适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法技术

本发明专利技术公开了适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法，包括如下步骤：a1准备9点标定板：利用铝合金型材定制标定板，在标定板的表面上等间距均匀设置九个水泥电阻高温热点，设定九个水泥电阻高温热点的现实坐标(u,v,w)；a2安装9点标定板；a3对安装好的9点标定板成像：在高速动车静止状态下，利用安装在高速动车顶部的红外相机采集此时的9点标定板视频，得出九个水泥电阻高温热点的像素坐标(x',y',w')；a4对红外相机成像的像素坐标(x',y',w')进行矫正，根据矫正后的像素坐标x，y精确算出导高值和拉出值。本方案通过上述标定方法，无需安装传感器，且能够对高速相机、工业镜头产生畸变进行矫正，对相机靶面与弓升降平面不平行事实进行纠正，测量结果更准确。

【技术实现步骤摘要】
适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法
本专利技术涉及接触网运行监控领域，具体地，涉及适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法。
技术介绍
铁路接触网供电线的导高值和拉出值是接触网运行监控的重要参数，利用车载设备进行接触网的动态几何参数测量的主要方法是接触式测量，即在受电弓上安装传感器，有压力传感器、光电传感器、微波传感器等，通过传感器的各项参数来检测接触线的导高值和拉出值。动车运行速度快，安全性要求较高，目前不允许在受电弓上安装额外的传感器，所以目前常用的在受电弓上安装传感器的方法不适用于动车机载设备，同时因安装场地是动车车顶，安装位置和安装空间受限，无法安装激光测距仪等测量设备，现有的基于单目相机的测量主法存在测量精度低(误差在10mm左右)，车顶标定不方便等问题。此外，原有测量方法未对高速相机、工业镜头产生畸变进行矫正；也未对相机靶面与弓升降平面不平行事实进行纠正，导致最终的测量结果不准确。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法，无需安装传感器，且能够对高速相机、工业镜头产生畸变进行矫正，对相机靶面与弓升降平面不平行事实进行纠正，导高值和拉出值的测量结果更准确。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法，包括如下步骤：a1准备9点标定板：利用铝合金型材定制标定板，在标定板的表面上等间距均匀设置九个水泥电阻高温热点，每个水泥电阻底部与标定板之间均设置尼龙卡子，同时设定九个水泥电阻高温热点的现实坐标(u,v,w)；a2安装9点标定板：使9点标定板与被测受电弓升降平面重合，并用全站仪对9点标定板的九个水泥电阻高温热点进行校正；a3对安装好的9点标定板成像：在高速动车静止状态下，对安装好的9点标定板通电一分钟，水泥电阻发热均匀后，利用安装在高速动车顶部的红外相机采集此时的9点标定板视频，并选取视频中清晰的图像作为像素坐标图像，并通过图像处理中角点检测方法找出九个水泥电阻高温热点在图像中对应的位置，得出九个水泥电阻高温热点的像素坐标(x',y',w')；a4对红外相机成像的像素坐标(x',y',w')进行矫正，根据矫正后的像素坐标x，y精确算出导高值和拉出值。进一步的，步骤a2中校正要求为标定板上最上一行三个水泥电阻高温热点的高度在轨道平面6300±1mm处，中间一行三个水泥电阻高温热点在5800±1mm，最下一排水泥电阻高温热点在5300±1mm位置。进一步的，步骤a4中红外相机成像的像素坐标(x',y',w')进行矫正的具体方法如下：a41计算映射系数：根据受电弓升降平面与相机靶面平面相对固定，故红外相机成像的像素坐标(x',y',w')与受电弓升降平面的现实坐标(u,v,w)存在映射关系满足如下公式：公式(1)中，现实坐标中的w为常量，a11、a12、a13、a21、a22、a23、a31、a32和a33均为映射系数；a42通过映射系数进行矫正：采集高速动车红外相机所采集的原始像素坐标图像，即公式(1)中的[u,v,w],结合公式(1)对应得到矫正后的像素坐标x，y，满足如下公式：a43根据矫正后的像素坐标x，y精确算出导高值和拉出值：根据矫正后的像素坐标得到受电弓中心点坐标(xa,ya,za)，接触线与受电弓的接触点坐标(xb,yb,zb)，得出拉出值为xb-xa，导高值为yb。进一步的，步骤a41中计算映射系数的过程包括如下步骤：a411、根据矩阵乘法定义，变换公式(1)即可得到如下公式：x'＝u*a11+v*a21+w*a31；y'＝u*a12+v*a22+w*a32；w'＝u*a13+v*a23+w*a33；同理根据九个水泥电阻高温热点的像素坐标得到九组(x',y',w')与u，v，w的关系式，得到27个方程式；a412、根据现有的matlab工具中的pinv函数求得27个方程中的九个未知数的最优解。进一步的，步骤a3中红外相机为单目热红外相机。综上，本专利技术的有益效果是：1、本方案通过特有的9点标定板找出映射系数，红外相机对已知的分布均匀九点高温标定板成像，获取映射的原始数据；然后通过原始数据，进行数学分析方法得出映射系数；然后再通过映射系数，进行数学分析方法得出映射变化后矫正的图像；最后对矫正后的图像进行图像分析，得出精确的导高值、拉出值，避免红外相机工业镜头产生畸变以及相机靶面与弓升降平面不平行对测量结果的影响，测量结果更精确。2、消除因车顶红外相机在车顶安装位置不同而导致的图像畸变，进而影响测量精度降低的问题。3、消除动车列车运行时受电弓震动、抬升、下降、红外图象中接触线尺寸较大引起的测量点识别不准确，导致的精度降低问题。4、解决因动车车顶安装场所限制，导致的难以标定的问题。附图说明图1是受电弓矫正前成像图像；图2为受电弓矫正后成像图像；图3为9点高温标定板；图4为9点高温标定板畸变后的图像；图5为9点标定板的9个现实坐标点的一种标定方法示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：如图1-5所示，本专利技术包括如下步骤：A1准备9点标定板：利用铝合金型材定制标定板，在标定板的表面上等间距均匀设置九个水泥电阻高温热点，每个水泥电阻底部与标定板之间均设置尼龙卡子，以防止水泥电阻发热传导到标定板上，影响热成像精度，其中的9点标定板的制作和装配精度控制在1mm以下。另外设定九个水泥电阻高温热点的现实坐标(u,v,w)，其中的w为常数。如图5所示，设定9个现实坐标中u,v的方法为:假定图中点1为(0，0)，点1与点2相差的实际距离为△x,点4与点1相差的实际距离为△y，则点2的坐标为(△x，0)，点4的坐标为(0，△y)，……，点9的坐标为(2△x，2△y)，而△x和△y的值在定制好标定板时长度就是确定的，则得到了9点相当于某固定位置的现实坐标系。a2安装9点标定板：使9点标定板与被测受电弓升降平面重合，并用全站仪对9点标定板的九个水泥电阻高温热点进行校正，注意装配精度、绝缘和水泥电阻的通电线路布线。a3对安装好的9点标定板成像：在高速动车静止状态下，对安装好的9点标定板通电一分钟，水泥电阻发热均匀后，利用安装在高速动车顶部的红外相机采集此时的9点标定板视频，并选取视频中清晰的图像作为像素坐标图像，并通过图像处理中角点检测方法找出九个水泥电阻高温热点在图像中对应的位置，得出九个水泥电阻高温热点的像素坐标(x',y',w')。a4对红外相机成像的像素坐标(x',y',w')进行矫正，根据矫正后的像素坐标x，y精确算出导高值和拉出值。该方案非常适合应用于铁路行业电气化铁路弓网运行状态安全监测，特别适合于像动车运行速度快，对安全性要求较高，又不允许在受电弓上安装额外的传感器上应用。本专利技术通过设置一个专门的9点标定板，无需在受电工上安装传感器，利用高速动车顶部安装的红外相机，在静止状态下采集9点标定板与被测受电弓台升平面重合时成像的像素坐标(u,v,w)，而由于红外相机、工业镜头在摄像的过程中容易发生畸变且相机靶面与弓升降平面不平行的情况发生，导致红外相机成像的像素坐标(u,v,w)发生了变形如图4所示，而该变形必然是由于实际像素坐标(本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法，其特征在于，包括如下步骤：a1准备9点标定板：利用铝合金型材定制标定板，在标定板的表面上等间距均匀设置九个水泥电阻高温热点，每个水泥电阻底部与标定板之间均设置尼龙卡子，同时设定九个水泥电阻高温热点的现实坐标(u,v,w)；a2安装9点标定板：使9点标定板与被测受电弓台升平面重合，并用全站仪对9点标定板的九个水泥电阻高温热点进行校正；a3对安装好的9点标定板成像：在高速动车静止状态下，对安装好的九点标定板通电一分钟，水泥电阻发热均匀后，利用安装在高速动车顶部的红外相机采集此时的9点标定板视频，并选取视频中清晰的图像作为像素坐标图像，并通过图像处理中角点检测方法找出九个水泥电阻高温热点在图像中对应的位置，得出九个水泥电阻高温热点的像素坐标(x',y',w')；a4对红外相机成像的像素坐标(x',y',w')进行矫正，根据矫正后的像素坐标x，y精确算出导高值和拉出值。

【技术特征摘要】
1.适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法，其特征在于，包括如下步骤：a1准备9点标定板：利用铝合金型材定制标定板，在标定板的表面上等间距均匀设置九个水泥电阻高温热点，每个水泥电阻底部与标定板之间均设置尼龙卡子，同时设定九个水泥电阻高温热点的现实坐标(u,v,w)；a2安装9点标定板：使9点标定板与被测受电弓升降平面重合，并用全站仪对9点标定板的九个水泥电阻高温热点进行校正；a3对安装好的9点标定板成像：在高速动车静止状态下，对安装好的九点标定板通电一分钟，水泥电阻发热均匀后，利用安装在高速动车顶部的红外相机采集此时的9点标定板视频，并选取视频中清晰的图像作为像素坐标图像，并通过图像处理中角点检测方法找出九个水泥电阻高温热点在图像中对应的位置，得出九个水泥电阻高温热点的像素坐标(x',y',w')；a4对红外相机成像的像素坐标(x',y',w')进行矫正，根据矫正后的像素坐标x，y精确算出导高值和拉出值。2.根据权利要求1所述的适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法，其特征在于，步骤a2中校正要求为标定板上最上一行三个水泥电阻高温热点的高度在轨道平面6300±1mm处，中间一行三个水泥电阻高温热点在5800±1mm，最下一排水泥电阻高温热点在5300±1mm位置。3.根据权利要求1或2所述的适用于高速动车的接触网几何参数测量与标定方法，其特征在于，步骤a4中红外相机成像的像素坐标(x',y',w')进行矫正的具体方法如下：a41计算映射系数：根据受电弓升降平面与相机靶面平面相对固定，故红外相机成像的像素坐标(x',y',w')与受电弓升降平面的现实坐标(u,v,w)存在映射关系满足如下公式：

【专利技术属性】
技术研发人员：范国海，陈玉浩，石永禄，高伟，薛虎，
申请(专利权)人：成都国铁电气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51