车载动态弓网监测系统及方法与流程

本发明涉及地铁故障检测领域，更具体地，涉及一种车载动态弓网监测系统及方法。

背景技术：

随着城市经济的发展，地铁车辆具有高效率、低污染等优点，在解决城市交通拥挤方面，起到重要的角色，近几年，地铁在全国各大城市得到了快速的发展。与此同时，地铁车辆弓网故障也越来越突出。地铁车辆一旦出现弓网故障将会给地铁行车及运营造成恶劣的影响。电力机车在运行中通过车顶电网供电，机车从电网上受电的装置称为机车受电弓。电力机车依靠“弓网作用”滑动取流，其工作过程承受滑动、摩擦、热、电和化学等综合因素，是一个比较复杂的过程。中国电气化铁路目前仍存在着弓网事故多，停电时间长等问题，据有关资料统计，我国电气化铁路停电、停运事故中弓网事故占事故的80％左右，特别是随着铁路向重载、高速、和信息化方向的发展，如何防止弓网事故显得尤为重要。

现今的车载实时监控系统只能接收到报警信息，弓网故障区域的具体位置还需要人工进行检测，使得弓网故障检测的效率不高。因此，有必要开发一种车载动态弓网监测系统及方法。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明提出了一种车载动态弓网监测系统及方法，其能够通过所建立的定位系统，使得后台能够精准确定弓网故障区域的位置，及时进行处理，提高弓网故障监测效率。

根据本发明的一方面，提出了车载动态弓网监测系统。所述方法可以包括：采集子系统、定位子系统及处理器，

其中：

所述采集子系统用于对列车弓网图像实时采集；

所述定位子系统包括用于确定列车车速及确定开关门状态的车载监测模块，基于所获得的基站信号强度判断列车所在站点的基站定位模块和用于识别供电轨定位支持装置编号和锚段关节装置的接触网部件识别模块；

所述处理器接收采集子系统采集的弓网图像信号，根据所述图像判断弓网是否发生故障，并记录故障发生时间；

基于车载监测模块获得的列车车速和开关门信号判断列车是否停车，并在停车状态下基于基站定位模块获取列车所在站点，结合线路数据库重置站间运行时间；

获取识别列车供电轨定位支持装置和锚段关节装置的时间，结合车辆运行时间，计算列车在供电轨定位支持装置和锚段关节装置区段内的运行里程，定位故障发生位置。

优选地，所述采集子系统和所述接触网部件识别模块分别包括工业摄像机。

优选地，所述处理器通过rs485总线获取车载监测模块的输出信号。

优选地，还包括用于补光的照明子系统，所述照明子系统包括led红外补光灯。

优选地，所述led红外补光灯邻接设置于所述工业摄像机，并与所述工业摄像机封装于同一防护罩内。

优选地，所述照明子系统还包括多个激光器，所述激光器设置于车顶上，且位于受电弓前方，用于对所述接触网识别模块中的工业摄像机补光。

优选地，还包括与所述采集子系统的工业摄像机和所述处理器相连接的监视器，用于显示所述工业摄像机所采集的图像以及所述处理器输出的故障识别图像。

优选地，所述采集子系统的工业摄像机设于列车顶部，沿列车长度方向安装在受电弓的前方，距离受电弓1.5～2.5m处。

根据本发明的另一方面，提出了一种车载动态弓网监测方法，所述方法可以包括：

1)实时采集列车弓网图像；

2)根据所采集的弓网图像判断弓网是否发生故障，并记录故障发生的时间；

3)判断列车是否停车，并在停车状态下获取列车所在站点，结合线路数据库重置站间运行时间；

4)获取识别列车供电轨定位支持装置和锚段关节装置的时间，结合车辆运行时间，计算列车在供电轨定位支持装置和锚段关节装置区段内的运行里程，定位故障发生位置。

本发明的有益效果在于：利用车载弓网动态监测系统对弓网进行实时监测，将拍摄到的弓网实时图像信息传输到后台进行处理，并在车载系统中加装实时定位模块，可以对弓网进行定位，有利于后台对弓网故障区域进行确定，提高故障处理效率。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的车载弓网动态监测系统的结构示意图。

附图标记：

s1、采集子系统；s2、定位子系统；s3、处理器；s21、车载监测模块；s22、基站定位模块；s23、接触网部件识别模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的车载弓网动态监测系统的结构示意图。

在该实施例中，根据本发明的车载弓网动态监测系统可以包括：采集子系统s1，定位子系统s2和处理器s3，定位子系统s2包括车载监测模块s21、基站定位模块s22和接触网部件识别模块s23。采集子系统s1用于对列车弓网图像进行实时采集。定位系统s2用于确定弓网故障位置，车载监测模块s21用于确定列车车速及列车开关门状态，基站定位模块s22用于基于所获得的基站信号强度判断列车所在站点，接触网部件识别模块s23用于识别供电轨定位支持装置编号和锚段关节装置。处理器s3用于接收采集子系统采集s1的弓网图像信号，根据所述图像判断弓网是否发生故障，并记录故障发生时间，并基于车载监测模块s21获得的列车车速和开关门信号判断列车是否停车，并在停车状态下基于基站定位模块s22获取列车所在站点，同时结合线路数据库重置站间运行时间；获取接触网部件识别模块s23识别列车供电轨定位支持装置编号和锚段关节装置的时间，结合车辆运行时间，计算列车在供电轨定位支持装置和锚段关节装置区段内的运行里程，定位故障发生位置。

具体地，当列车进站时，通过车载监测模块s21读取列车列控系统中的列车开关门信号，并将信号传入车内处理器s3。当从车载监测模块s21读取到关门信号时，确定车辆处于停车状态，基站定位模块s22通过读取移动基站的cellid的列表及每个id的信号强度，确定列车所在站点。当列车每次从一个站点出发，处理器s3通过获得的信息，包括列车出站时间，与线路数据库结合，使列车驶出该站点的时刻为计时的初始时刻，重置站间运行时间，通过该时间能够更精确地计算列车从该站出发后的运行里程。

在列车出站后的运行过程中，利用定位子系统s2中的接触网部件识别模块s23对接触网进行图像采集，并利用图像处理算法识别出供电轨定位支持装置和锚段关节装置，通过查询线路数据库中的信息，确定列车行经位置。具体地，通过确定列车在出站后经过供电轨定位支持装置和锚段关节装置的数量，在已知供电轨定位支持装置和锚段关节装置的位置的情况下，即能够确定列车所通过的最后一个供电轨定位支持装置和锚段关节装置，及能够确定出列车处于该供电轨定位装置和锚段关节装置的区段内。或者，通过识别供电轨定位支持装置的编号和在相邻的两个供电轨定位支持装置之间的锚段关节装置数量，确定列车所处的供电轨定位支持装置和锚段关节装置的区段位置。

处理器s3通过采集子模块s1所采集的弓网图像判断弓网是否存在异常，对于发生异常的弓网图像，记录图像采集时间。对于图像异常的判断通过采集的图像与标准图像进行比对，判断弓网是否存在异常，同时利用处理器内的图像识别算法，获得相应的弓网参数，与设定参数进行比对，判断弓网参数是否处在正常参数阈值内，判断弓网参数是否异常。获取接触网部件识别模块s23识别列车供电轨定位支持装置编号和锚段关节装置的时间，结合车辆运行时间，及在车载监测模块s21读取列车列控系统中的车速信息，计算列车在所处于的供电轨定位支持装置和锚段关节装置区段内的运行里程，进而确定弓网发生故障的具体位置。

在一个示例中，采集子系统s1和所述接触网部件识别模块s23分别包括工业摄像机。

工业摄像机是一种适用于智能交通、治安卡口、高清电子警察系统、工业检测、半导体检测、印制板检测、食品饮料检测等众多领域的高分辨率彩色数字工业摄像机。它具有传输速度快、色彩还原性好、成像清晰等特点，不但能够方便拍摄显微图像，而且能够测量拍摄物体的长度、角度、面积等系列参数。工业摄像机具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力。工业摄像机按摄像器件划分为电真空摄像器件(即摄像管)工业摄像机和固体摄像器件(ccd器件、cmos器件)工业摄像机两大类。

在示例性实施例中，车载动态弓网监测系统还包括用于补光的照明子系统，所述照明子系统包括led红外补光灯，所述led红外补光灯邻接设置于所述工业摄像机，并与所述工业摄像机封装于同一防护罩内。

具体地，所述照明子系统还包括多个激光器，所述激光器设置于车顶上，且位于受电弓前方，用于对所述接触网识别模块中的工业摄像机补光。

在示例性实施例中，所述采集子系统s1的工业摄像机设于列车顶部，沿列车长度方向安装在受电弓的前方，距离受电弓1.5～2.5m处。

作为优选方案，采集子系统s1由彩色低照度工业摄像机和全天候防护罩及支架构成。采集子系统主要完成对电力机车受电弓和车顶图像的实时采集和高分辨率图像抓拍。在电气化铁道安装工业摄像机进行监控，重点是强电磁场干扰和恶劣环境问题。工业摄像机在室外车顶架设，其工作环境较为恶劣，环境工作温度-30摄氏度～60摄氏度，灰尘雨水较大，工业摄像机距离接触网不足3m，受到强电磁场的干扰。因此，在工业摄像机和护罩等配置需充分考虑下述因素：

(1)工业摄像机要求：支持自动光圈镜头；自动白平衡；自动背光补偿；最低照度不大于0.001lux。

(2)护罩和支架要求：支持ip67以上防护要求；抗电磁干扰；防护罩内置可调节的工业摄像机安装板；自动温控：控制风扇和加热器的开启和关闭；支架采用钢质重型支架，用于固定整个工业摄像机。

(3)采集子系统安装：工业摄像机的安装需根据火车的结构以及受电弓位置来决定，根据韶山系列电力机车的勘察，火车车顶距离上方接触电网的距离约为2.6米，受电弓受电长度约为1.3米，为了使监控画面比较直观，实际监控区域需在受电弓受电长度上略微增加，约为2米的范围区域。工业摄像机固定在距离受电弓2米左右的前端车顶上，这块区域大致位于司机室正上方，此处在进行车体检修时不会被拆离，故安装摄像设备不存在后期隐患。工业摄像机安装时，与水平线保持40度左右的角度，并且工业摄像机镜头开角需要大于20度。以同样的方式在火车尾部的受电弓安装工业摄像机。

作为优选方案，首先，照明范围设计根据韶山系列机车受电弓位置情况，led红外补光灯照明范围需要大于工业摄像机所捕捉图像的范围，即光照范围大于2m。其次，led功率设计根据受电弓顶端补光后最低照度需达到10～15lux，因此led红外补光灯功率设计为10w～15w。再次，led红外补光工艺根据led的光照范围和功率，led红外补光系统采用小开角设计工艺，外置安装，制造工艺为cob方式，由于cob方式会造成集中发热的问题，需要在led红外补光灯后加装散热设备避免led本身损坏、达到延长寿命的目的。对于照明子系统安装采用外置安装的模式，led红外补光灯安装在工业摄像机旁，固定角度与水平线保持40度左右，并且led红外补光灯灯头开角角度在20度～25度之间。最后，关于照明子系统防护情况led红外补光灯光源部分采用ip66以上防护等级设计，护罩采用ip67以上防护等级设计，led红外补光灯不受电磁场干扰影响。

在一个示例中，处理器s3通过rs485总线获取车载监测模块s21的输出信号。

具体地，处理器s3作为检测系统的核心，主要负责图像的编码、存储，同时提供高分辨率抓拍、gps定位和3g无线传输。图像编码：系统支持4路d1(720x576)h.264编码；高分辨率抓拍：支持1080p分辨率抓拍；图像存储：d1(720x576)：每路图像1.5mb/s存储到本地硬盘当中，1路视频1天存储视频大小大约为192×3600×24×1÷0.9＝17.57g；其他功能：gps定位；支持电信或联通3g无线传输：传输图像为cif(352x288)。

在示例性实施例中，车载动态弓网监测系统还包括用于显示所述工业摄像机拍摄的图像信息的监视器，所述监视器与所述工业摄像机和所述处理器相连接。

作为优选方案，监视器使用液晶监视器，设置于司机室中，能够直观地观察被监控区域的图像信息，必要时还可将某一路图像放大到全屏幕以便更细致的观察。液晶监视器采用10规格，外加机壳固定，机壳上设置操作按键，可进行图像的检索和放大。采用车顶穿孔的方式将同轴电缆引到车顶工业摄像机上(曝露在室外的部分需要包裹屏蔽层和保护套)，并引线到司机室3g处理器上，通过处理器的录像功能对视频进行实时存储，方便以后调用取证。同时利用同轴电缆将液晶监视器与处理器互联，司机室工作人员可以通过操作台板上的液晶监视器获取车头车尾受电弓的2路视频图像。

在一个示例中，车载动态弓网监测系统还包括传输子系统，所述传输子系统与所述采集子系统s1、所述定位系统s2及所述监视器相连接，使处理器通过所述传输子系统接收所述采集子系统s1和所述定位系统s2传输的信息。

作为优选方案，车载动态弓网监测系统还包括电源子系统，负责工业摄像机、处理器和灯光系统的供电。电源系统可通过从机车内电源引出dc110v，接上稳压装置将输入的dc110v直流电转换成稳定可调的dc6～24v直流电输出，为整个实时监控系统提供电源。

本发明通过利用车载弓网动态监测系统对弓网进行实时监测，将拍摄到的弓网实时图像信息传输到后台进行处理，并在车载系统中的实时定位模块，可以对弓网进行定位，有利于后台对弓网故障区域进行确定，提高故障处理效率。

综上所述，本发明通过利用车载弓网动态监测系统对弓网进行实时监测，将拍摄到的弓网实时图像信息传输到后台进行处理，并在车载系统中加装的定位模块，可以对弓网进行定位，有利于后台对弓网故障区域进行确定，提高故障处理效率。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。