一种接触网温度动态检测系统的制作方法

1.本发明涉及电网检测领域，具体涉及一种接触网温度动态检测系统。


背景技术：

2.铁道线路接触网主导电回路，由供电线、回流线、承力索、接触线、吊弦、联接线等组成。各部分之间由各种线夹进行连接，使这一回路沿铁路延伸，满足向电力机车供电的需要。主导电回路必须良好，才能保证电流的畅通，若存有缺陷，将引起局部载流过大、零部件分流严重，从而引起接触网局部温度升高，烧伤接触网设备，这类故障在接触网故障中占有较大的比例。各类连接线夹是接触网导电回路中的薄弱环节，线夹会因氧化、连接螺丝松动等原因导致接触电阻增大，引起线夹部位局部发热，导致接触网设备烧伤或由于发热导致线索抗拉强度下降，引发线索断裂。
3.目前在供电运营单位，一般靠人工巡视的方法，通过望远镜观察测温片、变色漆的变化等来判断发热点。现有的弓网检测装置主要是检测受电工缺陷。其它热成像车载检测方案并未进行现场运用。
4.接触网发热具有较大的隐蔽性，一般难于通过观察发现，而接触网沿线线夹数量多，也难于对每个线夹安装温度测量装置实现在线监测。现有方法需要耗费大量的人力资源，难于实现对每一个线夹位置进行定期的观察判断，只能对重点位置进行观察，而且存在人为误判现象。现有一些技术通过热成像检测接触网与弓网连接处温度，由于热成像仪适应车速不高，容易漏检一些接触网缺陷且测温误差较大。其它热成像车载检测设备适应车速低，测温误差大，未见大面积应用。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种接触网温度动态检测系统。
6.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种接触网温度动态检测系统，包括：数据采集模块、图像处理模块、接触网位置识别模块、接触网缺陷综合识别模块、监控终端以及无线传输模块，其中，
8.所述数据采集模块用于获取接触网的红外成像数据、高清图像数据以及对应图片下的环境信息，并将所采集的数据和信息发送给图像处理模块；
9.所述图像处理模块用于根据所述数据采集模块采集的数据及信息进行图像和模式识别，定位每帧红外图像中接触网最高温度并定位对应的接触网位置；
10.所述接触网综合缺陷识别模块用于根据图像处理模块的处理结果判定接触网是否处于异常状态，并根据是否处于异常状态对监控终端发送指令并预警；
11.所述监控终端接收报警数据并进行声光预警；
12.所述无线传输模块用于向监控终端发送异常数据。
13.上述方案的有益效果是：接触网温度动态检测系统采用高速红外热成像技术、高清视频技术、图像处理技术、模式识别技术、传感器技术实现非接触式实时检测接触网温度
分布，通过采用综合定位技术对故障点进行准确定位、无线通讯技术进行远程数据交换处理，实现接触网温度的动态检测、超限预警。
14.进一步的，所述数据采集模块设置于机车车顶，包括高速红外摄像仪、高清可见光摄像机、天线及防护装置，其中，所述高速红外摄像仪以及高清可见光摄像机设置于防护装置内。
15.上述进一步方案的有益效果是：热像仪和可见光相机安装在防护箱中，天线与防护箱融为一体，使系统车顶设备在各种恶劣环境下正常工作，不影响机车车辆行驶安全。
16.进一步的，所述接触网位置识别模块通过对所述高速红外摄像仪采集的红外图像进行温度提取并进行温度分布式计算，同时对高清可见光摄像机采集的高清图像进行接触网特征识别并对接触网进行位置确定。
17.上述进一步方案的有益效果是：接触网位置识别模块能正确识别接触网位置，确保提取的温度准确性，避免误报和漏报。
18.进一步的，所述接触网识别模块的计算过程为：
19.对m*n大小区域的图像中每一个点的温度进行排序；
20.通过差异值算法取图像中接触网温度平均值作为阈值得到接触网在红外图像中的分布，计算方式为：
[0021][0022]
其中，p为接触网在高清图像中所占的比例，t(i)为最大值温度，i为最大值温度的个数；
[0023]
利用同质性算法确定接触网特征，得到接触网图像的坐标点。
[0024]
上述进一步方案的有益效果是：利用接触网与背景环境温度差异和接触网线性特征，定位接触网在图片中的位置。
[0025]
进一步的，所述接触网缺陷综合模式识别模块在位置识别的基础上，通过槛值算法和比值算法对实际的接触网缺陷进行预警，其工作模式包括高温预警和低温预警，
[0026]
高温预警时的工作模式为：
[0027]
模式1：同线比≥1+y倍，温升≥30℃+x，温度≥60℃+x，一级预警；
[0028]
模式2：同线比≥1+y倍，温升≥40℃+x，温度≥80℃+x，二级预警；
[0029]
模式3：同线比≥1+y倍，温升≥50℃+x，温度≥100℃+x，三级预警；
[0030]
其中，同线比为区域接触网温升值与该接触网不同区域温升值的平均值之比
‑
1；
[0031]
温升＝热像仪测得的接触网温度
‑
主机所显示环温；
[0032]
温度＝温升+主机所显示环温；
[0033]
y的取值区间为[1,5],x的取值区间为[
‑
10,10]；
[0034]
低温预警时的工作模式为：
[0035]
模式1：温度≤
‑
5℃，低温一级预警；
[0036]
模式2：温度≤
‑
10℃，低温二级预警；
[0037]
模式3：温度≤
‑
15℃，低温三级预警。
[0038]
上述进一步方案的有益效果是：通过槛值和比值预警模型，对接触网异常点进行超限预警。
附图说明
[0039]
图1为本发明接触网温度动态检测系统结构示意图。
[0040]
图2为本发明实施例车顶采集装置安装结构示意图。
[0041]
图3为本发明实施例接触网位置识别流程示意图。
[0042]
图4为本发明实施例接触网缺陷识别流程示意图。
具体实施方式
[0043]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0044]
一种接触网温度动态检测系统，如图1所示，包括：数据采集模块、图像处理模块、接触网位置识别模块、接触网缺陷综合识别模块、监控终端以及无线传输模块，其中，
[0045]
所述数据采集模块用于获取接触网的红外成像数据、高清图像数据以及对应图片下的环境信息，并将所采集的数据和信息发送给图像处理模块；
[0046]
所述图像处理模块用于根据所述数据采集模块采集的数据及信息进行图像和模式识别，定位每帧红外图像中接触网最高温度并定位对应的接触网位置；
[0047]
所述接触网综合缺陷识别模块用于根据图像处理模块的处理结果判定接触网是否处于异常状态，并根据是否处于异常状态对监控终端发送指令并预警；
[0048]
所述监控终端接收报警数据并进行声光预警；
[0049]
所述无线传输模块用于向监控终端发送异常数据。
[0050]
具体而言，如图2所示，所述数据采集模块设置于机车车顶，包括高速红外摄像仪、高清可见光摄像机、天线及防护装置，其中，所述高速红外摄像仪以及高清可见光摄像机设置于防护装置内。
[0051]
车顶设备达到gb4208规定的ip68防水等级要求，热像仪和可见光相机安装在防护箱中。窗口玻璃与机械安装零件外圆设计有1mm(单边)间隙，通过在间隙里涂密封专用胶固定，再用压圈压紧，能够确保密封。其中为防砂尘、砂砾等刮伤窗口玻璃，在窗口玻璃外表面镀类金刚石膜进行保护。
[0052]
高速热像仪适应车速测试图：
[0053]
黑体温度设置温度100度，通过高速转盘模拟120km/h车速，在转盘遮挡时所测温度变低，不遮挡时所测温度误差在2度内，表明高速热像仪能正确响应被测物体温度。
[0054]
所述接触网位置识别模块通过对所述高速红外摄像仪采集的红外图像进行温度提取并进行温度分布式计算，同时对高清可见光摄像机采集的高清图像进行接触网特征识别对接触网进行位置确定。如图3所示，包括：
[0055]
对m*n大小区域的图像中每一个点的温度进行排序；
[0056]
通过差异值算法取图像中最大值的平均值作为阈值得到接触网在红外图像中的分布，计算方式为：
[0057]
[0058]
其中，p为接触网在高清图像中所占的比例，t(i)为最大值温度，i为最大值温度的个数；
[0059]
利用同质性算法确定接触网特征，得到接触网图像的坐标点。
[0060]
同质性算法确定接触网特征，通过对图像颜色空间线性转换，获得灰度图像，选用3
×
3均值滤波器做去噪声处理，并得到图像每一个像素点的值c(i,j)，然后阀值化i，同质性定义为i与偏差值v的一个范围，最后得到接触网图像点坐标。
[0061]
红外热成像仪的探测器可将接收到的红外波段的热辐射能量转换为电信号，经过放大、整型、模数转换后成为数字信号，在显示器上通过图像显示出来。图像中每个点的灰度值与被测物体上该点发出并达到光电转换器件的辐射能量是对应的。
[0062]
红外系统在显示器上显示的热图像，反映了被测物体表面的热分布情况，想要根据热图像获得物体的绝对温度，须采用与基准物体热像相比较的方式来标定绝对温度值，一般以高精度的黑体作为标准，作出温度与光电转换器件的输出信号(即灰度值)之间的关系曲线。这里可采用下式作为拟合模型：
[0063][0064]
探测器采集得到的原始像元数据经过两点校正后可得到新的定标灰度值即h(t
r
)，结合拟合曲线模型推导计算得出物体表面的辐射温度t
r
。
[0065][0066]
但直接从红外系统显示的图像中读出的温度是物体表面的辐射温度t
r
，其值等于辐射出相同能量的黑体的真实温度，并不是真实温度。
[0067]
近距离测温时，忽略大气透过率等环境因素影响，依据普朗克辐射定理，被测表面真实温度的计算公式可表示为：
[0068][0069]
其中t0为被测物体表面的真实温度，t
r
为物体表面的辐射温度，t
u
为环境温度，ε为物体表面发射率。使用不同波段的热像仪器，n的取值也会不同。
[0070]
知道了物体表面的辐射温度t
r
和表面发射率ε，再结合被测表面真实温度公式，由表面辐射温度和环境温度即可计算出像元点的实际温度值t0。
[0071]
高速高帧频情况下确保系统能完成动态测温，通过测量参考挡板温度、不同车速和不同环境温度下测温误差对温度进行补偿修正，保障系统测温的精度，减少环境温度变化引起的误差影响。
[0072]
所述接触网缺陷综合模式识别模块在位置识别的基础上，通过槛值算法和比值算法对实际的接触网缺陷进行预警，其工作模式包括高温预警和低温预警，如图4所示，其中，
[0073]
槛值算法：根据接触网正常工作温度和异常严重程度时表现的温度特征，设置不同温度门槛值，当接触网温度超出不同槛值，进行不同级别预警。
[0074]
比值算法：接触网某点温升值与附近点温升平均值之比，当比值超出设定的门槛值时，认为该点异常。
[0075]
高温预警时的工作模式为：
[0076]
模式1：同线比≥1+y倍，温升≥30℃+x，温度≥60℃+x，一级预警；
[0077]
模式2：同线比≥1+y倍，温升≥40℃+x，温度≥80℃+x，二级预警；
[0078]
模式3：同线比≥1+y倍，温升≥50℃+x，温度≥100℃+x，三级预警；
[0079]
其中，同线比为区域接触网温升值与该接触网不同区域温升值的平均值之比
‑
1；
[0080]
温升＝热像仪测得的接触网温度
‑
主机所显示环温；
[0081]
温度＝温升+主机所显示环温；
[0082]
y的取值区间为[1,5],x的取值区间为[
‑
10,10]；
[0083]
低温预警时的工作模式为：
[0084]
模式1：温度≤
‑
5℃，低温一级预警；
[0085]
模式2：温度≤
‑
10℃，低温二级预警；
[0086]
模式3：温度≤
‑
15℃，低温三级预警。
[0087]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0088]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0089]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0090]
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
[0091]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。