CN106023227A - 一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测方法与装置，包括用于供电的供电模块以及与供电模块相连的开关模块，其特征在于，还包括数据传输处理模块，所述数据传输处理模块连接有照明装置和图像传感器，所述照明装置和图像传感器通过固定装置固定到车门架上，门锁上设有标记。本发明提供的非接触传感装置采用性价比高的非接触图像传感器，安全简便，结构紧凑，不影响其它设备的运行。算法部分采用传统的滤波方法，特征提取和目标检测定位，计算量小。因此，在轨道车辆门***内安装该装置能够采集到有效的数据，给予轨道交通***安全保障。
Description
技术领域
本发明涉及非接触监测装置和检测方法，尤其是一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测方法与装置。
背景技术
随着国内外城市建设速度的不断提高，轨道车辆的保有量快速增加，运营里程不断增加，运营环境复杂多变，运营商对于轨道车辆的安全和可靠性提出了越来越严格的要求。
门锁***作为轨道车辆的重要组成部分，其质量和性能直接影响到整个轨道交通***的准点率，甚至影响一座城市的正常工作和生活。但是轨道门***数量庞大，密封性较强，利用停车间隙的较短时间难以进行有效的人工检测和维护非常困难。
目前轨道门***状态监测主要采用电机电流，电压，转速等参数，成本低，采集简便，能够记录运行过程中的异常信息，但是数据维度少，随机波动大，非常容易出现误诊，误报和虚报情况；此外由于产品的空间限制，难以加入体积较大的传感设备，从产品质量考虑，也不允许随便加入接触式的位移，加速度等传感器。因此，如何实现低成本，非接触，实时的监测存在较大的困难。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种紧凑的，低成本，非接触，扩展性强的轨道车辆门锁运行状态监测装置和方法。
技术方案：一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测方法，包括如下步骤：
S1：初始化***，门到位开关触发图像传感器进行图像采集；将采集到的图像信息缓存在数据传输处理模块的存储器中；
S2：数据传输处理模块读取步骤S1所述图像信息的单帧图片；
S3：数据传输处理模块对步骤S2所述的单帧图片滤波处理后进行阈值分割；
S4：数据传输处理模块对阈值分割后的灰度图片进行目标区域提取，并进行质心计算，得到坐标位置；
S5：将目标的位置保存并通过扩展接口传送给外接设备，外接设备按照每次工作记录的坐标位置进行对比分析，判断门锁开关状态是否异常；
S6：读取下一帧图片，重复步骤S3-S6，直到监测结束；
进一步的，步骤S3中所述的阈值分割方法具体为：
S3.1：选择图片检测区域中的标记点，记录下颜色灰度范围；
S3.2：选择灰度阈值，将灰度阈值内的点和灰度阈值外的点进行二值化分割。
进一步的，步骤S4中所述的质心计算方法具体为：
S4.1：通过连通区域标记算法找到所有的连通区域，并分别标记；
S4.2：对每个连通区域运用几何距算法得到质心；
一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测装置，包括用于供电的供电模块以及与供电模块相连的开关模块，其特征在于，还包括数据传输处理模块，所述数据传输处理模块连接有照明装置和图像传感器，所述照明装置和图像传感器通过固定装置固定到车门架上，门锁上设有标记。
进一步的，所述数据传输处理模块包括存储器、扩展接口和嵌入式处理***。
进一步的，所述扩展接口包括信号输入端口、信号输出端口和通讯端口。
进一步的，所述开关模块通过触发信号控制照明装置和图像传感器的开闭以及数据传输处理模块的数据传输；所述开关模块包括门到位开关。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的非接触传感装置采用性价比高的非接触图像传感器，安全简便，结构紧凑，不影响其它设备的运行。算法部分采用传统的滤波方法，特征提取和目标检测定位，计算量小。因此，在轨道车辆门***内安装该装置能够采集到有效的数据，给予轨道交通***安全保障。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面通过一个最佳实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。
如图1所示，一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测装置，包括用于供电的供电模块以及与供电模块相连的开关模块，还包括数据传输处理模块，所述数据传输处理模块连接有照明装置和图像传感器，数据传输处理模块与图像传感器之间通过数据线连接，所述照明装置和图像传感器通过固定装置固定到车门架上，门锁上设有标记，本实施例中的标记采用跟背景有较大差异的颜色贴纸，固定装置的基座包括螺栓和调整装置；图像传感器采用logitech C270的摄像头，数据处理模块采用树莓派2代的Model B，供电模块提供5V供电，供电模块可以是独立的也可以是与其他设备公用的，照明设备采用5V的6颗LED灯，以上具体模块的相关参数均为本领域技术人员的常规选择，并非对本发明的限制，其他本领域技术人员容易想到的常规选择均在本发明的保护范围内。
所述数据传输处理模块包括存储器、扩展接口和嵌入式处理***，本实施例中的存储器为金士顿32G的Micro SD卡。
所述扩展接口包括信号输入端口、信号输出端口和通讯端口。
所述开关模块通过触发信号控制照明装置和图像传感器的开闭以及数据传输处理模块的数据传输；所述开关模块包括门到位开关，门到位开关来自于外部的门控制器。
图像传感器采集的图像存储在存储器的缓存空间，数据传输处理模块通过软件读取缓存空间的图片，然后进行算法处理，提取出位置信息，并进而采用通用的空间标定方法换算得到角位移信息，保存并传输给外部设备。
如图2所示，工作时，用于轨道车辆门锁开关状态监测的非接触传感方法，利用图像传感器采集到的往复机械对象上的标记进行量化记录，通过检测目标位置的靶点，采用灰度重心法，计算得到旋转机械的相对位移和绝对位移量，实现门锁运行状态的有效判断，具体包括如下步骤：
S1：初始化***，门到位开关触发图像传感器进行图像采集；将采集到的图像信息缓存在数据传输处理模块的存储器中；
S2：数据传输处理模块读取步骤S1所述图像信息的单帧图片；
S3：数据传输处理模块对步骤S2所述的单帧图片滤波处理后进行阈值分割；所述的阈值分割方法具体为：
S3.1：选择图片检测区域中的标记点，记录下颜色灰度范围；
S3.2：选择灰度阈值，阈值的确定依靠第一次调试时分割效果最佳的数值，将灰度阈值内的点和灰度阈值外的点进行二值化分割。
S4：数据传输处理模块对阈值分割后的灰度图片进行目标区域提取，并进行质心计算，得到坐标位置；所述的质心计算方法具体为：
S4.1：通过连通区域标记算法找到所有的连通区域，并分别标记；
S4.2：对每个连通区域运用几何距算法得到质心；此处的几何距算法采用的是opencv中的函数，参考文献包括：M.K.Hu，"Visual Pattern Recognitionby Moment Invariants"，IRE Trans.Info.Theory，vol.IT-8，pp.179–187，1962、J.Flusser:"On the Independence of Rotation Moment Invariants"，PatternRecognition,，vol.33，pp.1405–1410，2000以及Bradski,G.Kaehler,A.著，于仕琪，刘瑞祯译.学习OpenCV[M]，清华大学出版社，2009。
S5：将目标的位置保存并通过扩展接口传送给外接设备，外接设备按照每次工作记录的坐标位置进行对比分析，判断门锁开关状态是否异常；正确的坐标位置由初始调整时工作正常的检测坐标来确定，一般认为在不产生关门故障的范围内的目标坐标均为合格。可以认为在初始调整时有一个标准值(标准值可以是目标的坐标位置，也可以是坐标转化成的与丝杆旋转中心的角度位置)，以后的检测值均与这个标准值相比较，差值越大，危险系数越大。
S6：读取下一帧图片，重复步骤S3-S6，直到监测结束。
在实际应用时，轨道车辆的丝杆由其电机驱动，带动锁闭机构运动，锁闭机构包括撞块、门控制器和门板，撞块到位时会触发门到位开关。长期使用后由于撞块的磨损，有可能导致机构失稳。
图像传感器固定在车门架上，车门架是静态的，跟车主体相连，本实施例中闪光灯与数据传输处理模块也在车门架上，目的就是每次触发门到位开关时启动图像传感器拍照，并处理数据，得到标签的位置，通过标定得到相对角位移数据，判断锁闭撞块是否位置准确，统计分析数据趋势，从而估计磨损状态。
本发明采用图像采集，图像过滤，目标检测和定位的方法确定转角位置，结构紧凑，能耗低，移植性好，成本低，能有效提高轨道车门运行状态的监测质量和效率。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：初始化***，门到位开关触发图像传感器进行图像采集；将采集到的图像信息缓存在数据传输处理模块的存储器中；
S2：数据传输处理模块读取步骤S1所述图像信息的单帧图片；
S3：数据传输处理模块对步骤S2所述的单帧图片滤波处理后进行阈值分割；
S4：数据传输处理模块对阈值分割后的灰度图片进行目标区域提取，并进行质心计算，得到坐标位置；
S5：将目标的位置保存并通过扩展接口传送给外接设备，外接设备按照每次工作记录的坐标位置进行对比分析，判断门锁开关状态是否异常；
S6：读取下一帧图片，重复步骤S3-S6，直到监测结束。
2.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测方法，其特征在于，步骤S3中所述的阈值分割方法具体为：
S3.1：选择图片检测区域中的标记点，记录下颜色灰度范围；
S3.2：选择灰度阈值，将灰度阈值内的点和灰度阈值外的点进行二值化分割。
3.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测方法，其特征在于，步骤S4中所述的质心计算方法具体为：
S4.1：通过连通区域标记算法找到所有的连通区域，并分别标记；
S4.2：对每个连通区域运用几何距算法得到质心。
4.一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测装置，包括用于供电的供电模块以及与供电模块相连的开关模块，其特征在于，还包括数据传输处理模块，所述数据传输处理模块连接有照明装置和图像传感器，所述照明装置和图像传感器通过固定装置固定到车门架上，门锁上设有标记。
5.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测装置，其特征在于，所述数据传输处理模块包括存储器、扩展接口和嵌入式处理***。
6.根据权利要求5所述的一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测装置，其特征在于，所述扩展接口包括信号输入端口、信号输出端口和通讯端口。
7.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆门锁开关的非接触监测装置，其特征在于，所述开关模块通过触发信号控制照明装置和图像传感器的开闭以及数据传输处理模块的数据传输；所述开关模块包括门到位开关。
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