一种基于RFID定位的漏缆外观检测方法和装置
技术领域
本发明涉及一种漏缆外观检测方法,尤其涉及一种基于RFID定位的漏缆外观检测方法,同时涉及相应的漏缆外观检测装置。
背景技术
目前,在地铁和隧道中广泛采用通信漏缆实现无线覆盖,漏缆是重要的基础设施。漏缆通常采用壁挂敷设方式,在隧道壁打眼安装固定卡具。列车在地铁或隧道内高速行驶产生的能量波对漏缆带来的振动和冲击,易导致漏缆锈蚀、氧化甚至断裂、漏缆卡扣松脱、漏缆垂落侵限等情况发生,严重威胁行车安全,对铁路隧道而言,隧道内恶劣的自然环境对漏缆的形变影响更加明显。因此对漏缆进行维护保养尤为重要。
现阶段主要通过人工巡检的方式来对漏缆进行外观故障和隐患排查。人工巡检效率低、工作量大,并且受轨道交通维护天窗时间的限制,工作时间短,完成巡检任务的压力很大。同时,人工巡检工作难以标准化,易受作业人员主观因素和客观环境因素影响,很多安全隐患和设备故障难以及时发现。
针对上述的问题,可以采用车巡方式代替人工巡检,通过车载的相机采集漏缆的外观图像,再对图像进行故障和隐患检测,实现对漏缆外观安全隐患和故障事件的预警。
因此,采集漏缆的外观图像是首要解决问题。采集的图像质量会影响故障检测的效果,另外,采集的图像还要对应漏缆的位置,这样当检测出故障后便于施工维护。
采用常见的列车测速定位技术可以获得列车当前的位置信息,例如:通过GPS信号得到位置;根据安装在车轮轴端的脉冲转速传感器或安装车底的雷达测速装置得到车速,结合行驶时间和参考位置计算得到当前位置;根据设置在轨道中间的地面应答器所提供的公里标或其他信息来得到位置;或者几种技术手段组合使用。
但是在地铁和隧道中没有GPS信号,无法利用GPS获得直接的位置信息;轮轴传感器存在由于车轮磨损、空转打滑带来的误差;雷达测速也容易造成积分累计误差;基于应答器的定位方式精度较高,但是通常每组应答器设置的间距在1公里以上,难以保证本发明所述场景下的定位精度。
在专利号为ZL201610365363.4的中国专利中,公开了一种车载隧道内通信漏缆外观检测***及方法,主要是根据激光测距仪测得的距离信息实时调整图像采集装置的焦距,该方案没有提及在隧道中如何获取准确位置信息。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于RFID定位的漏缆外观检测方法。
本发明所要解决的另一技术问题提供一种基于RFID定位的漏缆外观检测装置。
为实现上述发明目的,本发明采用下述的技术方案:
根据本发明实施例的第一方面,提供一种基于RFID定位的漏缆外观检测方法,包括如下步骤:
在漏缆沿线间隔设置RFID标签,RFID标签与漏缆位置关联;
检测车行驶通过漏缆沿线使用车载的线阵相机进行漏缆图像采集,同时扫描RFID标签获得位置信息;
根据获得的位置信息计算车速,根据所述车速实时调整所述线阵相机的扫描行频;
将采集到的图像和对应漏缆位置的关联信息进行保存。
其中较优地,在漏缆沿线间隔设置RFID标签时,包括如下步骤:
根据最高车速和RFID读写器识读RFID标签的时间计算RFID标签最小设置间隔;
根据图像质量要求和图像位置信息的要求,获得最大设置间隔;
在最小设置间隔和最大设置间隔之间设置RFID标签。
其中较优地,所述RFID标签设置在漏缆、漏缆卡具或漏缆沿线的隧道壁上。
其中较优地,所述RFID标签设置在离地最近的漏缆卡具上。
其中较优地,在隧道入口和出口处分别设置RFID标签,当检测到所述RFID标签时,启动或关闭车载相机采集图像。
其中较优地,所述根据获得的位置信息计算车速,根据所述车速实时调整线阵相机的扫描行频,包括如下步骤:
根据获得的至少两个连续的RFID标签的位置信息计算车速;
判断车速是否达到设置的调频限定值;如果没有达到调频限定值,则线阵相机的扫描行频不变,否则根据车速对线阵相机的扫描行频进行调整;
其中,调整采用如下公式:
f=kv;
其中,f为相机的扫描行频,k是相机的精度系数,v为车速。
其中较优地,所述的基于RFID定位的漏缆外观检测方法,还包括如下步骤:
对采集到的图像进行外观检测处理,获得故障信息;所述故障信息包含故障所在的位置或位置区间。
根据本发明实施例的第二方面,提供一种基于RFID定位的漏缆外观检测装置,包括RFID标签和采集模块;
其中,所述采集模块包括控制单元、RFID检测单元、相机单元和存储单元;
所述RFID检测单元用于对漏缆沿线设置的RFID标签进行扫描识读,将扫描结果传给所述控制单元;
所述相机单元包括至少一台线阵相机;
所述控制单元接收RFID标签识读结果,根据RFID标签对应的位置信息和扫描到RFID标签的时间计算得到车速,并向所述相机单元发出扫描行频调整指令;
所述相机单元根据扫描行频调整指令调整所述线阵相机的扫描行频;
存储单元用于存储采集到的图像和对应漏缆位置的关联信息。
其中较优地,所述的基于RFID定位的漏缆外观检测装置,还包括检测模块;所述检测模块对待检图像进行检测处理,得到漏缆外观的故障信息,所述故障信息包含故障所在的位置或位置区间信息。
本发明所提供的基于RFID定位的漏缆外观检测方法,通过在漏缆沿线设置RFID标签,一方面可用于车载装置在图像采集时提供高精度的定位信息,在故障检测时能得到故障所在的位置,还能在图像采集时计算车速,从而调整相机扫描行频,获得高质量的图像;另一方面,该电子标签可帮助维护人员利用辅助维护终端进行现场定位,准确定位到故障位置。
附图说明
图1为本发明所提供的基于RFID定位的漏缆外观检测方法的流程图;
图2为本发明所提供的一个实施例中,漏缆安装结构的示意图;
图3为本发明所提供的一个实施例中,RFID标签设置位置的示意图;
图4为本发明所提供的一个实施例中,RFID标签另一设置位置的示意图;
图5为本发明所提供的基于RFID定位的漏缆外观检测装置的结构示意图;
图6为本发明所提供的一个实施例中,图像时序与标签对应的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
本发明提供一种对漏缆进行外观检测的方法和装置。首先,在漏缆沿线设置RFID标签,通过车载的RFID读写器识别RFID标签,获得采集图像的位置。关于采集的图像质量,除了选择合适的工业线阵相机,设置必要的补光源外,还要设置合适的扫描行频,这样在车速高时提高扫描行频才能扫到完整图像,不会出现拉伸变形,车速低时,扫描行频低可避免图像出现压缩变形。由于列车在行驶过程中的速度是变化的,根据车速变化来调整扫描行频可获得最优的图像质量。为了获得车速,可以使用前述的定位方式,计算得到车速后,调整车载相机的扫描行频,对待检图像进行外观故障检测,输出带有故障位置或位置区间的故障信息,完成外观检测。
RFID是一种非接触式的自动识别技术。其数据载体是RFID电子标签,本发明中简称为RFID标签或电子标签;读取或写入RFID标签信息的设备称为读写器,本发明中对写入标签信息无要求,只涉及信息读出。
为了便于描述,以下将敷设地铁漏缆和铁路隧道漏缆的区间统称为漏缆沿线,将搭载漏缆图像采集装置的车辆统称为检测车,实际应用中的检测车可以是专用的检测车,也可以是运营列车。将漏缆的外观故障和安全隐患统称为外观故障。
如图1所示,本发明所提供的基于RFID定位的漏缆外观检测方法,包括如下步骤:首先,在漏缆沿线间隔设置RFID标签,RFID标签与漏缆位置关联;检测车行驶通过漏缆沿线使用车载的线阵相机进行漏缆图像采集,同时扫描RFID标签获得位置信息;然后,根据获得的位置信息计算车速,根据车速实时调整线阵相机的扫描行频;最后,将采集到的图像和对应漏缆位置的关联信息进行保存;在本发明所提供的实施例中,还会对采集到的图像进行外观检测处理,获得故障信息,该故障信息包含了故障所在的位置或位置区间。下面对这一过程进行详细具体的说明。
S1,在漏缆沿线间隔设置RFID标签,RFID标签与漏缆位置关联。
本发明在长距离的通信漏缆沿线设置RFID标签,该电子标签是提供位置信息的参考标签,一方面可用于车载装置在图像采集时提供图像的位置信息,在故障检测时能得到故障所在的位置,还能在图像采集时计算车速,从而调整相机扫描行频,获得高质量的图像;另一方面,该电子标签可帮助维护人员利用辅助维护终端进行现场定位,准确定位到故障位置。
在漏缆沿线间隔设置的RFID标签,是超高频无源标签,可以设置在漏缆上、漏缆卡具上,或漏缆沿线的隧道壁上。RFID标签在设置时间隔分布,例如:如果RFID标签设置在漏缆上,则将其间隔分布在不同类型的漏缆上,也可以间隔设置在同种类型的漏缆上。设置在同种类型的漏缆上时,RFID标签设置在离地最近的一条漏缆上,这样可方便维护人员使用定位终端来扫描RFID标签。
在漏缆沿线设置RFID标签时,实际就是将一段长距离的漏缆划分多个可识别的短距离小区间。这个可识别的小区间的上限要考虑维护人员定位方便和检测车定位测速的准确性,小区间的下限主要考虑车速和标签的识读速率,以确保可准确识别出标签。
在漏缆沿线间隔设置RFID标签,具体包括如下步骤:
S11,根据最高车速和RFID读写器识读RFID标签的时间计算RFID标签最小设置间隔;
S12,根据采集图像的清晰度的要求和采集图像的位置信息的要求获得最大设置间隔;
S13,在最小设置间隔和最大设置间隔之间设置RFID标签。
在本发明所提供的实施例中,假设采用的RFID读写器识读每个标签的时间为50ms,当车速为160km/h(45m/s)时,列车每秒行驶45米,在此距离内设置标签间隔大于2.25米即可。极端情况下,车速为360km/h(100m/s)时,标签间隔应大于5米。因此,RFID标签的设置间隔在几米到几十米都是可行的。满足这个要求后,可以采用均匀间隔设置的方式,例如每隔5米一个标签,或者每隔5个卡扣一个标签。或者在隧道地形变化的位置处(如隧道入口、出口和弯道处)的设置间隔与其他位置的间隔不同。
RFID标签与漏缆位置关联;在设置RFID标签时,需要记录下每个标签和漏缆位置的对应关系,形成一个对应列表方便定位查找。这个列表可能包括以下信息:标签的识别号、相对上个标签的间隔、与隧道起点的距离、关联位置、重要等级等,具体在下文中进行详细描述。
在本发明所提供的实施例中,在隧道入口和出口处均设置RFID标签,当采集模块检测到该RFID标签时,启动或关闭车载相机采集图像。
S2,检测车行驶通过漏缆沿线使用车载的线阵相机进行漏缆图像采集,同时扫描RFID标签获得位置信息。
前已述及,在本发明所提供的实施例中,RFID标签与漏缆位置关联;检测车行驶通过漏缆沿线进行漏缆图像采集时,根据扫描到的RFID标签便可以获得位置信息。
S3,根据获得的位置信息计算车速,根据车速实时调整线阵相机的扫描行频,具体包括如下步骤:
S31,根据获得的至少两个连续的RFID标签的位置信息计算车速。
根据扫描到的RFID标签获得位置信息,根据至少前后两个RFID标签的位置信息计算车速,其中计算车速的方法为现有的常规的计算车速或者预测车速的方法,在此不在赘述。
S32,判断车速是否达到设置的调频限定值;如果没有达到调频限定值,则线阵相机的扫描行频不便,否则转向步骤S33。其中,调频限定值根据线性相机的特性和对图像的质量要求进行设置。
S33,根据车速对线阵相机的扫描行频进行调整。其中,调整采用如下公式:
f=kv;
其中,f为相机的扫描行频,k是与相机扫描精度有关的系数,相机的扫描精度与相机的像素数和扫描宽幅有关,v为车速。例如车速为45m/s,相机的扫描精度为1mm,k=103/m,则扫描行频为45kHz。例如,假设设置车速变化超过2m/s时需调整相机行频(即调频限定值为2m/s),在第一个标签间隔内的车速是30m/s,第二个标签间隔内的车速30.6m/s,第三个标签间隔内的车速是31.2m/s,计算得到当前标签间隔内的车速是31.8,根据这4个标签间隔的车速变化,预测在下一个标签间隔内的车速为32.4m/s,超出调频限定值,因此需要调整行频。
S4,将采集到的图像和对应漏缆位置的关联信息进行保存。
在本发明所提供的实施例中,将采集到的图像和对应漏缆位置的关联信息进行保存后,还包括如下步骤:
S5,对采集到的图像进行外观检测处理,获得故障信息,该故障信息包含故障所在的位置或位置区间。
对漏缆进行图像采集是实现漏缆外观故障和安全隐患检测的首要解决问题。采集的图像不仅要求清晰完整质量高,还要求能够提供图像的位置信息。这是因为,车载相机安装在高速行驶的列车上,如果相机的扫描参数设置不当,采集到的图像会出现拉伸、压缩等失真,这会增加图像检测的复杂度;另一方面一旦检测出在几百米甚至几公里长的地铁区间或者铁路隧道中的漏缆出现了安全隐患和故障,提供位置信息可帮助维修人员在现场快速找到维护位置进行维护作业。
本发明提出的基于RFID定位的漏缆外观检测方法,在不影响地铁和铁路运输秩序的前提下,在检测车高速行驶的过程中采集到精度高质量好且带有漏缆位置信息的漏缆图像,再通过灵活的外观检测技术,得到外观故障信息。
下面,以采集铁路隧道漏缆为例进行详细的说明。铁路交通中,隧道漏缆包括公网漏缆和专网漏缆,敷设在不同的高度处,使用卡具进行悬挂固定,如图2所示。
在本发明所提供的实施例中,将车载的采集模块搭载在电务检测车上,用车巡作业方式代替人工室外巡检。当检测车在执行任务时,完成图像采集和故障检测,不会影响现有的运输秩序。
下面对本发明主要涉及的RFID标签设置、RFID检测、线阵相机采集漏缆外观图像的具体实施方式进行说明。
选择RFID标签时需要综合考虑车速、环境、成本、大小、安装方式等因素。本实施例中考虑到铁路隧道的环境条件限制,检测车车速在100km/h左右,使用的是超高频(870~970MHz)、无源、被动、只读式RFID标签,具有重量轻、体积小、成本低、寿命长、对环境要求低、多标签识别距离和性能突出的特点,且其近场3.5m的读取距离也符合本发明应用场景的要求。
RFID标签的安装方式,可采用粘贴的或封装的方式,将标签设置在漏缆沿线处的漏缆上,或者用于固定漏缆的卡具上。例如在铺设新的漏缆时就采用内置RFID标签的漏缆,或者采用内置RFID标签的卡具;或者将RFID标签直接粘贴在漏缆或卡具上。当然,如果现场条件允许,也可安装在隧道壁上。无论哪种标签固定方式,都要确保其牢固和稳定。
RFID标签的设置位置可根据需要进行选择。可以将标签只设置在其中一条漏缆上,例如将RFID标签只设置在专网漏缆上,这种方式的好处是可对专网漏缆进行特别监护,一旦检测不到标签,就可初步判定有隐患,可及时发出预警;也可分成不同组,间隔设置在不同漏缆上,如图3所示,采用这种方式的出发点是:当有一条漏缆在某个位置的卡扣松脱,其前后位置处的漏缆发生形变的概率比较大,因而这些位置处的RFID标签出现丢失或移位的概率也较高,这将会对车载模块的定位计算造成连续性的影响,而分组间隔设置后,可在一定程度上减少这种影响。在本发明所提供的实施例中,考虑到后续维护人员要用辅助定位的维护终端对RFID标签进行扫描检测,为降低便携维护终端的RFID检测装置的天线功率要求,将RFID标签设置在距离地面最近的一条公网漏缆上会更有利,如图4所示。
在漏缆沿线设置RFID标签,实际就是将一段长距离的漏缆划分多个可识别的短距离小区间。这个可识别的小区间的上限要考虑维护人员定位方便和检测车定位测速的准确性,小区间的下限主要考虑车速和标签的识读速率,以确保可准确识别出标签。本例中设置间隔为5米。
在设置RFID标签时,需要记录下每个RFID标签和漏缆位置的对应关系,形成一个对应列表方便定位查找。这个列表可能包括以下信息:标签的识别号、相对上个标签的间隔、与隧道起点的距离、关联位置、重要等级等。如下表1的一个示例,在隧道入口处设置一个标签,作为起始点,第2个标签与起始标签的间隔为5米,第3个标签与第2个标签的间隔为10米,第4个标签与第3个标签的间隔也是10米。实际中的RFID标签的识别号可能会用更长的编码方式来实现,此处只是示意。
标签识别号 |
标签间隔 |
距离 |
关联位置 |
重要等级 |
R001 |
0 |
0 |
入口 |
重要 |
R002 |
5 |
5 |
专网漏缆 |
一般 |
R003 |
10 |
15 |
公网上行 |
一般 |
R004 |
10 |
25 |
公网下行 |
一般 |
表1 RFID标签和漏缆位置的对应关系表
对标签设置重要等级,可对易发故障处进行重点检查。即RFID标签根据故障发生频率设置优先级,故障发生频率高的位置处设置额度RFID标签等级高;故障发生频率低的位置处设置额度RFID标签等级低。
此外,为了检测列车进入和驶出隧道,可在隧道入口和出口的位置处设置特定的标签,当车载的RFID扫描器扫描到该标签时,可确定隧道的具体起点和终点,便于相机开启和关闭采集。
RFID标签的数据内容,最小的数据内容是1bit,只用来表示“有无”,在本发明所提供的实施例中,1bit内容难以保证理想结果,因此标签的数据内容至少包含代表标签身份信息的一个识别号。在检测时,通过检测到的RFID识别号在设置RFID时记录的列表中查找,就可得到标签的位置信息,进而计算出车速。
为了计算车速,至少需要检测到2个标签,得到两个标签的距离间隔s以及检测到这两个标签的时间间隔t,在本发明所提供的实施例中,可以利用v=s/t可计算出列车在这两个标签间隔内的平均车速。由于两个标签距离较小,可认为在下一个标签间隔内列车也是以该车速匀速行驶,或者利用更高级的算法预测下一个标签间隔内的车速。当车速变化超过某个限值时调整相机扫描行频。相机的扫描行频f=kv,k是与相机扫描精度有关的系数。
根据以上实施方式,对漏缆外观检测装置的一个优选的实施方案如下:
将超高频无源RFID标签设置在漏缆沿线,间隔几十米,检测车进入隧道后边检测RFID标签边采集漏缆图像,同时车载线阵相机的扫描行频根据车速进行调整,采集的图像带有位置信息且变形少。外观检测在车下实现,当检测到外观故障或安全隐患后,将故障信息下发到维护人员的智能终端上,维护人员利用辅助维护终端定位到故障点,完成维护作业。采用这种方式,可提高漏缆外观检测和维护的效率。
本发明还提供了一种基于RFID定位的漏缆外观检测装置。如图5所示,该装置包括RFID标签和采集模块。
其中,采集模块用于对RFID标签的内容以及图像进行采集和存储。
采集模块包括控制单元、RFID检测单元、相机单元和存储单元。RFID检测单元用于对隧道中设置的RFID标签进行扫描识读,将扫描结果传给控制单元;控制单元接收RFID标签识读结果,根据标签对应的位置信息和扫描到RFID标签的时间计算得到车速,从而向相机单元发出扫描行频调整指令;相机单元包括至少一台线阵相机,相机的扫描行频根据扫描行频调整指令进行调整,存储单元用于存储采集到的图像和对应漏缆位置的关联信息。
在本发明所提供的实施例中,该基于RFID定位的漏缆外观检测装置还包括检测模块,检测模块用于对待检图像进行检测处理,得到漏缆外观的故障信息,所述故障信息包含故障所在的位置或位置区间信息。
在本发明所提供的实施例中,以相机单元包含2台工业线阵相机和必要的触发装置和相机固定装置为例进行说明。根据车速范围和检测精度要求,选择的是2k相机。为了对准不同漏缆进行图像采集,相机的位置需要选择合适的高度并调整好角度。本例中采集模块搭载在电务检测车上,因此可将相机固定安装在车厢外部。由于公网漏缆和专网漏缆的高度差有2米,而相机的视场范围有限,因此将采集公网漏缆的相机固定于车体2.1m高处,采集专网的相机固定于车体3.5m处。此外,也可将采集模块做成便携装置,搭载在运营列车上,检测时调整好角度通过车窗对准窗外的漏缆进行采集。
采用本发明方案所采集的图像是带有图像的位置信息的,这样一是方便在外观故障检测时与原始安装时的图像进行比对,容易发现漏缆的形变;二是当检测到漏缆外观故障或安全隐患时,将带有故障位置的故障信息发给维护人员,可方便现场人员定位。而位置信息是通过检测RFID标签获得的。最后得到的带有位置信息的图像有两种表达方式,一种方式是得到每幅图像所对应的位置,另一种方式是图像时序与标签对应,如图6所示。实际来看,后一种方式更为经济实用,检测到的故障只需定位到某个标签间隔区间内,就能方便现场维护人员定位。
采集模块的控制单元,可选择工控机、PC机或采用FPGA实现。存储单元,可以选择磁盘阵列,也可选择嵌入式存储方案,嵌入式的存储可采用FPGA实现。控制单元和存储单元,可安装在车厢内的机柜中,也可将全部的采集模块做成便携装置,由检测人员根据实际情况安装和使用。
为了提高图像采集的效率,在列车进入隧道后车载的RFID读写器和相机才开始工作,驶出隧道后又及时停止工作。为了达到这一目的,需要检测列车进入和驶出隧道,尤其是进入某个隧道的时刻。一种方法是,首先通过GPS的位置信息来判断列车即将进入某个隧道,开启RFID扫描,通过扫描到预先在隧道入口处设置的RFID标签,确定进入隧道的具体时刻,从而开启相机采集。
上面对本发明所提供的基于RFID定位的漏缆外观检测方法及装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言,在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动,都将构成对本发明专利权的侵犯,将承担相应的法律责任。