RU2291066C2 - Method of optical monitoring of wear of contact wires - Google Patents
Method of optical monitoring of wear of contact wires Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291066C2 RU2291066C2 RU2005107335/28A RU2005107335A RU2291066C2 RU 2291066 C2 RU2291066 C2 RU 2291066C2 RU 2005107335/28 A RU2005107335/28 A RU 2005107335/28A RU 2005107335 A RU2005107335 A RU 2005107335A RU 2291066 C2 RU2291066 C2 RU 2291066C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wire
- wear
- contact
- car
- image
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к дистанционным измерительным системам и предназначено для определения степени износа контактных проводов электропитания железнодорожного транспорта в составе специализированных вагонов-лабораторий.The invention relates to remote measuring systems and is intended to determine the degree of wear of the contact wires of the power supply of railway transport as part of specialized laboratory wagons.
Известно устройство для измерения ширины площадки износа контактного провода, состоящее из нескольких телевизионных камер с перекрывающимися полями зрения, расположенных на кронштейне токосъемной лыжи пантографа. Камеры установлены в один ряд, параллельно полозу пантографа ниже уровня линейного осветителя, который, в свою очередь, установлен на этом же кронштейне параллельно лыже токоприемника, но ближе к контактному проводу [1]. Объектом наблюдения каждой телекамеры при движении вагона-лаборатории является светящаяся полоса на контактном проводе. Ширина площадки износа определяется числом ячеек камеры, имеющих повышенную относительно соседних элементов яркость.A device for measuring the width of the area of wear of the contact wire, consisting of several television cameras with overlapping fields of view located on the bracket collector ski pantograph. The cameras are installed in one row parallel to the pantograph runner below the level of a linear illuminator, which, in turn, is mounted on the same bracket parallel to the current collector ski, but closer to the contact wire [1]. The object of observation of each camera during the movement of the laboratory car is a luminous strip on the contact wire. The width of the wear pad is determined by the number of cells in the camera having a higher brightness relative to neighboring elements.
Двоичный код, соответствующий условным размерам светящейся полосы, поступает в блок обработки информации на базе-ПЭВМ. В блоке обработки этот код преобразуется в физическую величину (мм), на основе которой рассчитываются сечение и величина износа контактного провода. Результаты измерений в виде набора числовых величин или графика выводятся на печатающее устройство.The binary code corresponding to the conditional size of the luminous strip enters the information processing unit based on the PC. In the processing unit, this code is converted into a physical quantity (mm), based on which the cross section and the amount of wear of the contact wire are calculated. The measurement results in the form of a set of numerical values or graphs are displayed on a printing device.
Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:
а) Низкая измерительная точность в продольном направлении при движении вагона-лаборатории на средних и высоких скоростях. Так при частоте кадровой развертки телекамеры 50 Гц и скорости движения 60 км/ч измерении выполняются с шагом 0,3 м. Это не позволяет выявить все дефекты и считать подобный контроль полным.a) Low measuring accuracy in the longitudinal direction when the laboratory car moves at medium and high speeds. So, at a frame-scan frequency of a camera of 50 Hz and a speed of 60 km / h, measurements are performed in increments of 0.3 m. This does not make it possible to identify all defects and consider such control complete.
б) Съемочная система обладает низкой помехоустойчивостью, поскольку не защищена от действия осадков и пыли.b) The filming system has low noise immunity, as it is not protected from the effects of precipitation and dust.
в) Устройство не обеспечивает привязку к местности материалов съемки,c) The device does not provide the location of the shooting materials,
что крайне усложняет практическое использование результатов измерений.which greatly complicates the practical use of measurement results.
Другой тип устройства определения степени износа контактного провода рассмотрен в [2], в котором измерение ширины площадки скольжения осуществляется с помощью двух или более оптоэлектронных головок. Каждая головка включает одну линейку приемников с зарядовой связью (ПЗС), регистрирующую отраженную от линейного осветителя излучение. Съемка контактного провода выполняется одновременно и независимо несколькими оптоэлектронными головками с более высокой частотой сканирования.Another type of device for determining the degree of wear of the contact wire is considered in [2], in which the measurement of the width of the sliding area is carried out using two or more optoelectronic heads. Each head includes one line of charge-coupled receivers (CCD), which records radiation reflected from a linear illuminator. Contact wire is shot simultaneously and independently by several optoelectronic heads with a higher scanning frequency.
В данном устройстве, так же как и в устройстве [1], на вход компьютера обработки от каждой ПЗС-линейки поступают коды, задающие условную ширину площадки износа провода. Коды переводятся в физические величины, которые затем усредняются по числу ПЗС-линеек. При этом разрешающая способность устройства в поперечном направлении меньше [1] и определяется числом фоточувствительных элементов в одной линейке, которое, как правило, равно 1024.In this device, as well as in the device [1], codes are input to the input of the processing computer from each CCD line, specifying the conditional width of the wire wear pad. Codes are translated into physical quantities, which are then averaged over the number of CCD arrays. Moreover, the resolution of the device in the transverse direction is less than [1] and is determined by the number of photosensitive elements in one line, which, as a rule, is equal to 1024.
Следует заметить, что в данном устройстве также отсутствует механизм привязки к местности результатов измерений. Кроме того, наличие нескольких независимых оптоэлектронных головок приводит к усложнению и удорожанию аппаратуры, поскольку необходимо обеспечить фотометрическое выравнивание параметров ПЗС-линеек, а также геометрическое совмещение полей зрения всех головок. В противном случае операция осреднения измерений будет выполняться некорректно и не давать повышения точности.It should be noted that this device also lacks a mechanism for linking the measurement results to the terrain. In addition, the presence of several independent optoelectronic heads leads to a more complicated and expensive equipment, since it is necessary to ensure photometric alignment of CCD line parameters, as well as geometric alignment of the field of view of all heads. Otherwise, the operation of averaging measurements will not be performed correctly and will not give an increase in accuracy.
Главным же недостатком рассмотренных устройств является то, что предусмотренный в них механизм измерения ширины полосы скольжении не позволяет выявить места локального утончения провода, в которых происходит его обрыв. Эти участки характеризуются частичным перегоранием провода, вызванным электрической дугой в местах нарушения контакта с токосъемником пантографа, не имеют блестящей и соответственно более яркой поверхности и не регистрируются устройствами. Отсутствие возможности послесеансного анализа отснятых изображений и уточнения полученных измерений делают данный недостаток для упомянутых устройств принципиальным.The main disadvantage of the considered devices is that the mechanism for measuring the width of the slip strip provided in them does not allow to identify the places of local thinning of the wire in which it breaks. These sections are characterized by a partial burn-out of the wire caused by an electric arc in places where the pantograph has no contact with the current collector, do not have a shiny and correspondingly brighter surface, and are not registered by the devices. The lack of the possibility of post-session analysis of captured images and clarification of the measurements made this disadvantage for the mentioned devices is fundamental.
Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков за счет повышения точности, достоверности измерений и автоматизации процесса их геопривязки на основе компьютерной обработки и анализа снятого во время движения вагона-лаборатории сканерного изображения контактных проводов.The aim of the invention is to remedy these shortcomings by improving the accuracy, reliability of measurements and automation of the process of their georeferencing based on computer processing and analysis of the scanner image of contact wires taken during the movement of the laboratory car.
Техническим результатом изобретения является обеспечение безаварийной работы железнодорожного транспорта за счет получения объективной информации о возможных местах обрыва токоподводящей контактной сети и принятия своевременных превентивных ремонтных мероприятий по замене дефектных участков контактного провода.The technical result of the invention is to ensure trouble-free operation of railway transport by obtaining objective information about possible places of a breakdown of a current-supply contact network and taking timely preventive repair measures to replace defective sections of a contact wire.
Заявленная цель достигается тем, что для сканерной видеосъемки контактной сети (1) вагон-лаборатория оснащается съемочным комплексом, включающим: GPS-приемник (4), сканер (3), плату аналогово-цифрового преобразователя и ввода информации в компьютер (5) и обрабатывающий компьютер (6), фиг.1. Сканер включает две ПЗС-линейки, полупрозрачное зеркало (с), осуществляющее разделение светового потока по ПЗС-линейкам, и объектив с блендой (d), предохраняющей объектив от осадков и посторонних излучений. Сканер, установленный в направлении обратном движению вагона-лаборатории, регистрирует отраженный от контактных проводов световой поток, формируемый излучателем (2). С целью минимизации масштабных искажений, вызванных изменением высоты контактной сети, съемка выполняется под углом на дистанцию 3,3 м. При этом пространственное разрешение в поперечном направлении от одной линейки составит 0,6 мм при средней высоте провиса контактного провода.The stated goal is achieved by the fact that for scanner video shooting of the contact network (1), the laboratory car is equipped with a shooting complex, which includes: a GPS receiver (4), a scanner (3), an analog-to-digital converter board and inputting information into a computer (5) and processing computer (6), Fig. 1. The scanner includes two CCD arrays, a translucent mirror (c), which separates the light flux by CCD arrays, and a lens with a hood (d) that protects the lens from precipitation and extraneous radiation. A scanner installed in the opposite direction to the laboratory carriage registers the light flux reflected from the contact wires generated by the emitter (2). In order to minimize large-scale distortions caused by a change in the height of the contact network, the survey is performed at an angle of 3.3 m. In this case, the spatial resolution in the transverse direction from one ruler will be 0.6 mm with an average height of sag of the contact wire.
Каждая ПЗС-линейка содержит 1024 элемента при размерах фоточувствительного приемника 13×13 мкм. Для повышения пространственного разрешения путем послесеансной компьютерной обработки материалов съемки ПЗС-линейки смещены на l/2 элемента по строке. Считывание информации с линеек происходит одновременно со скоростью 700 стр./с. За это время при скорости вагона-лаборатории 50 км/ч шаг опроса провода составит 20 мм.Each CCD array contains 1,024 elements with a photosensitive receiver measuring 13 x 13 microns. To increase the spatial resolution by post-session computer processing of materials, the CCD array images are shifted by l / 2 elements per line. Reading information from the rulers occurs simultaneously at a speed of 700 p./s. During this time, at a speed of a laboratory car of 50 km / h, the step of polling the wire will be 20 mm.
Формируемое ПЗС-линейками изображение передается через плату сопряжения в персональный компьютер. При этом в служебную часть строки заносятся текущие географические; координаты вагона и расстояние от начального пункта съемки, поступающие от GPS-приемника. Компьютер (6) имеет конфигурацию, например, не хуже следующей:The image formed by the CCD arrays is transmitted via the interface card to a personal computer. At the same time, the current geographical ones are entered in the service part of the line; the coordinates of the car and the distance from the starting point of the survey, coming from the GPS-receiver. Computer (6) has a configuration, for example, no worse than the following:
- процессор Pentium-IV с производительностью от 2500 МГц;- Pentium-IV processor with a capacity of 2500 MHz;
- оперативная память 2 Гбайта;-
- монитор 17";- monitor 17 ";
- цветной струйный принтер;- color inkjet printer;
- жесткий диск 200 Гбайт, клавиатура, мышь;- 200 GB hard drive, keyboard, mouse;
- ОС Windows 2000/XP.- OS Windows 2000 / XP.
Управление процессом съемки и обработки материалов осуществляет оператор комплекса (7), фиг.1.The process of shooting and processing materials is controlled by the operator of the complex (7), Fig. 1.
Обследование контактной сети выполняется за два этапа. На первом этапе выполняется съемка намеченного участка, а на втором обработка и анализ отснятых изображений. Скорость движения вагона-лаборатории и длина обследуемого участка выбираются из условия формировании файла изображения объемом 5-7 Гбайт.A contact network survey is carried out in two stages. At the first stage, the intended area is shot, and at the second, the processing and analysis of the captured images. The speed of movement of the laboratory car and the length of the surveyed area are selected from the conditions for the formation of an image file of 5-7 GB.
Процесс съемки во времени иллюстрирует верхняя часть фиг.2. В блоке 1 происходит формирование текущей строки от 2-х ПЗС-линеек. В блоке 2 определяются географические координаты вагона-лаборатории: φ - широта, λ - долгота и расстояние от точки начала съемки L. Эта информация заносится в служебную часть строки изображения и объединенные данные вводятся в оперативную память компьютера (блок 3).The time-lapse shooting process is illustrated in the upper part of FIG. In
Управляющая программа считывает данные из памяти компьютера и выводит на экран монитора новую строку, организуя непрерывное скроллирование снимаемого изображения, и тем самым позволяет наладить контроль процесса съемки (блок 4). Одновременно строка считывается из памяти и записывается на жесткий диск (блок 5). По окончании съемки на жестком диске создается объединенное от двух ПЗС-линеек изображение В=[b(m, n)] всего участка съемки, где m - номер строки, ; n - номер столбца, ; N - число пикселей в одной ПЗС-линейке;The control program reads data from the computer's memory and displays a new line on the monitor screen, organizing continuous scrolling of the captured image, and thereby allows you to establish control over the shooting process (block 4). At the same time, the line is read from memory and written to the hard disk (block 5). At the end of the survey, the image B = [b (m, n)] of the entire survey area, where m is the line number, is created from the two CCD arrays on the hard disk ; n is the column number, ; N is the number of pixels in one CCD array;
b1, b2 - яркости элементов изображения от первой и второй ПЗС-линеек соответственно.b 1 , b 2 - the brightness of the image elements from the first and second CCD arrays, respectively.
На втором этапе для определения степени износа контактного провода выполняются следующие шаги компьютерной обработки изображения В.At the second stage, to determine the degree of wear of the contact wire, the following steps are taken for computer processing of image B.
Во-первых, выполняется предварительная обработка изображения В с целью формирования нового изображения В* повышенной разрешающей способности (блок 6). Принцип формирования изображения В* поясняет фиг.3, на которой представлено взаимное расположение элементов изображения m - и строки от первой и второй ПЗС-линеек. Из чертежа следует, что отсчеты b1, b2 и b* связаны между собой формулой:Firstly, the preliminary processing of the image B is performed in order to form a new image B * of high resolution (block 6). The image forming principle B * is illustrated in FIG. 3, which shows the relative position of the image elements m - and the lines from the first and second CCD arrays. From the drawing it follows that the samples b 1 , b 2 and b * are interconnected by the formula:
b(m, 1)=b*(m, 1)+b*(m, 2), 2b(m, 2)=b*(m, 2)+b*(m, 3) и т.д.b (m, 1) = b * (m, 1) + b * (m, 2), 2b (m, 2) = b * (m, 2) + b * (m, 3), etc.
Множитель 2 выполняет функцию нормировки, чтобы энергия излучения, приходящаяся на одну из исходящих ПЗС-линеек, была равна энергии нового изображения В*. Формула для определения произвольного элемента В* выглядит следующим образом:The
Таким образом, в результате предварительной обработки в памяти компьютера формируется новое изображение В* с пространственным разрешением в 2 раза выше, чем то, которое получается при съемке одной ПЗС-линейкой, и равным 0,3 мм.Thus, as a result of pre-processing, a new image B * is formed in the computer's memory with a
Во время второго шага обработки (блок 7, фиг.2) на снимке В* выделяются изображения двух контактных проводов. С помощью порогового алгоритма распознается более яркий участок каждого провода, соответствующий полосе износа, и подсчитывается ширина провода и ширина площадки скольжения. Для повышения точности вычислений полученные измерения сглаживаются по методу наименьших квадратов в скользящем окне. Составляется отношение измеренных значений диаметра провода и размеру площадки износа, на основе которого вычисляется остаточная высота каждого провода и степень его износа.During the second processing step (
Участки изображения контактного провода, на которых не распознается светлая полоса, дополнительно анализируются визуально на экране монитора компьютера 6 (фиг.1) на предмет наличия места локального перегорания провода (блок 8, фиг.2).The portions of the contact wire image on which the light strip is not recognized are additionally analyzed visually on the computer screen 6 (Fig. 1) for the presence of a local burnout of the wire (
На основе находящихся в составе строк изображения В географических координат, задающих текущее местоположение вагона-лаборатории и соответственно сканируемой строки, формируется картографический план контактной сети с цветными отметками участков различной степени износа. Привязанный к местности план печатается на принтере и передается ремонтной бригаде (блок 9, фиг.2). Дополнительно в виде файла или его принтерной копии формируется график степени износа провода в зависимости от пройденного вагоном-лабораторией пути. Пример картографического плана с условными обозначениями (точные значения измерений изменены) представлен на фиг.4. Для проведения ремонтных работ дефектный участок провода на местности идентифицируется с помощью GPS-приемника или на основе перевода длины пройденного пути в принятую на железной дороге систему отсчетов с погрешностью 2-3 м.Based on the geographical coordinates that are part of the image lines that specify the current location of the laboratory car and, accordingly, the scanned line, a cartographic plan of the contact network is formed with colored marks of sections of varying degrees of wear. The plan attached to the terrain is printed on the printer and transmitted to the repair team (
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2120866. Устройство для замера и регистрации износа контактного провода.1. RF patent No. 2120866. Device for measuring and recording wear of a contact wire.
2. Патент РФ №2137622. Устройство для измерения параметров контактного провода.2. RF patent №2137622. Device for measuring contact wire parameters.
3. Устройство для определения износа контактного провода. Железные дороги мира, 2001, №9 / Н.Nagasawa et al. Quarterly Report of RIRI, 2000, №4, p.117-119.3. A device for determining the wear of the contact wire. World Railways, 2001, No. 9 / H. Nagasawa et al. Quarterly Report of RIRI, 2000, No. 4, p. 117-119.
4. Измерительная система для определения положения и износа контактного провода. Железные дороги мира, 2003, №4 / В.Sames. Elektrische Bahnen, 2001, №12, s.490-495.4. Measuring system for determining the position and wear of the contact wire. Railways of the World, 2003, No. 4 / B.Sames. Elektrische Bahnen, 2001, No. 12, s. 490-495.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005107335/28A RU2291066C2 (en) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | Method of optical monitoring of wear of contact wires |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005107335/28A RU2291066C2 (en) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | Method of optical monitoring of wear of contact wires |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2291066C2 true RU2291066C2 (en) | 2007-01-10 |
Family
ID=37761395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005107335/28A RU2291066C2 (en) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | Method of optical monitoring of wear of contact wires |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2291066C2 (en) |
-
2005
- 2005-03-16 RU RU2005107335/28A patent/RU2291066C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111855664B (en) | Adjustable three-dimensional tunnel defect detection system | |
RU2445571C1 (en) | Apparatus for measuring parameters of intersections | |
KR940007111B1 (en) | Method and apparatus for the optical determination of surface profiles | |
CN107678036A (en) | A kind of vehicle-mounted contactless contact net geometric parameter dynamic detection system and method | |
CN113310987B (en) | Tunnel lining surface detection system and method | |
CN111121643B (en) | Road width measuring method and system | |
US11671574B2 (en) | Information processing apparatus, image capture apparatus, image processing system, and method of processing a plurality of captured images of a traveling surface where a moveable apparatus travels | |
JPH0367575B2 (en) | ||
CN107703513B (en) | Non-contact net relative position detection method based on image processing | |
CN102410811A (en) | Method and system for measuring parameters of bent pipe | |
KR20010081930A (en) | Wheel measuring apparatus | |
EP0215948A1 (en) | Vehicle for evaluating properties of road surfaces | |
CN110082360A (en) | A kind of sequence optical element surface on-line detection device of defects and method based on array camera | |
CN103938531A (en) | Laser road slab staggering detecting system and method | |
CN107806824A (en) | The detection method and device of contact net geometric parameter under a kind of lower-speed state | |
JPH0355764B2 (en) | ||
CN110260889B (en) | Automatic calibrating device and method for handheld range finder | |
CN113267135B (en) | Device and method for quickly and automatically measuring gauge of trackside equipment | |
CN107621229B (en) | Real-time railway track width measurement system and method based on area array black-and-white camera | |
RU2291066C2 (en) | Method of optical monitoring of wear of contact wires | |
RU2729512C1 (en) | Method for indirect measurement of range from a diesel locomotive shunter to a rail track straight section | |
JPH05157558A (en) | Vehicular gap detector | |
Mendelsohn | Automated pavement crack detection: An assessment of leading technologies | |
KR100415796B1 (en) | Method of determining a scanning interval in surface inspection | |
JP4835506B2 (en) | Trolley wire wear measuring device by image processing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20090127 |
|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100114 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20101122 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190317 |