一种地铁车载弓网动态检测系统

1.本发明属于弓网检测领域，具体是一种地铁车载弓网动态检测系统。


背景技术：

2.随着科学的发展和社会的进步，乘坐地铁已成为人们日常生活中便捷出行方式。为了保障人们的安全，对地铁安全性能的检测也越来越重要，其中地铁车载弓网的安全问题也是重中之重。目前采用车顶图像数据采集设备、车底振动补偿设备、弓网动态监测主机、车地通讯系统(利用现有的车底无线通信系统)及地面数据终端设备对地铁车载弓网进行检测。
3.然而，车顶图像数据采集设备使用的高清车载摄像机、工业相机以及燃弧相机的摄像机种类较多，其中高清车载摄像机检测的方法是通过拍摄原始受电弓图像与正常受电弓图像的尺寸相比较，容易出现测量不准确的情况，以及燃弧检测使用紫外线光进行检测较为麻烦。
4.因此，本发明提出了一种地铁车载弓网动态检测系统。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种地铁车载弓网动态检测系统，该一种地铁车载弓网动态检测系统解决了地铁运营中受电弓异常情况检测不准确的问题。
6.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种地铁车载弓网动态检测系统，包括：导航定位模块、图像采集模块、高速电流传感器、弓网检测控制中心、图像处理模块、燃弧处理模块、车底振动补偿装置、地面数据终端；
7.所述导航定位模块用于对地铁运营过程中进行实时定位，并将获取的地铁实时位置发送至所述图像采集模块；
8.所述图像采集模块用于对车顶进行实时拍摄；所述图像采集模块将从所述导航定位模块获取的地铁实时位置与视频图像相结合，从而获取含有地铁位置信息的车顶实时彩色视频图像和彩色点云，并发送至弓网检测控制中心；所述图像采集模块包括深度高清摄像头、自动补光灯以及三角测距装置；
9.所述高速电流传感器用于对受电弓的电流值进行实时检测，并对超过标称电流的预设百分比值的时间进行计时，并将超过标称电流的预设百分比值的时间发送至弓网检测控制中心；
10.所述弓网检测控制中心用于对接收到的彩色视频图像、彩色点云以及超过标称电流的预设百分比值的时间进行存储，所述弓网检测控制中心还用于控制所述图像处理模块和所述燃弧处理模块对存储的信息进行处理；
11.所述图像处理模块用于对彩色视频图像和彩色点云进行处理；
12.燃弧处理模块用于对超过标称电流的预设百分比值的时间和燃弧持续时间进行
处理；
13.车底振动补偿装置用于检测车体相对于轨道的偏移量及找准轨面基准；
14.所述地面数据终端用于工作人员对接收到的信息进行查看和分析。
15.进一步地，所述深度高清摄像头用于对受电弓、车顶水平线以及接触网进行拍摄，从而获取画面中的彩色视频图像和深度视频图像；所述深度高清摄像头根据彩色视频图像和深度视频图像获取相机坐标系下的彩色点云，并将彩色视频图像和彩色点云发送至所述弓网检测控制中心。
16.进一步地，所述自动补光灯自动感应强弱光线，并在弱光线下对车顶受电弓进行照亮；所述自动补光灯对光线的强弱进行感应，并生成光强值；若当前光线强度低于设定的光强最小阈值，则自动补光灯进行补光；其中，设定光强最大阈值，自动补光灯补光的光强值需大于光强最小阈值，且小于光强最大阈值。
17.进一步地，所述深度高清摄像头和所述自动补光灯安装在受电网视野良好的车顶位置上。
18.进一步地，所述三角测距装置用于检测接触网的拉出值和导高值；所述三角测距装置安装在车顶上。
19.进一步地，所述图像处理模块对彩色视频图像和彩色点云进行处理的过程如下：
20.s01：图像处理模块发送信息提取信号至弓网检测控制中心，弓网检测控制中心将存储的彩色视频图像和彩色点云发送至图像处理模块；
21.s02：图像处理模块根据相机坐标系下的彩色点云进行平面检测，将画面中受电弓、车顶水平线以及接触网与其他物体进行分离，从而获取仅含车顶受电弓、车顶水平线以及接触网的彩色点云；
22.s03：使用高斯算法在彩色点云中提取受电弓、车顶水平线以及接触网的颜色和轮廓特征；从而获取受电弓各零部件、车顶水平线以及接触网在相机坐标系下的三维坐标；
23.s04：根据s01-s03的方法获取车顶正常受电弓各零部件、车顶水平线以及接触网在相机坐标系下的对比三维坐标，并将受电弓各零部件、车顶水平线以及接触网在相机坐标系下的原始三维坐标与对比三维坐标相减，设定允许误差范围。
24.进一步地，若在相机坐标系下任意一个方向上相减的数值超出允许误差范围，则图像处理模块发送受电弓异常的提示信息至地面数据终端，由工作人员查看具体视频录像进行判断；
25.若在相机坐标系下出现相减的数值等于或接近对比三维坐标的数值，则图像处理模块发送出现燃弧现象以及燃弧持续时间的信息至燃弧处理模块；需要说明的是，深度高清摄像头含有计时功能；
26.若在三维任意一个方向上相减的数值在允许误差范围之内，则图像处理模块不作提示。
27.进一步地，燃弧处理模块对超过标称电流的预设百分比值的时间和燃弧持续时间进行处理的过程如下：
28.s11：燃弧处理模块发送信息提取信号至弓网检测控制中心，弓网检测控制中心将存储的受电弓的燃弧持续时间和超过标称电流的时间发送至燃弧处理模块；
29.s12：燃弧处理模块将接收到的燃弧持续时间标记为ta，其中a表示燃弧次数，a为
大于等于0的整数；设定燃弧持续时间阈值为tb，燃弧处理模块ta进行筛选，将大于tb的ta进行加和运算，即∑
ta＞tb
ta；
30.s13：燃弧处理模块将超过标称电流的预设百分比值的时间标记为tc，其中c表示超过标称电流的次数，c为大于等于0的整数，燃弧处理模块对tc进行加和运算，即σ
c＝0
tc；
31.s14：燃弧处理模块根据计算公式得到受电弓的燃弧率nq，计算公式为并将计算的燃弧率数值发送至地面数据终端。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过导航定位模块对地铁运营过程中的实时定位，从而获取到地铁实时位置，并发送至图像采集模块；通过图像采集模块在地铁运营时对车顶进行视频图像的实时拍摄；并将从导航定位模块获取的地铁实时位置与视频图像相结合，从而获取含有地铁位置信息的车顶实时彩色视频图像和彩色点云，并发送至弓网检测控制中心；其中，深度高清摄像头对受电弓、车顶水平线以及接触网进行拍摄，从而获取画面中的彩色视频图像和深度视频图像，并生成相机坐标系下的彩色点云发送至弓网检测控制中心；自动补光灯自动感应强弱光线，并在弱光线下对车顶受电弓进行照亮，从而协助深度高清摄像头对车顶的拍摄；三角测距装置检测接触网的拉出值和导高值；通过高速电流传感器对受电弓的电流值进行实时检测，并对超过标称电流的预设百分比值的时间进行计时，并将超过标称电流的预设百分比值的时间发送至弓网检测控制中心；弓网检测控制中心对接收到的彩色视频图像、彩色点云以及超过标称电流的预设百分比值的时间进行存储，并控制图像处理模块和燃弧处理模块对信息进行处理；图像处理模块和燃弧处理模块将处理的结果发送至地面数据终端；从而使得工作人员及时发现受电弓的异常情况，并给予处理；其中，图像处理模块对彩色视频图像和彩色点云进行处理，燃弧处理模块对超过标称电流的预设百分比值的时间和燃弧持续时间进行处理。通过车底振动补偿装置检测车体相对于轨道的偏移量及找准轨面基准。本发明中的地铁车载弓网动态检测系统可以让弓网的安全检测更加准确，大大提高了地铁车载弓网检测的工作效率。
附图说明
33.图1为本发明的模块结构示意图。
具体实施方式
34.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
35.如图1所示，一种地铁车载弓网动态检测系统，包括：导航定位模块、图像采集模块、高速电流传感器、弓网检测控制中心、图像处理模块、燃弧处理模块、车底振动补偿装置、地面数据终端；
36.其中，所述导航定位模块用于对地铁运营过程中进行实时定位，并将获取的地铁实时位置发送至所述图像采集模块；
37.其中，所述图像采集模块用于在地铁运营时对车顶进行视频图像的实时拍摄；所述图像采集模块将从所述导航定位模块获取的地铁实时位置与视频图像相结合，从而获取含有地铁位置信息的车顶实时彩色视频图像和彩色点云，并发送至弓网检测控制中心；
38.需要说明的是，所述图像采集模块包括深度高清摄像头、自动补光灯以及三角测距装置；
39.所述深度高清摄像头用于对受电弓、车顶水平线以及接触网进行拍摄，从而获取画面中的彩色视频图像和深度视频图像；其中彩色视频图像用于提供外观信息，深度视频图像用于提供深度信息；所述深度高清摄像头根据彩色视频图像和深度视频图像获取相机坐标系下的彩色点云，并将彩色视频图像和彩色点云发送至所述弓网检测控制中心；
40.所述自动补光灯自动感应强弱光线，并在弱光线下对车顶受电弓进行照亮，从而协助所述深度高清摄像头对车顶的拍摄；需要说明的是，所述自动补光灯对光线的强弱进行感应，并生成光强值；若当前光线强度低于设定的光强最小阈值，则自动补光灯进行补光；其中，设定光强最大阈值，自动补光灯补光的光强值需大于光强最小阈值，且小于光强最大阈值；
41.所述深度高清摄像头和所述自动补光灯安装在受电网视野良好的车顶位置上；
42.所述三角测距装置用于检测接触网的拉出值和导高值；所述三角测距装置安装在车顶上；
43.其中，所述高速电流传感器用于对受电弓的电流值进行实时检测，并对超过标称电流的预设百分比值的时间进行计时，并将超过标称电流的预设百分比值的时间发送至弓网检测控制中心；
44.其中，所述弓网检测控制中心用于对接收到的彩色视频图像、彩色点云以及超过标称电流的预设百分比值的时间进行存储，所述弓网检测控制中心还用于控制所述图像处理模块和所述燃弧处理模块对存储的信息进行处理；
45.其中，所述图像处理模块用于对彩色视频图像和彩色点云进行处理；所述图像处理模块对彩色视频图像和彩色点云进行处理的过程如下：
46.s01：图像处理模块发送信息提取信号至弓网检测控制中心，弓网检测控制中心将存储的彩色视频图像和彩色点云发送至图像处理模块；
47.s02：图像处理模块根据相机坐标系下的彩色点云进行平面检测，将画面中受电弓、车顶水平线以及接触网与其他物体进行分离，从而获取仅含车顶受电弓、车顶水平线以及接触网的彩色点云；
48.s03：使用高斯算法在彩色点云中提取受电弓、车顶水平线以及接触网的颜色和轮廓特征；从而获取受电弓各零部件、车顶水平线以及接触网在相机坐标系下的三维坐标；
49.需要说明的是，gmm即高斯混合模型，使用最大似然估计和em算法对图像进行分割；
50.将图像分割成k个区域，每个区域的像素服从均值μ、方差为σ的正态分布，整个图像特征分布用混合高斯分布来描述，对于特征向量集q中有n个样本：s1,s2,
…
sn，其高斯分布的密度函数为：
[0051][0052]
使用随机变量θ(μ，σ)来表示待估计的参数，则极大似然估计的数学表示形式为：
[0053]
s04：根据s01-s03的方法获取车顶正常受电弓各零部件、车顶水平线以及接触网在相机坐标系下的对比三维坐标，并将受电弓各零部件、车顶水平线以及接触网在相机坐标系下的原始三维坐标与对比三维坐标相减，设定允许误差范围；若在相机坐标系下任意一个方向上相减的数值超出允许误差范围，则图像处理模块发送受电弓异常的提示信息至地面数据终端，由工作人员查看具体视频录像进行判断；
[0054]
若在相机坐标系下出现相减的数值等于或接近对比三维坐标的数值，则图像处理模块发送出现燃弧现象以及燃弧持续时间的信息至燃弧处理模块；需要说明的是，深度高清摄像头含有计时功能；
[0055]
若在三维任意一个方向上相减的数值在允许误差范围之内，则图像处理模块不作提示；
[0056]
需要说明的是，深度高清摄像头与受电弓以及车顶水平线相对静止，另外在实际情况下接触网与受电弓的相对位置相对固定，因此，使用深度高清摄像头可以准确的拍摄出地铁运行过程中深度摄像头相对受电弓、车顶水平线以及接触网的深度图像，也就是说，只要判定深度图像中受电弓各部分零件、车顶水平线以及接触网的位置是否发送改变，就能说明受电弓对应零件是否发生变化或故障；其中将地铁在运行过程中发送抖动的因素考虑在内，即技术人员对拥有正常受电弓的地铁在同一个地点行驶过程中以及静止状态下的视频图像，并将两类情况下的相机坐标系下的坐标相减，从而计算出行驶过程中与静止状态下之间的坐标差值序列；
[0057]
其中，燃弧处理模块用于对超过标称电流的预设百分比值的时间和燃弧持续时间进行处理；燃弧处理模块对超过标称电流的预设百分比值的时间和燃弧持续时间进行处理的过程如下：
[0058]
s11：燃弧处理模块发送信息提取信号至弓网检测控制中心，弓网检测控制中心将存储的受电弓的燃弧持续时间和超过标称电流的时间发送至燃弧处理模块；
[0059]
s12：燃弧处理模块将接收到的燃弧持续时间标记为ta，其中a表示燃弧次数，a为大于等于0的整数；设定燃弧持续时间阈值为tb，燃弧处理模块ta进行筛选，将大于tb的ta进行加和运算，即σ
ta＞tb
ta；
[0060]
s13：燃弧处理模块将超过标称电流的预设百分比值的时间标记为tc，其中c表示超过标称电流的次数，c为大于等于0的整数，燃弧处理模块对tc进行加和运算，即σ
c＝0
tc；
[0061]
s14：燃弧处理模块根据计算公式得到受电弓的燃弧率nq，计算公式为并将计算的燃弧率数值发送至地面数据终端。
[0062]
其中，车底振动补偿装置用于检测车体相对于轨道的偏移量及找准轨面基准；并将结果发送至地面数据终端；
[0063]
所述地面数据终端用于工作人员对接收到的信息进行查看和分析。
[0064]
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
[0065]
本发明的工作原理：本发明通过导航定位模块对地铁运营过程中的实时定位，从而获取到地铁实时位置，并发送至图像采集模块；通过图像采集模块在地铁运营时对车顶进行视频图像的实时拍摄；并将从导航定位模块获取的地铁实时位置与视频图像相结合，从而获取含有地铁位置信息的车顶实时彩色视频图像和彩色点云，并发送至弓网检测控制中心；其中，深度高清摄像头对受电弓、车顶水平线以及接触网进行拍摄，从而获取画面中的彩色视频图像和深度视频图像，并生成相机坐标系下的彩色点云发送至弓网检测控制中心；自动补光灯自动感应强弱光线，并在弱光线下对车顶受电弓进行照亮，从而协助深度高清摄像头对车顶的拍摄；三角测距装置检测接触网的拉出值和导高值；通过高速电流传感器对受电弓的电流值进行实时检测，并对超过标称电流的预设百分比值的时间进行计时，并将超过标称电流的预设百分比值的时间发送至弓网检测控制中心；弓网检测控制中心对接收到的彩色视频图像、彩色点云以及超过标称电流的预设百分比值的时间进行存储，并控制图像处理模块和燃弧处理模块对信息进行处理；图像处理模块和燃弧处理模块将处理的结果发送至地面数据终端；从而使得工作人员及时发现受电弓的异常情况，并给予处理；其中，图像处理模块对彩色视频图像和彩色点云进行处理，燃弧处理模块对超过标称电流的预设百分比值的时间和燃弧持续时间进行处理。通过车底振动补偿装置检测车体相对于轨道的偏移量及找准轨面基准。
[0066]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。