CN105571508B - 接触网受电弓的形变检测方法及*** - Google Patents

接触网受电弓的形变检测方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了接触网受电弓的形变检测方法及***，将实时采集的受电弓边缘图和受电弓模板图进行匹配比对，在受电弓边缘图中逐列查找位于受电弓滑板模拟线条上下两方最近的白像素，将所有查找出的白像素作为滑板的实际线条，并计算该滑板实际线条中所有白像素的像素高度值，通过滑板实际线条中所有白像素的像素高度值与滑板模拟线条中所有点的像素高度值比较，计算得到受电弓滑板的形变量，当该形变量大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷，输出形变缺陷报警信号，***在收到该报警信号后，可触发相应的警报和后续动作，且该形变量数值越大，则受电弓形变异常越大，若连续多帧判定受电弓出现形变缺陷，则判定受电弓弓头发生永久性形变。

Description

接触网受电弓的形变检测方法及***
技术领域
本发明涉及接触网领域，特别是涉及接触网受电弓的形变检测方法及***。
背景技术
接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。接触网是铁路电气化工程的主构架，是沿铁路线上空架设的向轨道交通工具供电的特殊形式的输电线路。一般由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
受电弓作为轨道交通工具从接触网取得电能的电气设备，一般安装在机车或动车车顶上，是接触网中的重要组成部件。而在机车或动车的运行过程中，若接触网供电线上的硬点以及其他缺陷导致受电弓高速经过时产生撞击效果，轻则使受电弓剧烈晃动，重则使受电弓变形，甚至脱落。受电弓发生此类碰撞会带来严重的后果，因此当受电弓出现碰撞缺陷时，需要***尽快检测出该事件。
一般的，可采用在受电弓上安装传感器（如压力传感器）的技术方案，实现受电弓碰撞缺陷的采集。然而，由于电力机车和动车的运行速度快，安全性要求较高，目前不允许在受电弓上额外安装传感器，所以目前常用的在受电弓上安装传感器的方法不适用于机载设备上，以进行实时动态检测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供接触网受电弓的形变检测方法及***，基于图像识别技术来判定受电弓是否发生有因碰撞而产生的形变，识别准确率高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
（1）接触网受电弓的形变检测方法，所述方法包括以下步骤：
S1，获取受电弓边缘图；
S2，调用受电弓模板图，所述受电弓模板图中包括受电弓滑板模拟线条，该受电弓滑板模拟线条作为正常滑板的参考模板；
S3，对受电弓边缘图和受电弓模板图的图像尺寸进行调整，使受电弓边缘图和受电弓模板图保持在同一尺度下；
S4，将受电弓边缘图和受电弓模板图进行匹配比对，在受电弓边缘图中逐列查找位于受电弓滑板模拟线条上下两方最近的白像素，将所有查找出的白像素作为滑板的实际线条，并计算该滑板实际线条中所有白像素的像素高度值；
S5，将滑板实际线条中所有白像素的像素高度值与滑板模拟线条中所有点的像素高度值相比，计算得到受电弓滑板的形变量，当形变量大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷。
进一步的，在步骤S5计算形变量之前，还包括移动调整处理步骤：将滑板实际线条在一定范围内进行移动调整与滑板模拟线条进行重新匹配，计算得到多个形变量，并基于一定规则根据该多个形变量得到形变量的最优值，当该最优值大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷。
进一步的，所述受电弓边缘图为透视扭正的边缘图，在获取受电弓边缘图时，基于标定图像将受电弓图像进行矫正处理，使受电弓图像中的受电弓呈左右对称形式。
进一步的，若受电弓边缘图中包含多个弓头，则受电弓模板图中的受电弓滑板模拟线条为受电弓边缘图中最上端弓头的滑板模拟线条，在步骤S3中，与受电弓模板图保持在同一尺度下的受电弓边缘图为仅包含最上端弓头的受电弓边缘图。
进一步的，对于连续多帧受电弓边缘图执行步骤S1~S6，若连续多帧判定受电弓出现形变缺陷，则判定受电弓弓头发生永久性形变。
（2）接触网受电弓的形变检测***，应用了上述方法，所述***包括受电弓边缘图获取模块、受电弓模板图数据库、尺寸调整模块、滑板线条查找模块、形变量计算模块和形变缺陷判断模块，受电弓边缘图获取模块、尺寸调整模块、滑板线条查找模块、形变量计算模块和形变缺陷判断模块依次连接，受电弓模板图数据库与尺寸调整模块、滑板线条查找模块和形变量计算模块连接。
受电弓边缘图获取模块获取受电弓边缘图，将受电弓边缘图发送给尺寸调整模块，尺寸调整模块调用受电弓模板图数据库中的受电弓模板图，对受电弓边缘图和受电弓模板图的图像尺寸进行调整，使受电弓边缘图和受电弓模板图保持在同一尺度下。
滑板线条查找模块将同一尺度下的受电弓边缘图和受电弓模板图进行匹配比对，在受电弓边缘图中逐列查找位于受电弓滑板模拟线条上下两方最近的白像素，将所有查找出的白像素作为滑板实际线条，并计算该滑板实际线条中所有白像素的像素高度值。
形变量计算模块根据滑板实际线条中所有白像素的像素高度值与滑板模拟线条中所有点的像素高度值计算受电弓滑板的形变量。
形变缺陷判断模块判断形变量计算模块所计算得到的形变量是否大于预设的形变阈值，若是，则判定受电弓出现形变缺陷。
进一步的，所述***还包括移动调整模块，移动调整模块将滑板实际线条在一定范围内进行移动调整与滑板模拟线条进行重新匹配，以使形变量计算模块计算得出多个形变量，并基于一定规则根据该多个形变量得到形变量的最优值，当该最优值大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷。
本发明的有益效果是：
1）本发明将实时采集的受电弓边缘图和受电弓模板图进行匹配比对，在受电弓边缘图中逐列查找位于受电弓滑板模拟线条上下两方最近的白像素，将所有查找出的白像素作为滑板的实际线条，并计算该滑板实际线条中所有白像素的像素高度值，通过滑板实际线条中所有白像素的像素高度值与滑板模拟线条中所有点的像素高度值比较，计算得到受电弓滑板的形变量，当该形变量大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷，输出形变缺陷报警信号，***在收到该报警信号后，可触发相应的警报和后续动作，且该形变量数值越大，则受电弓形变异常越大，若连续多帧判定受电弓出现形变缺陷，则判定受电弓弓头发生永久性形变。
2）本发明基于图像识别技术来判定受电弓是否发生有因碰撞而产生的形变，识别准确率高，不仅输出形变判定结果，还输出形变的量化数值，还可用于判定形变缺陷的等级，以及其他数据处理。
附图说明
图1为本发明接触网受电弓的形变检测方法的流程示意图；
图2为本发明接触网受电弓的形变检测***的***框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
（1）接触网受电弓的形变检测方法
如图1所示，该实施例描述了一种接触网受电弓的形变检测方法，所述方法包括以下步骤。
S1，获取受电弓边缘图。
S2，调用受电弓模板图，所述受电弓模板图中包括受电弓滑板模拟线条，该受电弓滑板模拟线条作为正常滑板的参考模板。
其中，受电弓滑板模拟线条的生成过程为：首先该受电弓模板图为受电弓边缘图的模板图，该模板图中仅有透视端正的受电弓图像，没有其他干扰，在受电弓模板图中，从左至右每列均从上向下逐像素查找白像素，找到白像素就结束本列扫描，即得到一组滑板模拟线条的像素坐标数据，即确定出滑板模拟线条。
S3，对受电弓边缘图和受电弓模板图的图像尺寸进行调整，使受电弓边缘图和受电弓模板图保持在同一尺度下。
S4，将受电弓边缘图和受电弓模板图进行匹配比对，在受电弓边缘图中逐列查找位于受电弓滑板模拟线条上下两方最近的白像素，将所有查找出的白像素作为滑板的实际线条，并计算该滑板实际线条中所有白像素的像素高度值，将该组数据组成一组像素坐标数据。
S5，将滑板实际线条中所有白像素的像素高度值与滑板模拟线条中所有点的像素高度值相比，计算得到受电弓滑板的形变量，当形变量大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷。形变量数值越大，则受电弓形变异常越大。
进一步的，对于连续多帧受电弓边缘图执行步骤S1~S6，若连续多帧判定受电弓出现形变缺陷，则判定受电弓弓头发生永久性形变。
进一步的，在步骤S5计算形变量之前，还包括移动调整处理步骤：将滑板实际线条在一定范围内进行移动调整与滑板模拟线条进行重新匹配，计算得到多个形变量，并基于一定规则根据该多个形变量得到形变量的最优值，当该最优值大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷。
该移动调整处理步骤的目的是使滑板实际线条发生水平移动和/或倾斜度改变，让滑板模拟线条与滑板实际线条的匹配度的更高，减少受电弓位置误差产生的形变量的误差，减少由于受电弓弓晃动产生的形变量误差。
进一步的，所述受电弓边缘图为透视扭正的边缘图，在获取受电弓边缘图时，基于标定图像将受电弓图像进行矫正处理，使受电弓图像中的受电弓呈左右对称形式。
进一步的，本发明步骤S1中所获取的受电弓边缘图可为近红外相机和高清可见光相机采集的受电弓图像，对受电弓图像进行灰度和二值化处理，再通过受电弓模型定位出受电弓边缘图。
本发明可采用基于九点标定板的矫正方式来实现矫正处理，如通过相机对九点标定板透视成像的像素坐标和实际像素坐标进行量化标定，计算出畸变系数，在后期使用时，只需通过相机拍摄受电弓成像的像素坐标，然后带入该畸变系数，推算出没有畸变的实际像素坐标，完成畸变矫正。
进一步的，若受电弓边缘图中包含多个弓头，则受电弓模板图中的受电弓滑板模拟线条为受电弓边缘图中最上端弓头的滑板模拟线条，在步骤S3中，与受电弓模板图保持在同一尺度下的受电弓边缘图为仅包含最上端弓头的受电弓边缘图，即图2中所示的单弓头受电弓模板图及相应的单弓头受电弓边缘图。
进一步的，步骤S1中所获取的受电弓边缘图为红外相机采集的受电弓图像，通过受电弓模型定位出受电弓边缘图。
（2）接触网受电弓的形变检测***
如图2所示，该实施例描述了一种接触网受电弓的形变检测***，应用了上述方法，所述***包括受电弓边缘图获取模块、受电弓模板图数据库、尺寸调整模块、滑板线条查找模块、形变量计算模块和形变缺陷判断模块，受电弓边缘图获取模块、尺寸调整模块、滑板线条查找模块、形变量计算模块和形变缺陷判断模块依次连接，受电弓模板图数据库与尺寸调整模块、滑板线条查找模块和形变量计算模块连接。
受电弓边缘图获取模块获取受电弓边缘图，将受电弓边缘图发送给尺寸调整模块，尺寸调整模块调用受电弓模板图数据库中的受电弓模板图，对受电弓边缘图和受电弓模板图的图像尺寸进行调整，使受电弓边缘图和受电弓模板图保持在同一尺度下。
滑板线条查找模块将同一尺度下的受电弓边缘图和受电弓模板图进行匹配比对，在受电弓边缘图中逐列查找位于受电弓滑板模拟线条上下两方最近的白像素，将所有查找出的白像素作为滑板实际线条，并计算该滑板实际线条中所有白像素的像素高度值。
形变量计算模块根据滑板实际线条中所有白像素的像素高度值与滑板模拟线条中所有点的像素高度值计算受电弓滑板的形变量。
形变缺陷判断模块判断形变量计算模块所计算得到的形变量是否大于预设的形变阈值，若是，则判定受电弓出现形变缺陷。
进一步的，所述***还包括移动调整模块，移动调整模块将滑板实际线条在一定范围内进行移动调整与滑板模拟线条进行重新匹配，以使形变量计算模块计算得出多个形变量，并基于一定规则根据该多个形变量得到形变量的最优值，当该最优值大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明的接触网受电弓的形变检测方法及***。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的接触网受电弓的形变检测方法及***，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (5)

1.接触网受电弓的形变检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，获取受电弓边缘图；
S2，调用受电弓模板图，所述受电弓模板图中包括受电弓滑板模拟线条，该受电弓滑板模拟线条作为正常滑板的参考模板；
S3，对受电弓边缘图和受电弓模板图的图像尺寸进行调整，使受电弓边缘图和受电弓模板图保持在同一尺度下；
S4，将受电弓边缘图和受电弓模板图进行匹配比对，在受电弓边缘图中逐列查找位于受电弓滑板模拟线条上下两方最近的白像素，将所有查找出的白像素作为滑板的实际线条，并计算该滑板实际线条中所有白像素的像素高度值；
S5，将滑板实际线条中所有白像素的像素高度值与滑板模拟线条中所有点的像素高度值相比，计算得到受电弓滑板的形变量，当形变量大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷；
在步骤S5计算形变量之前，还包括移动调整处理步骤：将滑板实际线条在一定范围内进行移动调整与滑板模拟线条进行重新匹配，计算得到多个形变量，并基于一定规则根据该多个形变量得到形变量的最优值，当该最优值大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷。
2.根据权利要求1所述的接触网受电弓的形变检测方法，其特征在于：所述受电弓边缘图为透视扭正的边缘图，在获取受电弓边缘图时，基于标定图像将受电弓图像进行矫正处理，使受电弓图像中的受电弓呈左右对称形式。
3.根据权利要求1所述的接触网受电弓的形变检测方法，其特征在于：若受电弓边缘图中包含多个弓头，则受电弓模板图中的受电弓滑板模拟线条为受电弓边缘图中最上端弓头的滑板模拟线条，在步骤S3中，与受电弓模板图保持在同一尺度下的受电弓边缘图为仅包含最上端弓头的受电弓边缘图。
4.根据权利要求1所述的接触网受电弓的形变检测方法，其特征在于，对连续多帧受电弓边缘图执行步骤S1~S6，若连续多帧判定受电弓出现形变缺陷，则判定受电弓弓头发生永久性形变。
5.接触网受电弓的形变检测***，应用了权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述***包括受电弓边缘图获取模块、受电弓模板图数据库、尺寸调整模块、滑板线条查找模块、形变量计算模块和形变缺陷判断模块，受电弓边缘图获取模块、尺寸调整模块、滑板线条查找模块、形变量计算模块和形变缺陷判断模块依次连接，受电弓模板图数据库与尺寸调整模块、滑板线条查找模块和形变量计算模块连接；
受电弓边缘图获取模块获取受电弓边缘图，将受电弓边缘图发送给尺寸调整模块，尺寸调整模块调用受电弓模板图数据库中的受电弓模板图，对受电弓边缘图和受电弓模板图的图像尺寸进行调整，使受电弓边缘图和受电弓模板图保持在同一尺度下；
滑板线条查找模块将同一尺度下的受电弓边缘图和受电弓模板图进行匹配比对，在受电弓边缘图中逐列查找位于受电弓滑板模拟线条上下两方最近的白像素，将所有查找出的白像素作为滑板实际线条，并计算该滑板实际线条中所有白像素的像素高度值；
形变量计算模块根据滑板实际线条中所有白像素的像素高度值与滑板模拟线条中所有点的像素高度值计算受电弓滑板的形变量；
形变缺陷判断模块判断形变量计算模块所计算得到的形变量是否大于预设的形变阈值，若是，则判定受电弓出现形变缺陷；
所述***还包括移动调整模块，移动调整模块将滑板实际线条在一定范围内进行移动调整与滑板模拟线条进行重新匹配，以使形变量计算模块计算得出多个形变量，并基于一定规则根据该多个形变量得到形变量的最优值，当该最优值大于形变阈值时，则判定受电弓出现形变缺陷。
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