一种接触网几何参数检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及检测技术，具体的讲是一种接触网几何参数检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着铁路交通运输网络和城市轨道交通网络规模的不断扩大和日趋完善，铁路和 城市轨道交通的相关运营维护部口的接触网检修任务也日益繁重。为有效提升铁路运输能 力和运输效率，铁路运营维护部口必须在控制检修时间的同时有效提高检修作业的质量和 效率，该就要求铁路运营维护部口采用更先进的检测技术和更科学的分析方法，从检测技 术、检测精度等方面提高日常检修的效率，满足既有线路日常维护保养工作和新建线路的 施工验收接管工作的需要。
[0003] 接触网是电气化铁路和轨道交通的牵引供电系统的重要设备。电力机车通过受电 弓与接触线滑动接触并获得电能。要保证电气化铁路和轨道交通的安全运营、保证弓网的 良好接触和可靠取流，除了在接触网设计、施工和运营方面达到一定的规范要求外，还必须 定期对接触网进行检测，W便及时发现并消除隐患。拉出值、导高等接触网几何参数是接触 网检测的重要项目，需要定期进行检测W确认接触网技术状态。传统的现场人工检测方式 检测效率很低，人员上道检测需申请维修天窗时间且安全性不高，尤其无法适应高速铁路 的全封闭式管理模式，并且只能对接触网进行静态几何参数测量，无法掌握列车真实运行 状态下的接触网技术状态。
[0004] 与现场人工检测方式相比，采用装备了接触网几何参数检测设备的专用车辆进行 自动检测的方式具有测量精度和效率高、安全性好、不占用维修天窗、可等速测量W检测列 车真实运行状态下的接触网技术状态等无可比拟的优势，代表着接触网检测技术的发展方 向。与接触网接触式测量技术相比，非接触式测量技术具有很多优点：既可进行静态测试W 对新建接触网工程进行施工质量评估，也可用于动态测试W监控运营接触网设施在真实运 行状态下的功能状态；接触网几何参数检测精度高，可准确检测出错段关节、电分相等接触 网转换结构中两支接触线的空间相对位置关系；系统结构简洁，不影响运行中的受电弓动 力学性能也不会对接触线产生额外扰动从而影响测量精度；设备位于车顶低压侧，安全性 高且远离电磁干扰。
[0005] 现有技术中接触网几何参数的非接触式检测技术主要包括激光扫描测距技术和 基于光学成像的视觉测量技术。现有的激光扫描测距技术存在测量速度较低、移动测量精 度较低、易受环境和被测材料表面反射率影响等不足，无法满足高速、高分辨率和全天候的 测量要求。而现有的采用面扫描摄像机的视觉测量技术受二维图像分辨率、单帖图像数据 量大、图像处理速度、易出现逆光等多种因素制约，同样难W满足高速、高分辨率和全天候 的测量要求。
【发明内容】
[0006] 为了对接触网进行全天实时检测，获得准确的检测结果，提高检测效率，同时不占 用维修天窗时间，不受车辆运行速度限制，既可w对新建线路接触网进行低速静态检测，也 可W对运营线路接触网进行与线路运营速度一致的等速测量，从而检验列车真实运行状态 下的接触网技术状态，本发明提供了一种接触网几何参数检测方法，方法包括：
[0007] 获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网图像；
[000引对所述一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标关系图；
[0009] 根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置；
[0010] 根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；
[0011] 根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接 触网几何参数。
[0012] 优选的，本发明一实施例中，据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触 线在图像中的成像位置包括：
[0013] 对所述灰度值与像素坐标关系图中的各像素点进行相邻点的灰度值相减的一阶 差分处理，生成灰度梯度与像素坐标关系图；
[0014] 根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定接触网的接触线在 图像中的成像位置。
[0015] 优选的，本发明一实施例中，根据灰度梯度与像素坐标关系图中灰度梯度尖峰处 的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置包括：
[0016] 根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的 像素区域；
[0017] 根据预设灰度阔值对所述具有接触线图像的像素区域进行过滤确定接触线在图 像中的成像位置。
[001引优选的，本发明一实施例中，根据灰度梯度与像素坐标关系图中灰度梯度尖峰处 的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置进一步包括：
[0019] 根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的 像素区域；
[0020] 根据预设灰度阔值对所述具有接触网图像的像素区域进行过滤；
[0021] 根据预先获取的干扰物与接触线的位置关系、接触线图像宽度特征对过滤处理后 的像素区域进行识别，确定接触线在图像中的成像位置。
[0022] 优选的，本发明一实施例中，根据线扫描摄像机的成像角度和线扫描摄像机相对 于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数包括：
[0023] 获取车辆与轨道的相对位置数据；
[0024] 根据所述成像角度、所述至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置利用=角 函数关系确定接触线与车辆顶部的空间位置；
[0025] 根据所述车辆与轨道的相对位置数据、接触线与车辆顶部的空间位置确定接触网 几何参数。
[0026] 同时，本发明还提供一种接触网几何参数检测装置，包括：
[0027] 图像采集模块，获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网 图像；
[002引灰度处理模块，用于对所述一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标 关系图；
[0029] 位置确定模块，用于根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图 像中的成像位置；
[0030] 角度确定模块，根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；
[0031] 几何参数确定模块，用于根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆 顶部的位置数据确定接触网几何参数。
[0032] 优选的，本发明一实施例中，位置确定模块包括：
[0033] 差分处理单元，用于对所述灰度值与像素坐标关系图中的各像素点进行相邻点的 灰度值相减的一阶差分处理，生成灰度梯度与像素坐标关系图；
[0034] 位置确定单元，用于根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定 接触网的接触线在图像中的成像位置。
[0035] 优选的，本发明一实施例中，位置确定单元包括：
[0036] 峰值区域确定单元，根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定 具有接触线图像的像素区域；
[0037] 过滤单元，用于根据预设灰度阔值对所述具有接触线图像的像素区域进行过滤确 定接触线在图像中的成像位置。
[003引优选的，本发明一实施例中，位置确定单元进一步包括：
[0039] 峰值区域确定单元，根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定 具有接触线图像的像素区域；
[0040] 过滤单元，根据预设灰度阔值对所述具有接触网图像的像素区域进行过滤；
[0041] 特征识别单元，根据预先获取的干扰物与接触线的位置关系、接触线图像宽度特 征对过滤处理后的像素区域进行识别，确定接触线在图像中的成像位置。
[0042] 优选的，本发明一实施例中，接触网几何参数检测装置还包括：
[0043] 轨道位置数据获取模块，采集车辆与轨道的相对位置数据；
[0044] 优选的，本发明一实施例中，几何参数确定模块包括：
[0045] 车顶空间位置确定单元，根据所述成像角度、所述至少两台线扫描摄像机相对于 车辆顶部的位置利用=角函数关系确定接触线与车辆顶部的空间位置；
[0046] 几何参数确定单元，根据所述车辆与轨道的相对位置数据、接触线与车辆顶部的 空间位置确定接触网几何参数。
[0047] 本发明的接触网几何参数检测方法及装置，利用线扫描摄像机采集的图像进行几 何参数检测，由于先扫描摄像机的一维成像精度高，线扫描速度快，W每米十个采样测量点 进行检测，因此，车辆检测速度可达400km/h甚至更高，不受车辆运行速度限制，既可W对 新建线路接触网进行低速静态检测，也可W对包括高速铁路在内的运营线路接触网进行与 线路运营速度一致的等速测量W检验列车真实运行状态下的接触网技术状态。采用光学非 接触检测方式对接触网进行全天实时检测，检测结果准确，检测效率高，不占用维修天窗时 间，为接触网动静态几何参数测量评估提供了一种可靠的技术手段，提升了供电设备检查 和维护的工作效率。
[0048] 为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
[0049] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据该些附图获得其他的附图。
[0化0] 图1为本发明提供的一种接触网几何参数检测方法的流程图；
[0051] 图2为本发明实施例中一步骤的流程图；
[0化2] 图3为本发明实施例中确定成像位置的流程图；
[0053] 图4为本发明实施例中的S角测量原理示意图；
[0化4] 图5为本发明提供的一种接触网几何参数检测装置的框图；
[0055] 图6为本发明实施例中的装置结构示意图；
[0056] 图7为本实施例中的接触网几何参数的检测装置的框图；
[0化7] 图8为本实施例中的接触网几何参数的原理示意图；
[0化引图9为本发明实施例的接触网几何参数检测流程；
[0059] 图10为本发明实施例中的接触网几何参数检测软件模块示意图；
[0060] 图11本发明实施例中接触网几何参数检测的图像处理流程；
[0061] 图12为本发明实施例中拍摄的接触网原始灰度图像数据；
[0062] 图13为本发明实施例中差分处理后的接触网灰度梯度图；
[0063] 图14为本发明实施例