CN102759347B - 一种高铁接触网在线巡检装置、巡检方法以及其检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铁接触网在线巡检装置、巡检方法以及其构成的高铁接触网检测***，其中巡检装置包括高速摄像模块和与高速摄像模块连接的车载服务器，高速摄像模块包括用于获取接触网视频的第一高速相机和用于获取位置视频的第二高速相机，车载服务器主要用于完成分析、存储、图像回放以及统计的功能；巡检方法主要是将采集到的视频转换为同步的接触网图片和位置图片，然后利用不同算法分析处理得到检测结果；检测***包括一个以上的检测装置和中心数据库，中心数据库用于对一次巡检或历史巡检活动获得的数据进行分析、存储、图像回放以及统计的功能。本发明的特点是使用灵活，可以在350km/h以上的行驶状态下进行巡检工作。
Description
技术领域
本发明涉及高速铁路的安全检测技术，具体说是一种高铁接触网在线巡检装置及其巡检方法，以及一种高速铁路接触网检测***。
背景技术
高速铁路运输技术于60年代进入实用化阶段，经过40多年发展，特别是80年代以来伴随着新的交通革命浪潮，高速运输技术取得了一系列新成果新突破。接触网作为向机车和动车组提供电能的关键设施，也随着高速化进程的不断深入而不停地向前发展，并根据各国铁路发展的历史和国情形成了不同形式的高速接触网。目前基于图像处理技术的非接触式巡检装置已经得到广泛应用，例如德国某公司与1982年推出的一款检测设备，如图4所示，该设备包括在车内3布置的四个成一定角度设置的CCD摄像机5和三个聚光灯4，通过图像处理，计算接触线高度和拉出值。我国基于图像处理的巡检***主要是在德国技术基础上发展起来，例如2007年10月3日公开的中国专利ZL200610149125.6，该专利公开的技术方案为在车内成角度安装有2-8个CCD高速摄像机和LED面阵列照明光源用于采集图像，通过图像处理软件计算出接触线的高度和拉出值，并且利用GPS进行定位。
上述的巡检设备都是安装于巡检车车顶，且最高运行速度在300km/h以下，与实际的运行状态有一定差别，而对于运行速度在350km/h以上的高速铁路接触网的日常巡检技术，我国乃至全世界目前都未见相关信息。
发明内容
本发明的任务是要解决上述技术难题，提供一种用于高速铁路接触网在线巡检装置及其巡检方法，并且提供了一种基于该巡检装置的高铁接触网检测***，本发明的特点是使用灵活，可以在350km/h以上的行驶状态下进行巡检工作。
技术手段：本发明公开了一种高铁接触网在线巡检装置，包括高速摄像模块和与高速摄像模块连接的车载服务器；
高速摄像模块包括用于获取接触网视频的第一高速相机和用于获取位置视频的第二高速相机；
车载服务器包括数据存储模块、数据处理模块和图像回放模块；数据存储模块包括视频采集卡、数据转换子模块和海量存储硬盘，所述高速摄像模块将视频发送给数据存储模块，数据存储模块分别与数据处理模块和图像回放模块信号连接；
采集卡对高速摄像模块拍摄到的接触网视频和位置视频进行同步采集，采集到的视频经数据经数据转换子模块转换为接触网图片和与之相对应的位置图片，两种图片被送入海量存储硬盘存储，同时送入数据处理模块；
数据处理模块收到接触网图片和位置图片后，对接触网图片进行分析处理获得检测结果，对位置图片进行分析处理获得定位数据，之后检测结果和定位数据被发送回数据存储模块存储；
图像回放模块从数据存储模块调取接触网图片以及与之对应的位置图片、检测结果和定位数据，并将其进行集成后以图片流的形式回放。
车载服务器包括统计模块，统计模块与数据存储模块信号连接，统计模块对一次巡检过程中发现的异常信息进行统计。
海量硬盘为热插拔式，车载服务器为便携式工业控制计算机；第一高速相机为500万像素高速高灵敏度工业相机，第二高速相机为100万像素工业相机。
巡检装置还包括一抗震支架，所述第一高速相机和第二高速相机均设置在抗震支架上，抗震支架设置在机车车顶、机车车厢内或机车车厢外的侧面；
优选为抗震支架设置在机车车厢内，为八爪鱼支架；巡检装置包括一相机防护罩，第一高速相机和第二高速相机设置在相机防护罩内，并通过相机防护罩可拆卸安装在抗震支架上；在相机防护罩上于第一高速相机的镜头和第二高速相机的镜头的两侧还设有“U”型把手式防护栏；在相机防护罩上设有用于调节两相机水平角、俯仰角、光圈和焦距的调节机构。
上述高铁接触网在线巡检装置的巡检方法包括下列时序步骤：
（1）、采集卡对高速摄像模块拍摄到的接触网视频和位置视频进行同步采集；
（2）、采集到的视频经数据经数据转换子模块转换为接触网图片和与之相对应的位置图片，并将两种图片被送入硬盘阵列存储，同时送入数据处理模块；
（3）、数据处理模块收到接触网图片和位置图片后，对接触网图片进行分析处理获得检测结果，对位置图片进行分析处理获得定位数据；
（4）、数据处理模块将检测结果和定位数据发送回数据存储模块，并由海量存储硬盘存储；
（5）、图像回放模块从数据存储模块调取接触网图片以及与之对应的位置图片、检测结果和定位数据，并将其进行集成后以图片流的形式回放。
在步骤（3）中，通过下列时序步骤获取检测数据：
a、对接触网图片进行自适应前景提取，获取杆柱及供电塔头信息；
b、对获取的杆柱及供电塔头进行线性检测及分析，识别有效杆柱；
c、对有效的杆柱和塔头进行分析，获取检测数据。
本发明还公开了一种基于上述高铁接触网在线巡检装置的高铁接触网检测***，包括一个以上所述巡检装置以及中心数据库，该中心数据库包括对巡检装置采集到的原始图片数据进行分析处理的处理模块、将图片与检测结果集成后显示的回放模块、海量数据存储模块和统计模块，其中海量数据存储模块存储所有线路上每一次检测采集到的图片和检测结果，统计模块对一次巡检过程中发现的异常信息进行统计，以及对某一线路上的历史异常信息进行统计。
有益效果：本发明与现有技术相比，减少了摄像机的个数，而且也不用照明设备就能完成巡检工作；视频采集模块只有两台高速相机安装在抗震支架上，设备结构简单，体积小，方便安装拆卸，车载服务器为便携式的工业控制计算机，整套***使用灵活，可以安装在任意一辆列车上使用；第一高速相机视场角正对接触网部件获取接触网视频，同时第二高速相机视场角正对公里标和杆塔标号获取同步位置视频，并通过车载服务器分析获取检测结果和定位数据，不需要使用附加的定位设备，节约了设备成本；本巡检设备可以在350km/h高速行驶下进行巡检，与高铁实际的运行环境更加相近，检测更为准确。
附图说明
图1为本发明的结构示意图之一；
图2为本发明结构示意图之二；
图3为本发明获取检测信息的流程图；
图4为现有技术的使用状态图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示为本发明公开的一种高铁接触网在线巡检装置，该装置包括高速摄像模块1和车载服务器2。其中高速摄像模块包括用于获取接触网视频的第一高速相机12和用于获取位置视频的第二高速相机13，第一高速相机12和第二高速相机13同步采集视频数据。本实施例中第一高速相机选用500万像素高速高灵敏度工业相机（BAUMER公司，HXC14NIR型号），第二高速相机为100万像素工业相机。
如图2所示，第一高速相机12和第二高速相机13设置在一相机防护罩11内，在相机防护罩11上设有用于调节两相机水平角、俯仰角、光圈和焦距的调节机构14，以及在相机防护罩上于第一高速相机的镜头和第二高速相机的镜头的两侧还设有“U”型把手式防护栏15，该防护栏既可以对镜头进行保护，又方便操作人员提拿；第一高速相机12和第二高速相机13通过该相机防护罩11可拆卸安装在一抗震支架上，抗震支架可安装在机车车顶、机车车厢内或机车车厢外的侧面。本实施例优选的抗震支架为一种八爪鱼支架，用于安装在机车车厢内，通常可安装在驾驶员操作平台旁边。
车载服务器2为一台便携式工业控制计算机，包括数据存储模块21、数据处理模块22、图像回放模块23和统计分析模块24；其中高速摄像模块1将采集到的视频数据发送给数据存储模块21，数据存储模块21包括视频采集卡211、数据转换子模块212和海量存储硬盘213，数据存储模块21分别与数据处理模块22、图像回放模块23和统计模块24信号连接，海量存储硬盘213为可插拔式。
该高铁接触网在线巡检装置的巡检方式包括下列时序步骤：
（1）、采集卡对高速摄像模块拍摄到的接触网视频和位置视频进行同步采集；
（2）、将采集到的视频经数据经数据转换子模块转换为接触网图片和与之相对应的位置图片，并将两种图片被送入海量存储硬盘存储，同时送入数据处理模块；
（3）、数据处理模块收到接触网图片和位置图片后，对接触网图片进行分析处理获得检测结果，对位置图片进行分析处理获得定位数据；
（4）、数据处理模块将检测结果和定位数据发送回数据存储模块，并由海量存储硬盘存储；
（5）、图像回放模块从数据存储模块调取接触网图片以及与之对应的位置图片、检测结果和定位数据，并将其进行集成后以图片流的形式回放。
其中，步骤（3）是通过下列时序步骤获取检测数据，如图2所示：
a、对接触网图片进行自适应前景提取，获取杆柱及供电塔头信息；
b、对获取的杆柱及供电塔头进行线性检测及分析，识别有效杆柱；
c、对有效的杆柱和塔头进行分析，获取检测数据。
具体方式如下：第一高速相机的视场角正对接触网，第二高速相机的视场角正对杆塔下部标有杆号和公里标的部位，两相机同步拍摄，同时视频采集卡同步对两种视频进行采集。假设列车的运行速度为360km/h（100m/s），两相机的同步获取视频的拍摄速度均为17帧/秒，两线杆之间的最小距离为20米，此时列车平均每行驶6米拍摄一张，两线杆之间最少要拍摄3张，也就是至少有3张图像包含了同一线杆，因此线杆只会重复，不会缺失。在实际情况中，相机拍摄速度要大于17帧/秒，线杆之间的距离也大于20米，所以更加不会出现缺失的情况。仍然以17帧/秒的视频为例，采集到的视频经格式转换子模块转换为17幅接触网图片和与之相对应的17幅位置图片，图片被依次送入海量存储硬盘存储，同时也被依次同步送入数据处理模块。
数据处理模块对接触网图片和位置图片分别进行处理。对接触网图片处理主要是检测供电塔杆，塔杆检测，分为三个步骤：
第一个步骤为自适应前景提取，该方法是在非模型法产生背景模型的基础上,通过背景差法获取差分图像,利用环境噪声的相对稳定性,建立一张环境噪声分布图,进而滤除差分图像中存在的环境噪点,自适应求取分割阈值,进行图像二值化处理获取前景区域。前景信息利用当前帧与动态学习背景进行差分来获取，此自适应背景建模方法对频繁的环境变化具有很强的适应性，且计算简单快速，满足实时性提取杆柱及供电塔头信息的要求。
第二个步骤为线特征检测及分析，识别有效杆柱。在前景提取的基础上，检测前景图像中的线，并分析线的长度、角度、密度、结构等多种特征，在此基础判定是不是一个有效杆柱。
第三个步骤是在分析塔头及杆柱特点的基础上，利用快速线检测算法获取检测结果：首先检测图像中相邻的像素点并进行聚类,形成一些相连的像素点的集合,然后将聚类后的像素点进行感知编组,细分成比原聚类线段更接近直线的线段,最后对每段近似直线用随机霍夫变换进行检测,从而精确地检测出图像中相应的直线。本方法的计算量小,节省内存,无需先验知识,且抗干扰性有显著提高,并降低了误检率和漏检率，比经典的线巡检算法(霍夫线检测)快几十倍，完全可以满足高铁视频实时性处理要求。
对位置图片的处理较为简单，主要是公里标和塔杆标号识别，即从位置图片中，利用快速识别算法，经过快速定位、字符分割、字符识别的过程，快速准确地获取公里标和塔杆标号以确定位置信息。
之后检测结果和定位数据被送回海量存储硬盘存储，图像回放模块从存储模块中调取接触网图片和与之相对应的位置图片、检测结果和定位数据，将其集成后以图片流的形式显示出来。统计模块对一次巡检过程发现的异常信息进行统计。
实施例2
本发明还公开了一种高铁接触网安全检测***，包括一个以上的实施例1中所述的高铁接触网在线巡检装置以及中心数据库，该中心数据库包括对巡检装置采集到的原始图片数据进行分析处理的处理模块、将图片与检测结果集成后显示的回放模块、海量数据存储模块和统计模块，其中海量数据存储模块存储所有线路上每一次检测采集到的图片和检测结果，统计模块对一次巡检过程中发现的异常信息进行统计，以及对某一线路上的历史异常信息进行统计。
Claims (9)
1.一种高铁接触网在线巡检装置，其特征在于：所述巡检装置包括高速摄像模块和与高速摄像模块连接的车载服务器；
所述高速摄像模块包括用于获取接触网视频的第一高速相机和用于获取位置视频的第二高速相机；
车载服务器包括数据存储模块、数据处理模块和图像回放模块；数据存储模块包括视频采集卡、数据转换子模块和海量存储硬盘，所述高速摄像模块将视频发送给数据存储模块，数据存储模块分别与数据处理模块和图像回放模块信号连接；
采集卡对高速摄像模块拍摄到的接触网视频和位置视频进行同步采集，采集到的视频经数据转换子模块转换为接触网图片和与之相对应的位置图片，两种图片被送入海量存储硬盘存储，同时送入数据处理模块；
数据处理模块收到接触网图片和位置图片后，对接触网图片进行分析处理获得检测数据，对位置图片进行分析处理获得定位数据，之后检测数据和定位数据被发送回数据存储模块存储；
图像回放模块从数据存储模块调取接触网图片以及与之对应的位置图片、检测数据和定位数据，并将其进行集成后以图像流的形式回放。
2.根据权利要求1所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于：所述车载服务器包括统计模块，统计模块与数据存储模块信号连接，统计模块对一次巡检过程中发现的异常信息进行统计。
3.根据权利要求1所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于：所述海量存储硬盘为热插拔式，所述车载服务器为便携式工业控制计算机。
4.根据权利要求1所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于：所述第一高速相机为500万像素高速高灵敏度工业相机，第二高速相机为100万像素工业相机。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于：所述巡检装置包括一抗震支架，所述第一高速相机和所述第二高速相机均设置在抗震支架上，抗震支架设置在机车车厢内或机车车顶或机车车厢外的侧面。
6.根据权利要求5所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于：当所述抗震支架设置在机车车厢内时，所述抗震支架设置为八爪鱼支架。
7.根据权利要求6所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于：所述巡检装置包括一相机防护罩，所述第一高速相机和所述第二高速相机设置在相机防护罩内，并通过相机防护罩可拆卸安装在抗震支架上；在相机防护罩上于第一高速相机的镜头和第二高速相机的镜头的两侧还设有“U”型把手式防护栏；以及在相机防护罩上设有用于调节两相机水平角、俯仰角、光圈和焦距的调节机构。
8.一种利用权利要求1-7任意一项权利要求所述的高铁接触网在线巡检装置的巡检方法，其特征在于该方法包括下列时序步骤：
（1）、采集卡对高速摄像模块拍摄到的接触网视频和位置视频进行同步采集；
（2）、采集到的视频经数据转换子模块转换为接触网图片和与之相对应的位置图片，并将两种图片送入硬盘阵列存储，同时送入数据处理模块；
（3）、数据处理模块收到接触网图片和位置图片后，对接触网图片进行分析处理获得检测数据，对位置图片进行分析处理获得定位数据；
（4）、数据处理模块将检测数据和定位数据发送回数据存储模块，并由海量存储硬盘存储；
（5）、图像回放模块从数据存储模块调取接触网图片以及与之对应的位置图片、检测数据和定位数据，并将其进行集成后以图像流的形式回放；
在所述步骤（3）中，通过下列时序步骤获取检测数据：
a、对接触网图片进行自适应前景提取，获取杆柱及供电塔头信息；
b、对获取的杆柱及供电塔头进行线性检测及分析，识别有效杆柱；
c、对有效的杆柱和塔头进行分析，获取检测数据。
9.一种基于权利要求1-7任意一项权利要求所述的高铁接触网在线巡检装置的高铁接触网检测***，其特征在于：所述检测***包括一个以上所述巡检装置以及中心数据库，该中心数据库包括对巡检装置采集到的原始图片数据进行分析处理的处理模块、将图片与巡检数据集成后显示的回放模块、海量数据存储模块和统计模块，其中海量数据存储模块存储所有线路上每一次检测采集到的图片和巡检数据，统计模块对一次巡检过程中发现的异常信息进行统计，以及对某一线路上的历史异常信息进行统计。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHENGDU NATIONAL RAILWAYS ELECTRICAL EQUIPMENT CO. Effective date: 20140827 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140827 Address after: 510730 No. 11, color road, Science City, Guangzhou economic and Technological Development Zone, Guangdong, F1101A Patentee after: Guangzhou Keyi Photo-Electric Technology Co., Ltd. Patentee after: Chengdu National Railways Electric Equipment Co., Ltd. Address before: 510730 No. 11, color road, Science City, Guangzhou economic and Technological Development Zone, Guangdong, F1101A Patentee before: Guangzhou Keyi Photo-Electric Technology Co., Ltd. |