针对铁路接触导线导高与拉出值的单目视觉测量方法与流程

本发明涉及一种铁路接触导线导高与拉出值的测量方法。特别是涉及一种针对铁路接触导线导高与拉出值的单目视觉测量方法。

背景技术：

在电气化铁路中,电力机车通过受电弓从接触网获取电能,实现电力牵引。接触导线起着为电力机车供电的作用,接触导线的高度和位置都会影响受电弓的受流质量,严重时还会导致刮弓造成重大损失。因此,能否实现接触导线导高和拉出值的准确测量具有重大的意义。

目前，应用较多的导高与拉出值测量方法有以下几种:

方法一：利用角位移传感器和压力传感器进行接触式测量。应用电应变原理,将角度变化和压力变化线性地转换为与之相对应的电气量。将角位移传感器安装于受电弓的主轴上,或与主轴相连的四连杆上,随着主轴的转动,即可直接获得角度测量信号，根据角度的变化计算导高的变化。将压力传感器装在受电弓上，根据受电弓的压力分布计算拉出值。

方法二：激光相位式非接触测量。用无线电波段的频率对激光束进行幅度调制,并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟,再根据调制光的波长,换算此相位延迟所代表的距离。利用测得的距离值和激光测距仪的旋转角度计算导高和拉出值。

上述方法存在以下的缺点和不足：

方法一中受电弓及传感器机械部分的转动和同步响应速度慢,使得测量精度低,误差大,同时传感器的机械转动容易损坏受电弓。

方法二的装置需要人工参与,且测量时需要将装置固定在铁轨上，且对准方式多为机械式对准，测量效率低,施工周期长,耗费人力多，不便于多点测量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够快速测量铁路接触导线导高与拉出值的针对铁路接触导线导高与拉出值的单目视觉测量方法。

本发明所采用的技术方案是：一种针对铁路接触导线导高与拉出值的单目视觉测量方法，是在单目视觉测量系统上实现，所述的单目视觉测量系统包括有：检测车，分别设置在检测车上的线阵相机和扫描振镜，以及用于向扫描振镜发射激光的激光器，测量方法包括如下步骤：

1)分别建立世界坐标系和相机坐标系，分别标定线阵相机的内部参数和外部参数，以及标定扫描振镜的参数；

2)将单目视觉测量系统设置在铁轨上；

3)激光器发射激光，经扫描振镜反射，并扫描接铁路接触导线下表面，在铁路接触导线下表面形成一个光点，并在线阵相机上成像；

4)通过所述的光点在线阵相机上成像的像素坐标，以及标定过的线阵相机的内部参数和外部参数，以及扫描振镜的参数计算出光点在世界坐标系下的坐标；

5)通过光点在世界坐标系下的坐标x0、y0，分别得到铁路接触导线导高值y0和拉出值x0。

所述的扫描振镜的反射光所形成的平面与线阵相机的像素列共面。

步骤1)中是将世界坐标系建立在激光扫描形成的光平面内，并以铁轨顶面中心为原点，以铁路接触导线拉出方向为x轴，以竖直方向为y轴。

步骤1)中所述的内部参数包括有镜头焦距和畸变系数。

步骤1)中所述的外部参数包括有旋转矩阵和平移矩阵。

步骤1)中所述的扫描振镜的参数包括有：扫描振镜反射的激光与y轴方向的初始夹角为α0，激光反射点的世界坐标x1，y1。

步骤1)中粗调线阵相机安装位置，使线阵相机的视角覆盖铁路接触导线的导高和拉出值波动范围，然后进行微调锁死。

步骤4)所述的计算是：由线阵相机的内部参数和外部参数得到线阵相机由像素坐标变换到世界坐标的线性变换方程，由成像时刻扫描振镜的偏转角度δγ，得到这一时刻扫描光线的方程y-y1＝(x-x1)tan(α0+2δγ)，联立两个所述的方程计算出光点在世界坐标系下的坐标x0、y0。

本发明的针对铁路接触导线导高与拉出值的单目视觉测量方法，以非接触的检测方式替代传统的置于受电弓滑条上的传感器检测,减少了检测设备对受电弓的影响；测量结果数字化，避免了人工读数造成的误差；该方法相比于相位式激光测距仪,无需人工参与读数，测量效率高，测量准确度高；响应速度快，能实现接触导线导高和拉出值实时检测，适应性强。

附图说明

图1是本发明单目视觉测量系统的结构示意图。

图中

1：铁路接触导线2：检测车

3：扫描振镜4：激光器

5：线阵相机6：铁轨

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的针对铁路接触导线导高与拉出值的单目视觉测量方法做出详细说明。

本发明的针对铁路接触导线导高与拉出值的单目视觉测量方法，是在单目视觉测量系统上实现，所述的单目视觉测量系统如图1所示，包括有：检测车2，分别设置在检测车2上的线阵相机5和扫描振镜3，以及用于向扫描振镜3发射激光的激光器4，所述的扫描振镜3的反射光所形成的平面与线阵相机5的像素列共面。

测量方法包括如下步骤：

1)分别建立世界坐标系和相机坐标系，分别标定线阵相机5的内部参数和外部参数，以及标定扫描振镜3的参数；是将世界坐标系建立在激光扫描形成的光平面内，并以铁轨6顶面中心为原点，以铁路接触导线1拉出方向为x轴，以竖直方向为y轴。所述的内部参数包括有镜头焦距和畸变系数；所述的外部参数包括有旋转矩阵和平移矩阵；所述的扫描振镜3的参数包括有：扫描振镜3反射的激光与y轴方向的初始夹角为α0，激光反射点的世界坐标x1，y1。

粗调线阵相机5安装位置，使线阵相机5的视角覆盖铁路接触导线1的导高和拉出值波动范围，然后进行微调锁死。

2)将单目视觉测量系统设置在铁轨6上；

3)激光器4发射激光，经扫描振镜3反射，并扫描接铁路接触导线1下表面，在铁路接触导线下表面形成一个光点，并在线阵相机5上成像；

4)通过所述的光点在线阵相机5上成像的像素坐标，以及标定过的线阵相机5的内部参数和外部参数，以及扫描振镜3的参数计算出光点在世界坐标系下的坐标；所述的计算：由线阵相机5的内部参数和外部参数可以得到线阵相机5由像素坐标变换到世界坐标的线性变换方程。由成像时刻扫描振镜3的偏转角度δγ，可以得到这一时刻扫描光线的方程y-y1＝(x-x1)tan(α0+2δγ)，联立所述的两个方程可以计算出光点在世界坐标系下的坐标x0、y0。

5)通过光点在世界坐标系下的坐标x0、y0，分别得到铁路接触导线导高值y0和拉出值x0。

技术特征：

技术总结
一种针对铁路接触导线导高与拉出值的单目视觉测量方法，是在单目视觉测量系统上实现，包括：分别建立世界坐标系和相机坐标系，分别标定线阵相机的内部参数和外部参数，以及标定扫描振镜的参数；将单目视觉测量系统设置在铁轨上；激光器发射激光，经扫描振镜反射，并扫描接铁路接触导线下表面，在铁路接触导线下表面形成一个光点，并在线阵相机上成像；通过所述的光点在线阵相机上成像的像素坐标，以及标定过的线阵相机的内部参数和外部参数，以及扫描振镜的参数计算出光点在世界坐标系下的坐标；通过光点在世界坐标系下的坐标，分别得到铁路接触导线导高值和拉出值。本发明测量效率和准确度高，响应速度快，能实现接触导线导高和拉出值实时检测。

技术研发人员：付鲁华;常淞泓;刘常杰
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.07.28
技术公布日：2019.01.15