专利名称：接触网关键悬挂自动巡查装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铁路接触网检测装置，特别是涉及一种接触网关键悬挂自动巡查装置。
背景技术：
电气化铁路接触网是一种特殊形式的供电线路，是保证对电力牵引机车提供高可靠供电的重要基础设施。接触网基础设施沿铁道全线建设，暴露于露天恶劣环境，一旦发生设备事故时，不仅造成一定的经济损失，而且严重干扰电气化铁路运输安全。因此在电气化铁路的运营过程中必须进行一系列的接触网检测工作，以便及时发现隐患并处理存在的问题。现阶段，接触网检测手段相对单一，主要是对接触网几何参数进行检测。而针对接触网零部件(即关键悬挂设施)的“松、脱、断”、绝缘部件闪络等缺陷的检测，主要依靠人工上道巡视来进行。这种方式不仅劳动强度大、工作效率低，而且受夜间照明的局限和职工业务素质参差不齐的限制，极易漏检而留下隐患。中国国内也有提出接触网可视化成像的检测方法，主要是用摄像机或相机对铁路沿线进行连续拍摄。该方式无法准确定位包含关键悬挂设施的图像，浏览时需要耗费大量时间靠人工视觉定位视频中接触网的位置，且清晰度不高，无法发现局部关键部件故障。也有国外部分设备使用了线阵相机采集接触网部分图像，进行辅助判断尺寸偏差。现今检测方式中均未对接触网悬挂设施进行整体高清晰成像。
实用新型内容针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种接触网关键悬挂自动巡查装置，以解决现有技术中的不足。为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的一种接触网关键悬挂自动巡查装置，包括支吊柱识别定位模块、支吊柱抓拍成像模块、接触线连续成像模块和作业综合管理模块，所述支吊柱识别定位模块的输出端与所述支吊柱抓拍成像模块连接，所述支吊柱抓拍成像模块与所述作业综合管理模块连接，所述作业综合管理模块还与所述接触线连续成像模块连接，所述支吊柱识别定位模块由线阵相机采集模块、线阵图像识别模块、杆位信息检出模块和抓拍触发控制模块组成，所述杆位信息检出模块由里程速度检测模块、杆号公里标检出模块和上位机串口通讯模块组成，所述支吊柱抓拍成像模块由抓拍成像采集模块、转向台控制模块和频闪补光控制模块组成，所述接触线连续成像模块由连续成像采集模块和连续补光控制模块组成，所述作业综合管理模块由功能测试管理模块、运行参数初调模块、成像信息管理模块和串口通讯管理模块组成，所述功能测试管理模块由相机功能测试模块和频闪功能测试模块组成，所述运行参数初调模块由工作模式选择模块、转向台初始化模块和相机初始化模块组成。进一步技术方案，所述线阵相机采集模块由激光发射器、滤光片、长焦距镜头、线阵相机、高速数据线缆、图像数据采集卡和工控机组成。更进一步技术方案，所述抓拍触发控制模块由嵌入式触发功能电路板和工控机用数字信号输出功能插卡组成。更进一步技术方案，所述里程速度检测模块由光电转速传感器、数字信号采集卡和车内工控机组成。更进一步技术方案，所述抓拍成像采集模块由支吊柱定位装置抓拍相机组、千兆网卡和高性能的服务器组成。更进一步技术方案，所述连续成像采集模块包括接触线连续拍摄相机组、千兆网卡和高性能服务器。更进一步技术方案，所述转向台控制模块由安装支吊柱定位装置抓拍相机组的车载云台、服务器上的云台控制器组成。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是浏览时不需要耗费大量时间靠人工视觉定位视频中接触网的位置，且清晰度较高，能够很好地发现局部关键部件的故障，对接触网悬挂设施进行了整体的高清晰成像；本实用新型是集成关键悬挂定位功能、高清图像抓拍、频闪补光方式、图片综合管理技术的车载接触网巡线检测设备，主要实现关键悬挂 (包括接触线、定位装置、线岔设施、锚段关节、电分段和电分相设备)的清晰成像，提供用户其图像、线路杆号和公里标信息的综合信息管理。
图1为本实用新型接触网关键悬挂自动巡查装置的原理方框图；图中1-支吊柱识别定位模块，11-线阵相机采集模块，12-线阵图像识别模块， 13-杆位信息检出模块，1301-里程速度检测模块，1302-杆号公里标检出模块，1303-上位机串口通讯模块，14-抓拍触发控制模块，2-支吊柱抓拍成像模块，21-抓拍成像采集模块， 22-转向台控制模块，23-频闪补光控制模块，3-接触线连续成像模块，31-连续成像采集模块，32-连续补光控制模块，4-作业综合管理模块，41-功能测试管理模块，4101-相机功能测试模块，4102-频闪功能测试模块，42-运行参数初调模块，4201-工作模式选择模块， 4202-转向台初始化模块，4203-相机初始化模块，43-成像信息管理模块，44-串口通讯管理模块。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。实施例如图1所示，一种接触网关键悬挂自动巡查装置，包括支吊柱识别定位模块1、支吊柱抓拍成像模块2、接触线连续成像模块3和作业综合管理模块4。所述支吊柱识别定位模块1的输出端与所述支吊柱抓拍成像模块2连接，所述支吊柱抓拍成像模块2与所述作业综合管理模块4连接，所述作业综合管理模块4还与所述接触线连续成像模块3连接。所述支吊柱识别定位模块1由线阵相机采集模块11、线阵图像识别模块12、杆位信息检出模块13和抓拍触发控制模块14组成。所述杆位信息检出模块13由里程速度检测模块1301、 杆号公里标检出模块1302和上位机串口通讯模块1303组成。所述支吊柱抓拍成像模块2由抓拍成像采集模块21、转向台控制模块22和连续补光控制模块32组成。所述接触线连续成像模块3由连续成像采集模块31和连续补光控制模块32组成，所述连续成像采集模块31包括接触线连续拍摄相机组、千兆网卡和高性能的服务器。所述作业综合管理模块4 由功能测试管理模块41、运行参数初调模块42、成像信息管理模块43和串口通讯管理模块 44组成，所述功能测试管理模块41由相机功能测试模块4101和频闪功能测试模块4102组成，所述运行参数初调模块42由工作模式选择模块4201、转向台初始化模块4202和相机初始化模块4203组成。所述线阵相机采集模块11由激光发射器、滤光片、长焦距镜头、线阵相机、高速数据线缆、图像数据采集卡和工控机组成。本模块实现的功能是以激光照亮目标物体，线阵相机在长焦距镜头和滤光片辅助条件下进行有效成像，并将线阵相机成像数据传递到车内工控机进行处理。所述线阵图像识别模块12以车内工控机为数据处理平台，实现对线阵相机成像数据的分析处理。在不同的线路条件下，应用自适应模式识别方法，提取图像中目标物特征，通过其在图像中的位置判定其实际空间距离，从而排除干扰，判定目标物在当前时刻存在。所述杆位信息检出模块13在判定目标物存在时调用，通过外部速度传感器输入， 计算行车里程，查询数据库，获知当前的杆号信息，并通过串口输出给服务器。所述抓拍触发控制模块14由嵌入式触发功能电路板和工控机用数字信号输出功能插卡组成。其实现功能接收多功能工控机发出的命令，按要求发出触发相机的各路触发信号。所述里程速度检测模块1301由速度传感器、数字信号采集卡和安装在列车内的工控机组成。光电式转速传感器与机车轮轴契合，其数据通过数字信号采集卡输入到车内工控机，工控机作为里程速度计算的数据处理平台。所述杆号公里标检出模块1302是运行于车内多功能工控机上的功能模块，通过获得的行车里程查询数据库，从而得到目标物存在时刻时对应的站区、杆号信息。所述上位机串口通讯模块1303由工控机串口和通信控制软件构成，实现工控机及时将检出的杆位信息发送给图像采集服务器。所述抓拍成像采集模块21由支吊柱定位装置抓拍相机组、千兆网卡和高性能服务器组成。支吊柱定位装置抓拍相机组包含4个相机组，每个相机组由6个高分辨率成像高速相机组成。4个相机组分别抓拍隧道内外支柱、隧道内吊柱的正面、反面图像。每个相机组由6个高分辨率成像高速相机组成，其中1个相机用于定位装置全景拍摄，其余4个相机分别拍摄了全景范围中的左上、右上、左下、右下、中间区域的局部细节图像。该装置在车顶安装，相机聚焦镜头和拍摄角度可调节，根据用户需求可以调整相机数量和拍摄目标区域。所述转向台控制模块22由安装支吊柱定位装置抓拍相机组的车载云台、服务器上的云台控制器组成。服务器通过RS485串口发出控制命令，能够控制车载云台进行水平、 垂直方向的角度调整，从而将拍摄镜头方向对准到关注的目标区域。所述连续补光控制模块32选用HID高频闪光光源，接收支吊柱识别定位模块的闪光发出的触发信号进行瞬间补光，具有10次/秒的超强频闪能力。在所述接触线连续成像模块3中，所述连续成像采集模块31由接触线成像相机组、千兆网卡、高性能服务器组成。接触线成像相机组由在车体两侧的位置相对安装的两个高清高速工业相机组成，其镜头范围全覆盖到接触线可能出现区域。所述连续补光控制模块32采用超白光HID光源探照灯连续照明补光，补偿光源的照度都能达到清晰成像需要。所述作业综合管理模块4是运行于高性能服务器上的系统中枢，实现系统运行的主控制和人机交互的接口。在正常工作前能够对主要设备进行功能测试，并依据使用条件和线路环境设置系统初始参数；作为控制中枢，对系统运行状态进行管理，监控各设备工作状态；作为人机交互接口，提供用户合理的成像信息管理，实现成像数据的可用性；为与工控机进行数据通讯，提供了串口通讯管理模块。所述功能测试管理模块41是运行于服务器上的控制软件重要功能，实现对系统功能的测试和正常工作前确认设备准备好。所述相机功能测试模块4101 实现对每个相机数据链路状态、设置参数、工作模式的查询，实测相机成像效果，并能设置相机的参数。所述频闪功能测试模块4102 通过设置相机为触发模式，并发出频闪控制命令，进行主动抓拍， 从成像质量上测试闪光灯的频闪功能。所述运行参数初调模块42是运行于服务器上的控制软件重要功能，实现设备的准备工作。工作模式选择模块对线路、起始位置的站区、起始杆号、上下行方向进行选择，转向台初始化模块对相机拍摄的角度进行调整，相机初始化模块对各相机上电后的访问地址进行设置。在上述实施例中本实用新型的关键悬挂识别定位功能，主要是采用两种方式综合判定是否载体车行到达目标关键悬挂所在位置1)采用线阵相机和高亮度激光，实时判定接触线支柱或吊柱的定位装置是否存在，利用激光三角测距原理和线阵图像中目标物识别算法，实现支柱、吊柱、桥隧的判定；幻应用车速传感器判定当前行车里程，据此查询自建当前线路的数据库，判定当前站区、杆号、公里标，确定行车到达如电分段、电分相设备等关注设施所在位置。本实用新型的高清图像抓拍功能，采用一组相机对沿着铁轨垂直分布的关键悬挂 (如支柱腕臂、定位器)正反面成像，单机分辨率能够达到对4淋2050像素及以上，工作在外部信号触发模式，依据支吊柱识别定位模块1发出的触发信号进行抓拍；采用另一组相机对沿着铁轨同向分布的关键悬挂(如接触线、分段绝缘器)相对侧面成像，单机分辨率达到
像素以上，工作在连续抓拍模式，依据车速传感器调节拍摄速率。本实用新型的频闪补光方式，采用气体频闪灯在触发拍照时刻进行目标物正反面的瞬间高亮照明，相机设置为500us以下的曝光时间，一是通过补光使得目标物图像不受环境光照影响，二是避免动态拍摄下曝光时间过长的图像拖影问题。本实用新型的作业综合管理功能，所有成像图片在文件名中包含了其成像机位、 时亥IJ、站区、杆号、公里标等信息，软件对所有图片进行浏览、放大、按信息项索引、转存，及显示其相关信息。综上所述，本实用新型是集成关键悬挂定位功能、高清图像抓拍、频闪补光方式、 作业综合管理功能的车载接触网巡线检测设备，主要实现关键悬挂(包括接触线、定位装置、线岔设施、锚段关节、电分段和电分相设备)的清晰成像，提供用户其图像、线路杆号和公里标信息的综合信息管理。本检测装置在中国国内首次提出以高清图像形式直接反映接触网悬挂设施现场情况为检测手段，为达到成像目标准确采用了综合激光测距、图像目标识别、线路数据库查询技术的定位识别功能，为达到成像质量清晰采用了气体频闪灯补光、实时触发相机瞬间曝光、高清分辨率相机成像的方法，为达到用户查询需求提供了悬挂设施的图像、线路、站区、杆号、机位、拍摄时间的信息。本实用新型的具体优点详细阐述如下1)本装置以高清图像形式直接反映接触网悬挂设施现场情况的车载动态巡线检查方法，提供悬挂设施的定位信息和拍摄时间，包括悬挂设施的图像、线路、站区、杆号、拍摄时间；该检测方式在国内无应用先例，接触网悬挂设施的检测主要依靠人员定期巡线观察检查，本检测方式以轨道车载形式巡线，除了高清图片信息外，还提供悬挂设施定位信息，满足检测人员查询判定故障、定位故障点的需求。2)本装置中涉及的关键悬挂定位识别功能，由激光发射器、线阵相机、激光测距技术、图像目标识别技术和线路数据库技术来综合判定巡线过程中关键悬挂目标出现，从而确定高清图像抓拍的时机，进一步获取得到关键悬挂目标的线路、站区、杆号、拍摄时间信息提供给用户。正是关键悬挂的精确定位和发出触发相机拍照延时超小，使得动态行车情况下相机拍摄角度准确，相机阵列各镜头才能对准目标区域。3)现有图像检测悬挂设施的方式主要为连续摄像和定点拍摄两种方式，连续拍摄存在冗余数据很多、清晰度不高的问题，定点拍摄存在需要人工选取合适位置角度、拍摄角度受铁路安全作业规则限制的问题。而本装置利用车载作业方式只对关键悬挂目标拍摄， 产生的冗余数据很少；由于成像设备安装于车顶，构成相机阵列能够对悬挂目标的正方面及局部关注区域进行成像，拍摄角度覆盖目标全部位，并能避免人工拍摄的架设相机操作、 登高危险操作；利用频闪灯主动补光和高速快门曝光方式，能够避免环境光照不足和照明角度不佳影响，并避免动态拍摄下图像拖影问题，达到成像效果较普通定点拍摄情况要清晰有效；相机采用高清工业相机，单机分辨率达到对4淋2050，并且局部关注区域采用单机拍摄，图像质量超过普通相机的拍摄效果。本实用新型的工作原理如下本装置主要包括成像设备和计算机数据处理设备，成像设备安装在铁路车辆车顶上，计算机数据处理设备安装在车厢机柜内。从功能上可划分为支吊柱识别定位功能、支吊柱抓拍成像功能、接触线连续成像功能和作业综合管理功能。当系统开始工作后，杆位定位装置开始启动支吊柱识别定位功能，通过激光检测技术和数据综合分析技术，判定当前经过的支柱或吊柱准确位置，通过串口发出消息给接触线连续成像模块3。接触线连续成像模块3以高性能嵌入式系统的形式输出多路触发信号控制相机拍照。运行于多功能工控机上的杆位识别软件，通过线阵相机图像处理检出支吊柱存在，结合行车里程输入和路线数据库分析，检出当前杆位的杆号和公里标。每经过支柱或吊柱时，获取其正反面的全局图像和关键部位的局部图像。运行于高性能服务器上的接触线连续成像模块3通过千兆网口对接触网支吊柱图像进行实时的采集和压缩存储，当杆位定位装置通过抓拍触发控制模块14向高速相机发出触发抓拍信号后，图像采集程序进行来自不同相机的多张图片并行接收，并实现高清图像的实时压缩存储。根据行车速度，采用连续抓拍方式全覆盖记录沿线接触线情况。工控机上实现车速计算，根据车速发出命令给接触线连续成像模块3，其产生控制相机连续抓拍的触发信号。高性能服务器通过2路千兆网口与高速相机相连，接触线连续成像模块3被动接收高速相机抓拍到的图像并压缩保存。多功能工控机和高性能服务器以串口实现信息交互。多功能工控机判定经过支吊柱的准确时刻，结合行车里程输入和路线数据库检索，确定触发抓拍点的公里标和杆位信息，提供给高性能服务器。高性能服务器融合公里标和杆位信息到所拍摄的接触网图像中， 提供给用户便捷的成像管理，实现大量接触网图像的检索浏览和管理。本实用新型的创新点如下1、以高清图像形式直接反映接触网悬挂设施现场情况的车载动态巡线检查方法， 只对关键悬挂目标成像保存数据，提供悬挂设施的有效信息，包括悬挂设施的图像、线路、 站区、杆号、拍摄时间。2、本装置包括关键悬挂目标识别定位、补光和相机拍照触发、成像数据采集、相关数据管理的功能模块，从目标出现、识别完成、触发相机动作的延时在5ms内，保证了车载行车速度0-120km/h下目标有效出现在所摄图片中。3、采用相机阵列对关键悬挂目标全景和局部区域成像，覆盖到目标的正反面80% 面积上，单机分辨率达到2448*2050像素。4、关键悬挂识别模块以激光发射器和线阵相机构造，识别目标是垂直于铁轨的支柱、吊柱上的接触网定位装置(腕臂、定位管、定位器)，有效识别区域是其偏移出接触线拉出值(根据线路情况确定，通常是200mm)范围的部分，并以天空和隧道顶作为线阵相机成像背景参考。5、关键悬挂识别定位功能中线阵相机图像处理中，首先判定了目标是否存在于图像中，再利用了三角测距原理判定目标物高度辅助判定是否干扰，为适应天空背景亮度变化主动调节相机曝光时间和输出增益。6、应用车轮上转速传感器输出实时计算行车里程，查询数据库获取线路、站区、杆号、公里标。7、在成像过程中对关键悬挂目标进行补光，设置相机工作在500us以下的曝光时间，保证了成像质量，受环境光照不足和车体振动的影响极小。8、有效数据输出包括关键悬挂图片、站区、杆号、拍摄时间，可按照站区、杆号、公里标、拍摄时间进行检索图片。最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，而不是对本实用新型技术方案的限定，任何对本实用新型技术特征所做的等同替换或相应改进，仍在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种接触网关键悬挂自动巡查装置，其特征在于包括支吊柱识别定位模块、支吊柱抓拍成像模块、接触线连续成像模块和作业综合管理模块，所述支吊柱识别定位模块的输出端与所述支吊柱抓拍成像模块连接，所述支吊柱抓拍成像模块与所述作业综合管理模块连接，所述作业综合管理模块还与所述接触线连续成像模块连接，所述支吊柱识别定位模块由线阵相机采集模块、线阵图像识别模块、杆位信息检出模块和抓拍触发控制模块组成，所述杆位信息检出模块由里程速度检测模块、杆号公里标检出模块和上位机串口通讯模块组成，所述支吊柱抓拍成像模块由抓拍成像采集模块、转向台控制模块和频闪补光控制模块组成，所述接触线连续成像模块由连续成像采集模块和连续补光控制模块组成，所述作业综合管理模块由功能测试管理模块、运行参数初调模块、成像信息管理模块和串口通讯管理模块组成，所述功能测试管理模块由相机功能测试模块和频闪功能测试模块组成，所述运行参数初调模块由工作模式选择模块、转向台初始化模块和相机初始化模块组成。
2.根据权利要求1所述的接触网关键悬挂自动巡查装置，其特征在于所述线阵相机采集模块由激光发射器、滤光片、长焦距镜头、线阵相机、高速数据线缆、图像数据采集卡和工控机组成。
3.根据权利要求1所述的接触网关键悬挂自动巡查装置，其特征在于所述抓拍触发控制模块由嵌入式触发功能电路板和工控机用数字信号输出功能插卡组成。
4.根据权利要求1所述的接触网关键悬挂自动巡查装置，其特征在于所述里程速度检测模块由光电转速传感器、数字信号采集卡和车内工控机组成。
5.根据权利要求1所述的接触网关键悬挂自动巡查装置，其特征在于所述抓拍成像采集模块由支吊柱定位装置抓拍相机组、千兆网卡和服务器组成。
6.根据权利要求1所述的接触网关键悬挂自动巡查装置，其特征在于所述连续成像采集模块包括接触线连续拍摄相机组、千兆网卡和高性能服务器。
7.根据权利要求1所述的接触网关键悬挂自动巡查装置，其特征在于所述转向台控制模块由安装支吊柱定位装置抓拍相机组的车载云台、服务器上的云台控制器组成。
专利摘要本实用新型公开了一种接触网关键悬挂自动巡查装置，包括支吊柱识别定位模块、支吊柱抓拍成像模块、接触线连续成像模块和作业综合管理模块，所述支吊柱识别定位模块的输出端与所述支吊柱抓拍成像模块连接，所述支吊柱抓拍成像模块与所述作业综合管理模块连接，所述作业综合管理模块还与所述接触线连续成像模块连接。本实用新型浏览时不需要耗费大量时间靠人工视觉定位视频中接触网的位置，且清晰度较高，能够很好地发现局部关键部件的故障，对接触网悬挂设施进行了整体的高清晰成像。
文档编号H04N7/18GK202098297SQ201120218468
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者李昌峻 申请人:成都唐源电气有限责任公司