CN104567684B - 一种接触网几何参数检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种接触网几何参数检测方法及装置，方法包括：获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网图像；对一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标关系图；根据灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置；根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；根据成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数。本发明的接触网几何参数检测，利用线扫描摄像机采集的图像进行几何参数检测，线扫描速度快，检测结果准确，检测效率高，不占用维修天窗时间，为接触网动静态几何参数测量评估提供了一种可靠的技术手段，提升了供电设备检查和维护的工作效率。

Description

一种接触网几何参数检测方法及装置

技术领域

本发明涉及检测技术，具体的讲是一种接触网几何参数检测方法及装置。

背景技术

随着铁路交通运输网络和城市轨道交通网络规模的不断扩大和日趋完善，铁路和城市轨道交通的相关运营维护部门的接触网检修任务也日益繁重。为有效提升铁路运输能力和运输效率，铁路运营维护部门必须在控制检修时间的同时有效提高检修作业的质量和效率，这就要求铁路运营维护部门采用更先进的检测技术和更科学的分析方法，从检测技术、检测精度等方面提高日常检修的效率，满足既有线路日常维护保养工作和新建线路的施工验收接管工作的需要。

接触网是电气化铁路和轨道交通的牵引供电***的重要设备。电力机车通过受电弓与接触线滑动接触并获得电能。要保证电气化铁路和轨道交通的安全运营、保证弓网的良好接触和可靠取流，除了在接触网设计、施工和运营方面达到一定的规范要求外，还必须定期对接触网进行检测，以便及时发现并消除隐患。拉出值、导高等接触网几何参数是接触网检测的重要项目，需要定期进行检测以确认接触网技术状态。传统的现场人工检测方式检测效率很低，人员上道检测需申请维修天窗时间且安全性不高，尤其无法适应高速铁路的全封闭式管理模式，并且只能对接触网进行静态几何参数测量，无法掌握列车真实运行状态下的接触网技术状态。

与现场人工检测方式相比，采用装备了接触网几何参数检测设备的专用车辆进行自动检测的方式具有测量精度和效率高、安全性好、不占用维修天窗、可等速测量以检测列车真实运行状态下的接触网技术状态等无可比拟的优势，代表着接触网检测技术的发展方向。与接触网接触式测量技术相比，非接触式测量技术具有很多优点：既可进行静态测试以对新建接触网工程进行施工质量评估，也可用于动态测试以监控运营接触网设施在真实运行状态下的功能状态；接触网几何参数检测精度高，可准确检测出锚段关节、电分相等接触网转换结构中两支接触线的空间相对位置关系；***结 构简洁，不影响运行中的受电弓动力学性能也不会对接触线产生额外扰动从而影响测量精度；设备位于车顶低压侧，安全性高且远离电磁干扰。

现有技术中接触网几何参数的非接触式检测技术主要包括激光扫描测距技术和基于光学成像的视觉测量技术。现有的激光扫描测距技术存在测量速度较低、移动测量精度较低、易受环境和被测材料表面反射率影响等不足，无法满足高速、高分辨率和全天候的测量要求。而现有的采用面扫描摄像机的视觉测量技术受二维图像分辨率、单帧图像数据量大、图像处理速度、易出现逆光等多种因素制约，同样难以满足高速、高分辨率和全天候的测量要求。

发明内容

为了对接触网进行全天实时检测，获得准确的检测结果，提高检测效率，同时不占用维修天窗时间，不受车辆运行速度限制，既可以对新建线路接触网进行低速静态检测，也可以对运营线路接触网进行与线路运营速度一致的等速测量，从而检验列车真实运行状态下的接触网技术状态，本发明提供了一种接触网几何参数检测方法，方法包括：

获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网图像；

对所述一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标关系图；

根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置；

根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；

根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数。

优选的，本发明一实施例中，据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置包括：

对所述灰度值与像素坐标关系图中的各像素点进行相邻点的灰度值相减的一阶差分处理，生成灰度梯度与像素坐标关系图；

根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置。

优选的，本发明一实施例中，根据灰度梯度与像素坐标关系图中灰度梯度尖峰处的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置包括：

根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的像素区域；

根据预设灰度阈值对所述具有接触线图像的像素区域进行过滤确定接触线在图像中的成像位置。

优选的，本发明一实施例中，根据灰度梯度与像素坐标关系图中灰度梯度尖峰处的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置进一步包括：

根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的像素区域；

根据预设灰度阈值对所述具有接触网图像的像素区域进行过滤；

根据预先获取的干扰物与接触线的位置关系、接触线图像宽度特征对过滤处理后的像素区域进行识别，确定接触线在图像中的成像位置。

优选的，本发明一实施例中，根据线扫描摄像机的成像角度和线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数包括：

获取车辆与轨道的相对位置数据；

根据所述成像角度、所述至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置利用三角函数关系确定接触线与车辆顶部的空间位置；

根据所述车辆与轨道的相对位置数据、接触线与车辆顶部的空间位置确定接触网几何参数。

同时，本发明还提供一种接触网几何参数检测装置，包括：

图像采集模块，获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网图像；

灰度处理模块，用于对所述一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标关系图；

位置确定模块，用于根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置；

角度确定模块，根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；

几何参数确定模块，用于根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数。

优选的，本发明一实施例中，位置确定模块包括：

差分处理单元，用于对所述灰度值与像素坐标关系图中的各像素点进行相邻点的灰度值相减的一阶差分处理，生成灰度梯度与像素坐标关系图；

位置确定单元，用于根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置。

优选的，本发明一实施例中，位置确定单元包括：

峰值区域确定单元，根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的像素区域；

过滤单元，用于根据预设灰度阈值对所述具有接触线图像的像素区域进行过滤确定接触线在图像中的成像位置。

优选的，本发明一实施例中，位置确定单元进一步包括：

峰值区域确定单元，根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的像素区域；

过滤单元，根据预设灰度阈值对所述具有接触网图像的像素区域进行过滤；

特征识别单元，根据预先获取的干扰物与接触线的位置关系、接触线图像宽度特征对过滤处理后的像素区域进行识别，确定接触线在图像中的成像位置。

优选的，本发明一实施例中，接触网几何参数检测装置还包括：

轨道位置数据获取模块，采集车辆与轨道的相对位置数据；

优选的，本发明一实施例中，几何参数确定模块包括：

车顶空间位置确定单元，根据所述成像角度、所述至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置利用三角函数关系确定接触线与车辆顶部的空间位置；

几何参数确定单元，根据所述车辆与轨道的相对位置数据、接触线与车辆顶部的空间位置确定接触网几何参数。

本发明的接触网几何参数检测方法及装置，利用线扫描摄像机采集的图像进行几何参数检测，由于先扫描摄像机的一维成像精度高，线扫描速度快，以每米十个采样测量点进行检测，因此，车辆检测速度可达400km/h甚至更高，不受车辆运行速度限制，既可以对新建线路接触网进行低速静态检测，也可以对包括高速铁路在内的运营线路接触网进行与线路运营速度一致的等速测量以检验列车真实运行状态下的接触网技术状态。采用光学非接触检测方式对接触网进行全天实时检测，检测结果准确，检测效率高，不占用维修天窗时间，为接触网动静态几何参数测量评估提供了一种可靠的技术手段，提升了供电设备检查和维护的工作效率。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种接触网几何参数检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中一步骤的流程图；

图3为本发明实施例中确定成像位置的流程图；

图4为本发明实施例中的三角测量原理示意图；

图5为本发明提供的一种接触网几何参数检测装置的框图；

图6为本发明实施例中的装置结构示意图；

图7为本实施例中的接触网几何参数的检测装置的框图；

图8为本实施例中的接触网几何参数的原理示意图；

图9为本发明实施例的接触网几何参数检测流程；

图10为本发明实施例中的接触网几何参数检测软件模块示意图；

图11本发明实施例中接触网几何参数检测的图像处理流程；

图12为本发明实施例中拍摄的接触网原始灰度图像数据；

图13为本发明实施例中差分处理后的接触网灰度梯度图；

图14为本发明实施例中测出的拉出值和导高的测量波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种接触网几何参数检测方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S101，获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网图像；

步骤S102，对所述一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标关系图；

步骤S103，根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置；

步骤S104，根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；

步骤S105，根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数。

其中，本发明一实施例中，如图2所示，步骤S103中根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置包括：

步骤S1031，对所述灰度值与像素坐标关系图中的各像素点进行相邻点的灰度值相减的一阶差分处理，生成灰度梯度与像素坐标关系图；

步骤S1032，根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置。

进一步，如图3所示，上述根据灰度梯度与像素坐标关系图中灰度梯度尖峰处的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置包括：

步骤S301，根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的像素区域；

步骤S302，根据预设灰度阈值对所述具有接触线图像的像素区域进行过滤确定接触线在图像中的成像位置。

通过预设的灰度阈值对像素区域过滤，进一步确定接触线在各摄像机中的位置。根据光照、背景灰度和车速等参数动态调整灰度阈值，采用灰度阈值方法将接触线目标与背景进行分割。

同时，上述根据灰度梯度与像素坐标关系图中灰度梯度尖峰处的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置进一步包括：

步骤S303，根据预先获取的干扰物与接触线的位置关系、接触线图像宽度特征对过滤处理后的像素区域进行识别，确定接触线在图像中的成像位置。

即通过对预先获知的干扰物和接触线的特征描述，进一步确认接触网中的接触线的位置。具体实施例中，特征描述步骤主要是根据目标探测步骤的接触线定位结果建立接触线在各摄像机成像位置的对应关系。在夜晚时，通常拍摄图像中只有接触线而没有干扰物。在白天时由于背景较亮，拍摄图像中还包括承力索等干扰物，因此需排除干扰物并建立接触线的正确对应关系。由于承力索在接触线上方并通常相距1100～1700mm，经光学成像后承力索和接触线在图像中通常相距一定距离并且相对位置关系基本固定。由于接触线距离摄像机比承力索更近，接触线与受电弓存在滑动接触面而承力索不存在滑动接触面，因此接触线中心的图像灰度值通常比承力索的图像灰度值大。同样由于接触线距离摄像机比承力索更近，接触线在图像中的宽度一般都比承力索的宽度略宽。根据灰度、空间位置关系和图像宽度等特征综合分析可有效排除承力索等干扰物体，建立接触线在各摄像机成像位置的对应关系。建立接触线的成像位置特征后，采用目标运动跟踪策略可对后续接触线的位置进行快速判断和定位，提高定位效率并减少干扰。

步骤S105中所述线扫描摄像机的成像角度和线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数，还包括根据所述线扫描摄像机的成像角度、相对于车辆顶部的位置利用三角函数关系确定接触线与车辆顶部的空间位置。

根据确定的接触线在各摄像机中的成像坐标和立体视觉模型计算获得接触线的高度和横向位置。本实施例中的立体视觉模型基于三角测量原理进行定位，采样两个摄像机的接触线成像坐标即可确定接触线的空间位置即高度和横向位置，如图4所示。由于摄像机的安装角度和摄像机镜头的焦距是固定的，根据接触线在摄像机中的成像位置即可计算出接触线T在左、右摄像机中的成像角度θ₁和θ₂。由于左、右摄像机的间距L是固定的，通过下面的公示(1)即可计算出接触线T相对车顶中心点的横向位置B和高度H：

确定了接触线T相对车顶中心点的空间位置后，根据车底的三个位移计测得的车体相对轨道顶平面的相对空间位置，即上述步骤S105中获取车辆与轨道的相对位置数据，运用空间坐标变换即可获得接触线T相对轨道顶平面的空间几何位置参数。

同时，如图5所示，本发明还提供一种接触网几何参数检测装置，包括：

图像采集模块501，用于获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网图像；

灰度处理模块502，用于对所述一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标关系图；

位置确定模块503，用于根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置；

角度确定模块504，根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；

几何参数确定模块505，用于根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数。

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明：

如图6所示，为本发明实施例中的装置结构示意图，其包括：摄像机1，光源2，测控处理单元3，位移计4。

本发明实施例中的接触网几何参数检测装置由线扫描摄像机1、光源2、测控处理单元3和位移计4构成，其中的摄像机1、光源2和位移计4分别与测控处理单元3通信连接。

本发明实施例中摄像机1为线扫描摄像机，摄像机1的数量为2-6个。所述摄像机1位于同一平面内并布置成一定角度。光源2为大功率聚光灯或LED发光二极管组成的面阵光源或线结构光激光器。测控处理单元3由光源控制单元31和计算机32组成，其中光源控制单元31与光源2连接，计算机32分别与摄像机1和位移计4连接。所述位移计4为拉弦式位移计或光电式位移计。

本实施例中的线扫描摄像机直接获得的为一维图像数据，与现有技术中基于光学成像的视觉测量技术中的二维图像数据相比，数据量大大降低，数据处理速度快。

本实施例的接触网几何参数检测装置包括：四个线扫描CCD高速摄像机11、12、13、14、四个大功率聚光灯光源2、测控处理单元3和三个拉弦式位移计41、42、43组成，其中光源控制单元31和计算机32组成了测控处理单元3。光源控制单元31与四个大功率聚光灯光源2连接，实现对光源的电气控制。计算机32包括了图像采集卡321、主处理器322、数据采集卡323，其中，两块双通道图像采集卡321采集四个摄像机的图像数据，一块多通道数据采集卡323采集三个拉弦式位移计的位移数 据。主处理器322获得图像数据和位移数据后通过计算获得接触线的拉出值、导高等几何参数并将检测结果输出。装置的各部分组成和连接关系示意图如图7所示。

整个装置中，摄像机和光源位于车辆顶部。摄像机实时拍摄接触网的图像。光源提供主动照明，保证了在隧道、桥梁、夜晚等环境下拍摄的接触网图像具有良好的对比度，从而保证在这些环境下正常进行检测。位移计位于车辆底部，测量车辆相对轨道7的空间位置。测控处理单元3位于车辆内部，一般安装于机柜内，实现对车顶摄像机、光源和车底位移计的数据采集、控制、数据处理和测量结果输出等功能。

本实施例的接触网几何参数的检测原理如图7所示。接触线5是电气化铁路接触网中为电力机车提供电能的架空电力导线。为延长电力机车受电弓的使用寿命，使受电弓滑板磨损均匀，在接触网施工时将接触线沿线路方向布置成折线形式，在定位点处接触线距轨道中心线行迹的水平距离称为拉出值。如果拉出值设置得太小，则达不到均匀滑板磨耗和延长受电弓使用寿命的目的。如果拉出值设置得太大，则在一些特殊情况下，如遇到大的侧风时，使接触线某些部位超出受电弓的有效工作长度而使受电弓不能有效受流，甚至使接触线钻到受电弓下方造成弓网事故。接触线高度即导高是接触线与左、右轨道顶面的垂直距离，在接触网施工时导高应根据相关国家规定和线路设计技术条件进行确定，沿线路方向的导高变化即导高平顺性也应根据设计技术条件进行控制。导线高度和导高平顺性不满足设计和施工要求将影响弓网受流质量，产生弓网离线火花，加剧接触线和受电弓滑板的电气损伤。因此，接触网检测应及时发现拉出值、导线高度等接触网几何参数的施工偏差超限。

本实施例运用立体视觉的三角测量原理如图8所示，通过分析接触线5在不同摄像机中的成像位置可计算获得接触线5相对于车辆的空间位置。而接触线的拉出值、导高等空间几何位置参数是基于左、右轨道7的顶平面定义的，因此运用安装于车底的三个拉弦式位移计41、42、43测量车辆相对轨道7的空间位置，其中，位移计41、42为垂向位移计，可计算获得车辆相对轨道7沿垂直方向(Z轴方向)的位移以及相对轨道7顶平面的侧倾角度，位移计43为横向位移计，可计算获得车辆相对轨道7沿水平方向(X轴方向)的位移。根据实际运用需要可选择使用拉弦式位移计或光电式位移计。运用基于空间坐标变换原理的数学模型即可计算获得接触线5相对于轨道7的空间几何位置参数。

线扫描摄像机11、12、13、14位于同一平面内，基于三角测量原理运用任意两 个摄像机即可确定接触线在该平面内相对于车辆的空间位置。本实施例中增加摄像机的数量并保证摄像机的角度各不相同，可以减少和消除阳光对测量的影响，提高测量的可靠性，保证在不同光照条件下都能正常检测。根据实际运用需要可设置2-6个摄像机。

本实施例中采用光学梁6作为摄像机1和光源2的安装基准，四个摄像机11、12、13、14与四个大功率聚光灯光源2悬挂固定于光学梁的同一侧面，保证了摄像机在同一平面进行成像。光学梁6通过底部两个方钢与车顶进行机械连接，可以适用于动车组、单节接触网检测车、接触网作业车等各种车辆。调节四个摄像机11、12、13、14在光学梁上的位置和安装角度，保证每个摄像机的视场都可以覆盖接触线的空间测量范围。调节四个大功率聚光灯在光学梁6上的位置和角度，保证摄像机视场范围的光照强度尽量均匀。光源2的光照强度应保证在隧道、夜晚等环境下接触网图像具有足够的对比度，根据实际运用需要可采用多个大功率聚光灯、LED发光二极管组成的面阵光源或多个线结构激光器。

本实施例的接触网几何参数检测流程如图9所示，图10为本实施例的接触网几何参数检测软件模块示意图。

本实施例的接触网几何参数检测软件的图像处理流程如图11所示，包括图像预处理，目标探测、特征描述及目标定位。获得各个线扫描摄像机拍摄的接触网图像后，通过图像预处理、目标探测、特征描述和目标定位4个环节可计算获得接触线的几何参数。各步骤的具体处理方法如下：

1、图像预处理步骤主要是对采集的各摄像机的原始图像进行预处理，实现目标与背景的分离。摄像机拍摄的接触网图像随环境光照变化呈现较大差异。晴朗白天时，天空背景较亮，图像整体灰度值较高，接触线通常相对背景较暗；阴天、夜晚或隧道时，天空背景较暗或为黑暗，图像整体灰度值很低，接触线通常相对背景较亮；多云时，图像的背景灰度分布较不规律，部分区域灰度值较高。由于接触线与局部背景存在灰度上的明显差异，采用灰度梯度可描述这种灰度突变。对灰度图像进行差分预处理，根据图像灰度梯度分布可有效区分接触线和背景。

图12为其中一个摄像机拍摄的接触网原始灰度图像数据，整个图像的灰度介于0至255之间，接触线的底面由于与列车受电弓滑动接触而形成了一个类似镜面的平面，经光源照射后在摄像机拍摄图像中显示很亮，即形成了一个如图12所示的灰度 尖峰。对图像中各像素点进行相邻点灰度值相减的一阶差分预处理后形成如图13所示的灰度梯度图，图中灰度梯度值最大的位置就是接触线所在的目标区域。

2、目标探测步骤主要根据图像预处理的结果进一步确定接触线在各摄像机中的位置。根据光照、背景灰度和车速等参数动态调整灰度阈值，采用灰度阈值方法将接触线目标与背景进行分割。在图像分割时还应结合接触线的图像特征进行判断以提高分割精度，如接触线在图像中一般宽度为几十个像素，接触线与背景的边界处的灰度梯度值一般为局部峰值等。

3、特征描述步骤主要是根据目标探测步骤的接触线定位结果建立接触线在各摄像机成像位置的对应关系。在夜晚时，通常拍摄图像中只有接触线而没有干扰物。在白天时由于背景较亮，拍摄图像中还包括承力索等干扰物，因此需排除干扰物并建立接触线的正确对应关系。由于承力索在接触线上方并通常相距1100～1700mm，经光学成像后承力索和接触线在图像中通常相距一定距离并且相对位置关系基本固定。由于接触线距离摄像机比承力索更近，接触线与受电弓存在滑动接触面而承力索不存在滑动接触面，因此接触线中心的图像灰度值通常比承力索的图像灰度值大。同样由于接触线距离摄像机比承力索更近，接触线在图像中的宽度一般都比承力索的宽度略宽。根据灰度、空间位置关系和图像宽度等特征综合分析可有效排除承力索等干扰物体，建立接触线在各摄像机成像位置的对应关系。建立接触线的成像位置特征后，采用目标运动跟踪策略可对后续接触线的位置进行快速判断和定位，提高定位效率并减少干扰。

4、目标定位步骤主要是根据确定的接触线在各摄像机中的成像坐标和立体视觉模型计算获得接触线的高度和横向位置。立体视觉模型基于三角测量原理进行定位，采样两个摄像机的接触线成像坐标即可确定接触线的空间位置即高度和横向位置，如图4所示。由于摄像机的安装角度和摄像机镜头的焦距是固定的，根据接触线在摄像机中的成像位置即可计算出接触线T在左、右摄像机中的成像角度θ₁和θ₂。具体实施中，接触线在摄像机中成像角度的确定，较简单的一种实现方式为，在摄像机的拍摄角度固定时，通过预先的反复实验测量，建立接触线的成像角度与成像坐标的映射关系，根据预先确定的映射关系，在确定成像坐标时即可确定成像角度，当然，本领域技术人员可获知的其它根据成像位置确定成像角度的实施方式也应包含与本发明实施例中，在此不做赘述。由于左、右摄像机的间距L是固定的，通过下面的公示(1) 即可计算出接触线T相对车顶中心点的横向位置B和高度H：

确定了接触线T相对车顶中心点的空间位置后，根据车底的三个位移计测得的车体相对轨道顶平面的相对空间位置，运用空间坐标变换即可获得接触线T相对轨道顶平面的空间几何位置参数。

运用上述实施例中的接触网几何参数检测装置和相应的接触网几何参数检测方法，对一段实际线路的接触网几何参数进行了测试，拉出值和导高的测量波形如图14所示。测试结果表明，该检测装置和检测方法可实时、准确测量接触网几何参数。

本实施例采用的摄像机为线扫描CCD高速摄像机，其一维成像精度高，线扫描速度快，以每米十个采样测量点进行检测，车辆检测速度可达400km/h甚至更高，因此不受车辆运行速度限制，既可以对新建线路接触网进行低速静态检测，也可以对包括高速铁路在内的运营线路接触网进行与线路运营速度一致的等速测量以检验列车真实运行状态下的接触网技术状态。采用光学非接触检测方式对接触网进行全天实时检测，检测结果准确，检测效率高，不占用维修天窗时间，为接触网动静态几何参数测量评估提供了一种可靠的技术手段，提升了供电设备检查和维护的工作效率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、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。

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。

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。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种接触网几何参数检测方法，其特征在于，所述的方法包括：

获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网图像；

对所述一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标关系图；

根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置；

根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；

根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数；其中，

所述的根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置包括：

对所述灰度值与像素坐标关系图中的各像素点进行相邻点的灰度值相减的一阶差分处理，生成灰度梯度与像素坐标关系图；

根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的像素区域；

根据预设灰度阈值对所述具有接触网图像的像素区域进行过滤；

根据预先获取的干扰物与接触线的位置关系、接触线图像宽度特征对过滤处理后的像素区域进行识别，确定接触线在图像中的成像位置。

2.如权利要求1所述的接触网几何参数检测方法，其特征在于，所述的根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数包括：

获取车辆与轨道的相对位置数据；

根据所述成像角度、所述至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置利用三角函数关系确定接触线与车辆顶部的空间位置；

根据所述车辆与轨道的相对位置数据、接触线与车辆顶部的空间位置确定接触网几何参数。

3.一种接触网几何参数检测装置，其特征在于，所述的装置包括：

图像采集模块，获取固定于车辆顶部的至少两台线扫描摄像机拍摄的一维接触网图像；

灰度处理模块，用于对所述一维接触网图像进行灰度处理生成灰度值与像素坐标关系图；

位置确定模块，用于根据所述灰度值与像素坐标关系图确定接触网的接触线在图像中的成像位置；

角度确定模块，根据接触线的成像位置确定接触线在对应摄像机的成像角度；

几何参数确定模块，用于根据所述成像角度和至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置数据确定接触网几何参数；其中，

所述的位置确定模块包括：

差分处理单元，用于对所述灰度值与像素坐标关系图中的各像素点进行相邻点的灰度值相减的一阶差分处理，生成灰度梯度与像素坐标关系图；

位置确定单元，用于根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定接触网的接触线在图像中的成像位置；

所述的位置确定单元包括：

峰值区域确定单元，根据灰度梯度与像素坐标关系图中具有峰值的像素坐标确定具有接触线图像的像素区域；

过滤单元，根据预设灰度阈值对所述具有接触网图像的像素区域进行过滤；

特征识别单元，根据预先获取的干扰物与接触线的位置关系、接触线图像宽度特征对过滤处理后的像素区域进行识别，确定接触线在图像中的成像位置。

4.如权利要求3所述的接触网几何参数检测装置，其特征在于，所述的装置包括：

轨道位置数据获取模块，采集车辆与轨道的相对位置数据。

5.如权利要求4所述的接触网几何参数检测装置，其特征在于，所述的几何参数确定模块包括：

车顶空间位置确定单元，根据所述成像角度、所述至少两台线扫描摄像机相对于车辆顶部的位置利用三角函数关系确定接触线与车辆顶部的空间位置；

几何参数确定单元，根据所述车辆与轨道的相对位置数据、接触线与车辆顶部的空间位置确定接触网几何参数。