioned at the uppermost point with respect to the pantograph object 310, and the current collector is detected through Hough transform. The degree of inclination of the pantograph can be obtained by considering the horizontal plane based on the center point of the collector plate and the position of the camera device installed on the vehicle.

도 9에 도시한 바와 같이, 프로세서(300)는 각 영상 프레임 별로, 중심점(325)에서 교차하는 수평선(330)과 집전판의 연장선(320)의 좌측 변위 및 우측 변위를 측정할 수 있다.As shown in FIG. 9, the processor 300 can measure the left and right displacements of the horizontal line 330 and the extension line 320 of the current collector plate, which intersect at the center point 325, for each image frame.

도10을 참조하면, 프로세서(300)는 각 영상 프레임 별로 산출된 팬터그래프 좌측 및 우측 변위에 기초하여 좌측 및 우측 평균 상하 변위를 측정한다. 이때, 프로세서(300)는 입력 팬터그래프 영상에서 1초 동안의 각 프레임 별로 측정된 집전판의 좌측 상하 변위 및 우측 상하 변위의 평균값을 산출할 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는 측정된 좌측 및 우측의 각 평균 상하 변위에 대해 푸리에 변환하여 진동 주파수를 산출한다. 예를 들어, 프로세서(300)는 획득한 신호를 주파수 성분 및 해당 성분의 강도로 변환해주는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 알고리즘을 적용할 수 있으며, 이때 영상획득빈도로 샘플링율이 결정될 수 있다.Referring to FIG. 10, the processor 300 measures left and right average vertical displacements based on left and right pantograph displacements calculated for each image frame. At this time, the processor 300 can calculate the average of the vertical displacement of the left and right sides of the current collecting plate measured for each frame for one second in the input pantograph image. The processor 300 performs Fourier transform on the measured average vertical displacement of the left and right sides to calculate the vibration frequency. For example, the processor 300 may apply a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm to convert the obtained signal into a frequency component and an intensity of a corresponding component. At this time, the sampling rate can be determined by the image acquisition frequency have.

다음으로, 도 11 및 도 12를 참조하여, 프로세서(300)가 실시간으로 수집된 팬터그래프 영상에 대해 팬터그래프 진동 특성을 해석하여 팬터그래프 상태를 모니터링하는 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Next, with reference to FIGS. 11 and 12, a process of monitoring the pantograph state by analyzing the pantograph vibration characteristic of the pantograph image collected by the processor 300 in real time will be described in detail.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉면의 진동 부석을 위한 비정상 상황 인식 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 12는 본 발명의 일실시예에 적용되는 SVM 마진의 크기에 따른 최적의 초평면을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 11 is a diagram for explaining an abnormal situation recognition method for a vibrating circle of a pantograph contact surface according to an embodiment of the present invention. And FIG. 12 is an exemplary view for explaining an optimal hyperplane according to the magnitude of SVM margin applied to an embodiment of the present invention.

프로세서(300)는 실시간으로 입력된 팬터그래프 영상을 분석하여 정상 상황과 비정상 상황으로 구분한다. 이때, 프로세서(300)는 아크가 발생하는 경우와 같이 팬터그래프의 진동이 임계값 이상으로 크게 발생하는 경우를 비정상 상황으로 인식한다.The processor 300 analyzes the input pantograph image in real time and classifies the pantograph image into a normal state and an abnormal state. At this time, the processor 300 recognizes a case where the vibration of the pantograph is generated such that the vibration of the pantograph is greater than the threshold, as in the case of arcing, as an abnormal condition.

베이지안 결정이론(Bayesian decision theroy)에 따라, 하나의 입력 영상에 대한 상태를 단순히 정상 또는 비정상 중에서 선택할 경우 잘못된 선택에 대한 오차가 존재하게 된다. 이에 따라, 프로세서(300)는 보편적으로 일반화 오차를 줄여주는 기법인 최대 마진 분류기(예: 서포트벡터 머신(Support Vector Machine, SVM))를 통해 팬터그래프 영상의 정상 및 비정상 상황을 분류한다.According to the Bayesian decision theory, there is an error in selection of the wrong selection when simply selecting the state of an input image from normal or abnormal. Accordingly, the processor 300 classifies the normal and abnormal states of the pantograph image through a maximum margin classifier (e.g., Support Vector Machine (SVM)) which is a technique that generally reduces the generalization error.

최대 마진(optimal margin)을 갖는 선형 결정경계(즉, 초평면(optimal hyperplane))는 다음의 수학식 2와 같은 선형 판별 함수로부터 획득할 수 있다.A linear crystal boundary (i.e., an optimal hyperplane) having an optimal margin can be obtained from a linear discriminant function as shown in Equation 2 below.

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 2에서,

Figure pat00003
는 초평면의 법선벡터가 되고,
Figure pat00004
는 원점에서 직선까지의 거리를 결정하는 값이 된다. 이때, 한 점
Figure pat00005
에서 결정경계까지의 거리
Figure pat00006
는 아래 수학식 3과 같이 계산할 수 있다.In Equation (2)
Figure pat00003
Becomes a normal vector of the hyperplane,
Figure pat00004
Is a value that determines the distance from the origin to the straight line. At this time,
Figure pat00005
To the crystal boundary
Figure pat00006
Can be calculated as shown in Equation (3) below.

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

Figure pat00007
Figure pat00007

이러한 결정경계를 중심으로, 도 12에서와 같이 서포트 벡터(즉, 초평면에 가장 가까운 곳에 위치안 데이터)를 기준으로

Figure pat00008
Figure pat00009
의 비율을 적절히 조절하여 다음의 수학식 4와 같은 조건이 성립되도록 결정하여, 주어진 데이터를 두 클래스로 구분할 수 있다.With respect to such a crystal boundary, as shown in FIG. 12, the support vector (that is, the position data closest to the hyperplane) is used as a reference
Figure pat00008
Wow
Figure pat00009
Is determined so as to satisfy the following equation (4), and the given data can be classified into two classes.

<수학식 4>&Quot; (4) &quot;

Figure pat00010
Figure pat00010

수학식 4에서 클래스 C1의 서포트 벡터를 지나는 초평면을 '플러스 평면'이라 하고, 클래스 C2의 서포트 벡터를 지나는 초평면을 '마이너스 평면'이라 하면, 결정경계에서 플러스 평면 상의 서포트 벡터까지의 거리와 결정경계에서 마이너스 평면 상의 서포트벡터까지의 거리의 합을 이용하여 마진을 계산할 수 있다. 이러한 마진은 아래 수학식 5를 이용하여 계산할 수 있다.In Equation (4), a hyperplane passing through a support vector of class C 1 is referred to as a "plus plane", and a hyperplane passing through a support vector of class C 2 is referred to as a "negative plane". A distance from a crystal boundary to a support vector The margin can be calculated using the sum of distances from the crystal boundary to the support vector on the negative plane. This margin can be calculated by using the following equation (5).

<수학식 5>Equation (5)

Figure pat00011
Figure pat00011

따라서 마진 M을 최대화하기 위해서는

Figure pat00012
의 값을 최소화해야 한다. 이를 목적함수로 표현하면 아래 수학식 6과 같다.Therefore, in order to maximize the margin M
Figure pat00012
Should be minimized. This can be expressed by the following equation (6).

<수학식 6>&Quot; (6) &quot;

Figure pat00013
Figure pat00013

이러한 수학식 6을 최소화하는 동시에 훈련 데이터이려면 아래의 수학식 7을 만족해야 한다.Equation (7) below must be satisfied in order to minimize the above Equation (6) as well as the training data.

<수학식 7>&Quot; (7) &quot;

Figure pat00014
Figure pat00014

이처럼, 수학식 6과 같은 하나의 함수식

Figure pat00015
를 최소화하는 동시에 수학식 7과 같은 또 다른 조건을 만족시키는 파라미터를 찾는 문제를 해결하기 위해서는 라그랑제 승수(Lagrange multipliers)를 이용한 최적화 방법을 적용해야한다. 이에 따른, 최적화 식은 아래 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.As described above, one function formula
Figure pat00015
The optimization method using Lagrange multipliers should be applied to solve the problem of finding a parameter satisfying another condition such as Equation (7). Accordingly, the optimization equation can be expressed by the following equation (8).

<수학식 8>&Quot; (8) &quot;

Figure pat00016
Figure pat00016

프로세서(300)는 이상의 최대 마진 분류 및 최적화 식을 통해 팬터그래프 영상들을 기계학습하고, 실시간으로 입력된 팬터그래프 영상으로부터 산출된 진동 특성 값을 분류기에 입력하여 정상 상태 또는 비정상 상태를 식별한다.The processor 300 mechanically learns the pantograph images through the maximum margin classification and optimization formula described above and inputs the vibration characteristic values calculated from the pantograph image input in real time to the classifier to identify the steady state or the abnormal state.

그리고 프로세서(300)는 팬터그래프 상태 분류 결과를 모니터링 결과로서 설정된 출력 장치(예: 모니터 및 오디오 출력 장치 등)를 통해 출력한다.Then, the processor 300 outputs the pantograph state classification result through an output device (e.g., a monitor and an audio output device) set as a monitoring result.

이하, 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 방법에 대해서 상세히 설명하도록 한다. 도 13에 도시된 절차는 모두 프로세서(300)를 통해 처리될 수 있다.Hereinafter, a method for monitoring a pantograph of an electric railway vehicle according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. All of the procedures shown in FIG. 13 may be processed through the processor 300.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.13 is a flowchart illustrating a pantograph monitoring method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 촬영된 팬터그래프 영상의 프레임 별로 이전 프레임의 검출 결과에 기초하여 팬터그래프 객체를 검출한다(S1310).First, the pantograph object is detected based on the detection result of the previous frame for each frame of the photographed pantograph image (S1310).

이러한 탐색 영역의 축소 기법을 적용한 팬터그래프 객체 검출 방법은, 앞서 도 2 및 도 3을 통해 설명한 내용과 동일하다.The method of detecting the pantograph object using the reduction method of the search area is the same as that described above with reference to FIG. 2 and FIG.

다음으로, 연속된 입력 영상 프레임 별로 검출된 팬터그래프 객체로부터 진동 특성을 검출한다(S1320).Next, the vibration characteristic is detected from the pantograph object detected for each successive input image frame (S1320).

이때, 검출된 팬터그래프 객체로부터 팬터그래프와 전차선이 접촉하는 부분(즉, 집전판)의 중심점, 중심점으로부터 연장된 수평선, 및 집전판의 연장선을 검출하고, 검출된 수평선과 연장선 사이의 경사 각도를 측정한다. 그리고 입력 영상 프레임 별 각도의 변화에 기초하여 진동 주기, 진동 강도 및 진동 주파수를 검출한다.At this time, from the detected pantograph object, the center point of the portion where the pantograph and the catenary contact (that is, the collecting plate), the horizontal line extending from the center point, and the extension line of the current collecting plate are detected and the inclination angle between the detected horizontal line and extension line is measured . The vibration period, the vibration intensity, and the vibration frequency are detected based on the change of the angle of each input image frame.

이러한, 팬터그래프 진동 특성 검출 방법은, 앞서 도 4 내지 도 10을 통해 설명한 내용과 동일하다.The method of detecting the pantograph vibration characteristics is the same as that described above with reference to Figs. 4 to 10 above.

그런 다음, 팬터그래프 영상에 대해 검출된 진동 특성을 기설정된 기계학습 분류기에 입력하여 정상 상태 및 비정상 상태를 분류한다(S1330).Then, the vibration characteristic detected for the pantograph image is input to the predetermined machine learning classifier, and the normal state and the abnormal state are classified (S1330).

이때, 분류기는 최대 마진 분류를 처리하는 SVM 분류기일 수 있으며, 이를 통해 팬터그래프에 대해 아크가 발생된 경우와 같이 진동이 크게 발생하는 경우를 비정상 상태로 식별한다. 그리고 이러한 정상 상태 및 비정상 상태를 분류한 결과를 사용자가 확인할 수 있도록 출력한다.In this case, the classifier may be an SVM classifier for processing the maximum margin classification, thereby identifying a case where a large amount of vibration occurs, such as an arc for the pantograph, as an abnormal state. Then, the result of classifying the steady state and the abnormal state is output so that the user can confirm it.

이러한 팬터그래프 상태 모니터링 방법은, 앞서 도 11 및 도 12를 통해 설명한 내용과 동일하다.This pantograph state monitoring method is the same as that described above with reference to Figs. 11 and 12. Fig.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치 및 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.The apparatus and method for monitoring an electric railway vehicle pantograph according to an embodiment of the present invention described above may be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer such as a program module executed by a computer. Such computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer, and includes both volatile and non-volatile media, both removable and non-removable media. The computer-readable medium may also include computer storage media, which may be volatile and / or non-volatile, implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, Nonvolatile, removable and non-removable media.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

10: 전기철도차량의 팬터그래프의 진동 검측 장치
100: 통신모듈 200: 메모리
300: 프로세서 310: 검출된 팬터그래프
320: 집전판의 연장선 320a: 집전판의 하단선
325: 집전판의 중심점 330: 수평선
330a: 진동 강도 기준선
10: Vibration test device of pantograph of electric railway vehicle
100: communication module 200: memory
300: Processor 310: Detected pantograph
320: Extension line of the current collector plate 320a: Bottom line of the current collector plate
325: center point of the current collector plate 330: horizontal line
330a: Vibration strength baseline

Claims (12)

전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치에 있어서,
팬터그래프를 촬영한 팬터그래프 영상을 수신하는 통신모듈,
팬터그래프 모니터링 프로그램이 저장된 메모리; 및
상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 상기 팬터그래프 모니터링 프로그램의 실행에 따라,
입력된 상기 팬터그래프 영상을 기설정된 팬터그래프 템플릿 영상과 비교하여 영상 프레임 별로 팬터그래프 객체를 검출하고, 상기 검출된 팬터그래프 객체들로부터 집전판의 경사 각도 및 변위를 측정하여 기설정된 진동 특성들을 검출하며, 이전에 검출된 팬터그래프 영상의 진동 특성들을 기계학습한 분류기를 통해 상기 검출된 진동 특성을 분류하여 팬터그래프의 정상 상태 및 비정상 상태를 식별하며,
상기 팬터그래프 객체 검출 시, 이전 영상 프레임의 팬터그래프 객체 검출 결과에 기초하여 다음 영상 프레임의 팬터그래프 탐색 영역을 설정하는 것인, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치.
An electric railway vehicle pantograph monitoring apparatus comprising:
A communication module for receiving the pantograph image of the pantograph,
Memory in which the pantograph monitoring program is stored; And
And a processor for executing a program stored in the memory,
Wherein the processor, upon execution of the pantograph monitoring program,
Detects the pantograph object for each image frame by comparing the input pantograph image with a preset pantograph template image, detects predetermined vibration characteristics by measuring the tilt angle and displacement of the current collecting plate from the detected pantograph objects, And classifying the detected vibration characteristics through a classifier that machine-learned vibration characteristics of the detected pantograph image to identify a steady state and an abnormal state of the pantograph,
And when the pantograph object is detected, sets the pantograph search area of the next image frame based on the detection result of the pantograph object of the previous image frame.
제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는,
입력된 팬터그래프 영상의 영상 프레임 별로 탐색 영역을 설정하되,
이전 영상 프레임에서 검출된 팬터그래프 객체의 위치를 모르는 경우 영상 프레임의 전체 영역을 탐색 영역으로 설정하고,
이전 프레임에서 검출된 팬터그래프 객체의 위치를 알고 있는 경우, 상기 알고 있는 팬터그래프 객체의 위치가 기설정된 탐색 영역 내 포함되면 해당 영상 프레임에 이전과 동일한 탐색 영역을 적용하고, 상기 알고 있는 팬터그래프 객체의 위치가 기설정된 탐색 영역을 벗어난 경우 탐색 영역을 전체 영역으로 재설정하는, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치.
The method according to claim 1,
The processor comprising:
A search area is set for each image frame of the input pantograph image,
If the position of the pantograph object detected in the previous image frame is unknown, the entire area of the image frame is set as the search area,
When the position of the pantograph object detected in the previous frame is known, if the position of the known pantograph object is included in the predetermined search area, the same search area as before is applied to the corresponding image frame, and if the position of the known pantograph object is And resets the search area to the entire area when the search area is out of the preset search area.
제 2 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 이전 영상 프레임의 팬터그래프 객체의 위치에 기초하여 탐색 영역이 설정된 영상 프레임에 대해, 상기 설정된 팬터그래프 템플릿 영상과의 명도 및 색상 중 적어도 하나의 차이가 기설정된 임계값 이상인 경우 팬터그래프 템플릿 영상을 변경하는, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치.
3. The method of claim 2,
The processor comprising:
Changing a pantograph template image when a difference between at least one of brightness and color of the set pantograph template image is not less than a predetermined threshold value for an image frame in which a search area is set based on the position of the pantograph object of the previous image frame, Electric railway vehicle pantograph monitoring device.
제 1 항에 있어서,
상기 분류기는 서포트벡터 머신(Support Vector Machine, SVM)인 것인, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the classifier is a support vector machine (SVM).
제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 검출된 팬터그래프 객체로부터 집전판의 중심점을 검출하고,
상기 중심점으로부터 연장되는 수평선과 상기 집전판의 연장선 사이의 각도를 측정하고,
상기 각도를 영상 프레임 순서에 따라 나열하여 상기 각도가 제로크로싱되는 영상 프레임의 수를 검출하고, 상기 제로크로싱되는 영상 프레임의 수를 2로 나눈 값을 초당 프레임수로 나누어 주파수를 검출하고,
상기 검출된 주파수에 기초하여 팬터그래프의 진동 주기를 산출하는, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치.
The method according to claim 1,
The processor comprising:
Detecting a center point of the current collecting plate from the detected pantograph object,
Measuring an angle between a horizontal line extending from the center point and an extension line of the current collecting plate,
Detecting the number of image frames in which the angle is zero-crossed by arranging the angles according to a sequence of image frames, detecting a frequency by dividing the number of image frames to be crossed by two by a number of frames per second,
And calculates the oscillation period of the pantograph based on the detected frequency.
제 5 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 영상 프레임들의 상기 각도의 크기 변화량인 변위를 검출하고,
상기 집전판의 좌측 변위와 우측 변위의 차이를 산출하여 팬터그래프의 진동 강도를 산출하는, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치.
6. The method of claim 5,
The processor comprising:
Detecting a displacement, which is a magnitude variation of the angle of the image frames,
And calculates the difference between the left displacement and the right displacement of the current collecting plate to calculate the vibration strength of the pantograph.
제 6 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 집전판의 좌측 상하 변위 및 우측 상하 변위의 평균값을 각각 산출하고,
상기 집전판의 좌측 및 우측의 각 평균 상하 변위에 대해 푸리에 변환을 처리하여 팬터그래프의 진동 주파수를 산출하는, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치.
The method according to claim 6,
The processor comprising:
The average value of the upper left and lower right displacements of the current collecting plate is calculated,
And calculates a vibration frequency of the pantograph by processing the average vertical displacement of the left and right sides of the current collecting plate.
전기철도차량 팬터그래프 모니터링 장치의 팬터그래프 모니터링 방법에 있어서,
팬터그래프를 촬영한 팬터그래프 영상을 수집하는 단계;
상기 팬터그래프 영상을 기설정된 팬터그래프 템플릿 영상과 비교하여 영상 프레임 별로 팬터그래프 객체를 검출하는 단계;
상기 검출된 팬터그래프 객체들로부터 집전판의 경사 각도 및 변위를 측정하여 기설정된 진동 특성들을 검출하는 단계; 및
이전에 검출된 팬터그래프 영상의 진동 특성들을 기계학습한 분류기를 통해 상기 검출된 진동 특성을 분류하여 팬터그래프의 정상 상태 및 비정상 상태를 식별이전에 검출된 팬터그래프 영상의 진동 특성들을 기계학습한 분류기를 통해 상기 검출된 진동 특성들을 분류하여 팬터그래프의 정상 상태 및 비정상 상태를 식별하는 단계를 포함하며,
상기 팬터그래프 객체 검출 시, 이전 영상 프레임의 팬터그래프 객체 검출 결과에 기초하여 다음 영상 프레임의 팬터그래프 탐색 영역을 설정하는 것인, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 방법.
A method of monitoring a pantograph of an electric railway vehicle pantograph monitoring apparatus,
Collecting a pantograph image of the pantograph;
Comparing the pantograph image with a predetermined pantograph template image to detect a pantograph object for each image frame;
Detecting predetermined vibration characteristics by measuring a tilt angle and a displacement of the current collecting plate from the detected pantograph objects; And
The detected vibration characteristics are classified through a classifier that has previously learned the vibration characteristics of the pantograph image, and the vibration characteristics of the pantograph image detected before the identification of the steady state and the abnormal state of the pantograph are machine- And classifying the detected vibration characteristics to identify a steady state and an abnormal state of the pantograph,
And when the pantograph object is detected, sets the pantograph search area of the next image frame based on the pantograph object detection result of the previous image frame.
제 8 항에 있어서,
상기 팬터그래프 객체를 검출하는 단계는,
입력된 팬터그래프 영상의 영상 프레임 별로 탐색 영역을 설정하되,
이전 영상 프레임에서 검출된 팬터그래프 객체의 위치를 모르는 경우 영상 프레임의 전체 영역을 탐색 영역으로 설정하고,
이전 프레임에서 검출된 팬터그래프 객체의 위치를 알고 있는 경우, 상기 알고 있는 팬터그래프 객체의 위치가 기설정된 탐색 영역 내 포함되면 해당 영상 프레임에 이전과 동일한 탐색 영역을 적용하고, 상기 알고 있는 팬터그래프 객체의 위치가 기설정된 탐색 영역을 벗어난 경우 탐색 영역을 전체 영역으로 재설정하는, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein detecting the pantograph object comprises:
A search area is set for each image frame of the input pantograph image,
If the position of the pantograph object detected in the previous image frame is unknown, the entire area of the image frame is set as the search area,
When the position of the pantograph object detected in the previous frame is known, if the position of the known pantograph object is included in the predetermined search area, the same search area as before is applied to the corresponding image frame, and if the position of the known pantograph object is And resetting the search area to the entire area when the search area is out of the predetermined search area.
제 9 항에 있어서,
상기 팬터그래프 객체를 검출하는 단계는,
상기 이전 영상 프레임의 팬터그래프 객체의 위치에 기초하여 탐색 영역이 설정된 영상 프레임에 대해, 상기 설정된 팬터그래프 템플릿 영상과의 명도 및 색상 중 적어도 하나의 차이가 기설정된 임계값 이상인 경우 팬터그래프 템플릿 영상을 변경하는, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein detecting the pantograph object comprises:
Changing a pantograph template image when a difference between at least one of brightness and color of the set pantograph template image is not less than a predetermined threshold value for an image frame in which a search area is set based on the position of the pantograph object of the previous image frame, Electric Railway Vehicle Pantograph Monitoring Method.
제 8 항에 있어서,
상기 분류기는 서포트벡터 머신(Support Vector Machine, SVM)인 것인, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the classifier is a Support Vector Machine (SVM).
제 8 항에 있어서,
상기 진동 특성들을 검출하는 단계는,
상기 검출된 팬터그래프 객체로부터 집전판의 중심점을 검출하는 단계; 및 상기 중심점으로부터 연장되는 수평선과 상기 집전판의 연장선 사이의 각도를 측정하는 단계를 포함하며,
상기 각도를 영상 프레임 순서에 따라 나열하여 상기 각도가 제로크로싱되는 영상 프레임의 수를 검출하고, 상기 제로크로싱되는 영상 프레임의 수를 2로 나눈 값을 초당 프레임수로 나누어 주파수를 검출하고, 상기 검출된 주파수에 기초하여 팬터그래프의 진동 주기를 산출하고,
상기 영상 프레임들의 상기 각도의 크기 변화량인 변위를 검출하고, 상기 집전판의 좌측 변위와 우측 변위의 차이를 산출하여 팬터그래프의 진동 강도를 산출하고,
상기 집전판의 좌측 상하 변위 및 우측 상하 변위의 평균값을 각각 산출하고, 상기 집전판의 좌측 및 우측의 각 평균 상하 변위에 대해 푸리에 변환을 처리하여 팬터그래프의 진동 주파수를 산출하는, 전기철도차량 팬터그래프 모니터링 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the step of detecting the vibration characteristics comprises:
Detecting a center point of the current collector plate from the detected pantograph object; And measuring an angle between a horizontal line extending from the center point and an extension line of the current collector plate,
Detecting the number of image frames in which the angle is zero-crossed by arranging the angles in accordance with a sequence of image frames, detecting a frequency by dividing the number of image frames subjected to zero crossing by 2 divided by the number of frames per second, Calculates a vibration period of the pantograph based on the frequency,
Detecting a displacement which is a magnitude variation of the angle of the image frames and calculating a difference between a left displacement and a right displacement of the current collecting plate to calculate a vibration intensity of the pantograph,
And calculating the average value of the upper left and lower right displacements of the current collecting plate and processing the Fourier transform for each of the average vertical displacements of the left and right sides of the current collecting plate to calculate the oscillation frequency of the pantograph. Way.
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