接触网运行状态安全监测分析系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及接触网领域，特别是涉及接触网运行状态安全监测分析系统。
【背景技术】
[0002] 在电气化铁路中，接触网是电气化铁道的主要供电设备，电力机车通过接触网取 得电能。弓网关系对整个电气化铁路运营系统的正常运作起着重要的作用。为保证接触网 运行的可靠性及弓网间的良好受流性能，对弓网关系进行检测和随时掌握接触网参数的状 态是非常重要的工作。接触网在运营过程中承载着巨大的牵引电流，在接触网线夹等部位 存在接触网不良引发温度异常、接触网几何参数超限等原因，可能引发接触网故障。由于接 触网属无备用设备，一旦出现故障，将中断列车运行，给铁路运输造成巨大的损失。
[0003] 目前主要检测方式采用如下方式：
[0004] ①人工巡视:通过铁路天窗点时间，作业人员上线检测；
[0005]②接触网检测车:采用接触网检测车定期上线对弓网状态进行检测。
[0006] 上述检测方式存在的不足为：
[0007] ①天窗点人工巡视:效率低，浪费人力物力，需要天窗时间，作业时间有限，还可能 因为人的疲劳检查导致漏检；
[0008] ②接触网检测车:非运营车辆，不能模拟真正的运营状态;检测设备有限，覆盖率 低。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供接触网运行状态安全监测分析系 统。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0010] -种接触网运行状态安全监测分析系统，至少包括第一相机、第二相机、图像矫正 单元、受电弓识别单元、接触线识别单元、模型数据库、几何参数计算单元和缺陷识别单元。
[0011] 所述第一相机和第二相机同一水平安装在轨道交通工具顶部的两侧，分别从两个 不同的角度采集受电弓的视频图像，输出第一视角图像和第二视角图像。所述图像矫正单 元根据受电弓的标定分别对第一视角图像和第二视角图像进行透视矫正，使第一视角图像 和第二视角图像中的受电弓呈左右对称形式。所述模型数据库用于存储受电弓模型，所述 受电弓模型包括与第一视角图像相应的第一视角受电弓模型和与第二视角图像相应的第 二视角受电弓模型。所述受电弓识别单元根据第一视角受电弓模型和第二视角受电弓模 型，分别在第一视角图像和第二视角图像中识别出受电弓，并定位出受电弓区域。所述接触 线识别单元用于分别在第一视角图像和第二视角图像中识别出疑似接触线的直线，并将同 一尺度下的第一视角图像的受电弓区域与第二视角图像的受电弓区域进行比对，查找出相 交于受电弓顶端平面的疑似接触线的直线，并将该直线判定为接触线。所述几何参数计算 单元根据受电弓识别单元识别出的受电弓和接触线识别单元识别出的接触线，分别计算出 第一视角图像和第二视角图像中接触网的几何参数，并根据平滑度和/或相似度特性，输出 最优的几何参数。
[0012] 所述缺陷识别单元根据受电弓识别单元识别出的受电弓、接触线识别单元识别出 的接触线和/或几何参数计算单元输出的几何参数，实时检测识别接触网存在的缺陷，包括 接触网缺陷、受电弓缺陷和弓网关系缺陷。
[0013] 所述缺陷识别单元至少包括受电弓形变缺陷识别单元、组件脱落缺陷识别单元、 受电弓拉出超限缺陷识别单元、燃弧缺陷识别单元、高温干扰识别单元和意外降弓缺陷识 别单元中的任一种或多种组合。
[0014] 本发明的有益效果是:本发明系统可装配在运营车辆上，如运营动车组或机车，随 运营车辆运行，可实时全天候在线检测接触网及弓网运行状态，实现运行即可检测的在线 检测模式。本发明系统可以在不干扰运营车辆的运输秩序的情况下，对弓网关系进行有效 快速的在线监测，能及时发现弓网所存在的异常缺陷，能够实时发现弓网关系缺陷、接触网 缺陷、受电弓缺陷和其它运行缺陷等。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明接触网运行状态安全监测分析系统的系统框图；
[0016] 图2为本发明第一相机采集的第一视角图像处理示例图；
[0017]图3为本发明第二相机采集的第二视角图像处理示例图；
[0018] 图4为本发明中受电弓形变缺陷识别单元的系统框图；
[0019] 图5为本发明中组件脱落缺陷识别单元的系统框图；
[0020] 图6为本发明中受电弓拉出超限缺陷识别单元的系统框图；
[0021]图7为本发明中燃弧缺陷识别单元的系统框图；
[0022]图8为本发明中高温干扰识别单元的工作原理示意图；
[0023]图9为本发明中意外降弓缺陷识别单元的系统框图；
[0024]图10为本发明中支柱装置识别单元的系统框图；
[0025] 图11为本发明中支柱装置识别单元实施例的边缘查找示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述，需说明的是，本发明的技术方案以各个单元逐个说明的方式进行详细描述，然而 在不同的单元模块的描述中，可能存在以相同的符号或字母来表示着不同的含义现象，例 如字母n，在受电弓形变缺陷识别单元中表示受电弓区域的总列数，在组件脱落缺陷识别单 元中表示尺度的数量等等，本领域技术人员在理解时，可将各个单元模块存在异议的符号 或字母，仅限定在该单元模块中来解释，即可克服不清楚的问题。
[0027](一)接触网运行状态安全监测分析系统
[0028] 如图1所示，该实施例描述了一种本发明所提出的接触网运行状态安全监测分析 系统，至少包括第一相机、第二相机、图像矫正单元、受电弓识别单元、接触线识别单元、模 型数据库、几何参数计算单元和缺陷识别单元。本发明还可设置用于进行受电弓监测的第 三相机，辅助第一相机进行双视觉监测，输出受电弓高清图像。
[0029] (1)所述第一相机和第二相机同一水平安装在轨道交通工具顶部的两侧，分别从 两个不同的角度采集受电弓的视频图像，输出第一视角图像和第二视角图像。
[0030] -般的，所述第一相机可采用红外相机，采集的第一视角图像为红外图像，如图2 所示，所述第二相机可采用高清可见光相机，采集的第二视角图像为可见光图像，如图3所 示，所述第二相机也可采用近红外相机。近红外相机与普通可见光相机相比有着更多更优 的特点，更适用于安装在高速轨道交通工具上，以采集接触网受电弓的高清视频图像。
[0031] (2)所述图像矫正单元根据受电弓的标定分别对第一视角图像和第二视角图像进 行透视矫正，使第一视角图像和第二视角图像中的受电弓呈左右对称形式。通过矫正手段 可克服相机在拍摄过程中由于抖动等原因造成图像畸变的情况，基于该矫正后的受电弓， 可测量出更精确的几何参数。
[0032] 一般的，对于红外图像和可见光图像，均采用基于九点标定板的矫正方法，通过第 一相机或第二相机对九点标定板透视成像的像素坐标和实际像素坐标进行量化标定，计算 出畸变系数，在后期使用时，只需通过第一相机或第二相机拍摄受电弓成像的像素坐标，然 后带入该畸变系数，推算出没有畸变的实际像素坐标，完成畸变矫正。
[0033] (3)所述模型数据库用于存储受电弓模型，所述受电弓模型包括与第一视角图像 相应的第一视角受电弓模型和与第二视角图像相应的第二视角受电弓模型。进一步的，所 述第一视角受电弓模型包括第一视角受电弓整体模型、第一视角受电弓左边模型和第一视 角受电弓右边模型。所述第二视角受电弓模型包括第二视角受电弓整体模型、第二视角受 电弓左边模型和第二视角受电弓右边模型。
[0034] 其中，受电弓左边模型和受电弓右边模型均在受电弓整体模型的内部，受电弓左 边模型为受电弓整体模型的左侧部分，受电弓右边模型为受电弓整体模型右侧部分。在进 行模型匹配时，检查定位目标是否与受电弓整体模型、受电弓左边模型和受电弓右边模型 等三个模型匹配，一般的，当三个模型均匹配时，才判定该定位目标为受电弓。
[0035] (4)所述受电弓识别单元根据第一视角受电弓模型和第二视角受电弓模型，分别 在第一视角图像和第二视角图像中识别出受电弓，并定位出受电弓区域。
[0036] (5)所述接触线识别单元用于分别在第一视角图像和第二视角图像中识别出疑似 接触线的直线，并将同一尺度下的第一视角图像的受电弓区域与第二视角图像的受电弓区 域进行比对，查找出相交于受电弓顶端平面的疑似接触线的直线，并将该直线判定为接触 线。
[0037] 如以第一视角图像的定位结果为基准，对第二视角图像的受电弓定位区域尺寸进 行调整，使第一视角图像中的受电弓与第二视角图像中的受电弓保持在同一尺度下，分别 识别出第一视角图像和第二视角图像中疑似接触线的直线，将同一尺度下的两个受电弓图 像进行叠合比对，若第一视角图像中所识别出的某一直线正好与第二视角图像中所识别出 的某一直线相交，且其交点在受电弓顶端平面上，则判定该直线分别为第一视角图像中的 接触线和第二视角图像中的接触线。
[0038] 进一步的，还可执行接触线跟踪识别判断，计算当前接触线的位置与前一帧接触 线的位置的偏差，若该偏差大于设定的偏差阈值，则将该接触线视为错误结果。
[0039] (6)所述几何参数计算单元根据受电弓识别单元识别出的受电弓和接触线识别单 元识别出的接触线，分别计算出第一视角图像和第二视角图像中接触网的几何参数，并根 据平滑度和/或相似度特性，输出最优的几何参数。所述几何参数一般包括导高值、拉出值、 弓尚等等。
[0040] 平滑度的计算目的是有助于判断当前视角图像的几何参数是否可靠。平滑度好则 认为当前视角的几何参数可信度大，反之可信度小。相似度的计算有助于区分两个视角中 哪个视角下识别的几何参数可信度大，如第一视角图像独立计算的几何参数与基于双目计 算的几何参数更相似，则说明第一视角的几何参数可信度大，在双目计算的时候可增加其 权重。
[0041] 基于优化计算方式，本发明先在单目模式下测量几何参数，然后再利用两个相机 的测量结果以及接触线的识别信息进行综合分析，最终得到一个更为精确的几何参数。双 目模式下的几何参数测量方法可削弱隧道对于红外相机、噪声、光线亮度以及单个相机下 受电弓被遮挡的影响。
[0042] (7)所述缺陷识别单元根据受电弓识别单元识别出的受电弓、接触线识别单元识 别出的接触线和/或几何参数计算单元输出的几何参数，实时检测识别接触网存在的缺陷， 包括接触网缺陷、受电弓缺陷和弓网关系缺陷。其中，接触网缺陷包括组件脱落缺陷、线夹 和定位器等接触不良或氧化造成的热缺陷及接触网磨耗或材质问题造成的热缺陷等，受电 弓缺陷包括受电弓形变缺陷、意外降弓缺陷、燃弧缺陷等，弓网关系缺陷包括接触网动态几 何参数超限，如受电弓拉出值超限缺陷。
[0043] 所述缺陷识别单元至少包括受电弓形变缺陷识别单元、组件脱落缺陷识别单元、 受电弓拉出超限缺陷识别单元、燃弧缺陷识别单元、高温干扰识别单元和意外降弓缺陷识 别单元中的任一种或多种组合。
[0044] (8)所述系统还可包括与组件脱落缺陷识别单元连接的支柱装置识别单元，支柱 装置识别单元为组件脱落缺陷识别单元提供支柱装置的数据，以实现对支柱装置的组件脱 落缺陷进行实时检测。
[0045] 本发明还可设置用于监测车顶及沿线周边环境的第四相机，输出车顶及沿线周边 环境的全画面图像，第四相机与支柱装置识别单元连接。
[0046] (9)所述系统还可包括进行图像压缩处理的图像压缩单元，图像压缩单元可分别 对第一视角图像和第二视角图像的每一帧图像进行压缩处理，并将压缩得到的图像以追加 模