一种基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置。包括图像采集单元和数据处理单元。本发明专利技术采用线阵相机实现接触网接触线磨损图像采集，使得接触线的磨损情况更易直观监测。本检测装置可扩展性强，易于满足大拉出值区间范围的磨耗测量。接触网接触线的核心定位方法基于梯度图像，能在很大程度克服线路环境复杂多样带来的各种干扰。

A dynamic detection device for contact line wear based on non-contact detection technology

The invention provides a dynamic detection device for contact line Abrasion Based on non-contact detection technology. It includes image acquisition unit and data processing unit. The invention adopts linear array camera to realize image acquisition of contact line wear, which makes the wear condition of contact line easier to be monitored intuitively. The detection device has strong expansibility and is easy to meet the wear measurement with large pull-out value range. The core positioning method of catenary contact line is based on gradient image, which can overcome various interference caused by complex and diverse line environment to a great extent.

【技术实现步骤摘要】
一种基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置
本专利技术属于列车运行安全监测
，涉及一种基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置。
技术介绍
在电气化铁路中，列车运行通过受电弓滑板与接触网接触线的相互接触滑动取电流。为了保证受电弓良好受流，需要受电弓滑板与接触线之间具备一定的接触压力。但是，随着列车运行所带来的振动，以及受电弓滑板与接触线之间长期接触，接触网接触线将会存在不同程度和不同角度的磨损。从物理学知识可知，接触网接触线磨损的大小主要与弓网压力大小、受电弓滑板特性及接触线线面的状态有关。随受电弓对接触悬挂的抬升力的出现而突然出现，这样受电弓抬升力对接触悬挂的冲量就比较大，从而接触线的磨损程度更大。根据铁路线路相关技术指标，当接触线磨损到一定程度，就需要维护或更换，否则易造成安全事故。因此，需要对地铁线路的接触线磨损状态进行不定期测量监测。但是，目前并没有这种技术。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置，包括图像采集单元和数据处理单元。所述图像采集单元用于采集接触线图像，其包括线阵扫描相机、激光光源、电源。电源与线阵扫描相机、激光光源连接；线阵扫描相机及激光光源、电源封装在一起后通过接口与外界进行连接。所述图像采集单元设置在被配置本装置的列车车顶，线阵扫描相机所安装的方向使得其所采集图像中，接触线沿图像相对两个侧边连线方向分布。所述数据处理单元包括接触线定位模块和接触线磨耗检测模块，用于提取所采集的图像中接触线及其领域的梯度信息，进行接触线定位，并进行损耗检测集计算。进一步的，所述接触线定位模块的工作流程如下：Step1:对所采集的图像提取垂直边缘梯度信息。Step2:图像阈值化提取接触线前景目标。Step3:基于接触线的几何特性滤波噪声区域。Step4:通过直线拟合的方式，识别符合直线特性的连通区域，同时以直线的形式表达该连通区域。Step5:基于边缘梯度特性跟踪接触线曲线轮廓，得到整条接触线在图像中的完整表达。Step6:输出整条接触线在完整图像中的位置序列点集。进一步的，Step1中采用的梯度算子模板为：进一步的，Step2中，梯度图像阈值化的阈值t，t的计算公式为：其中：Sxy＝∑exy；其中：ex＝Ex(I(x,y))；ey＝Ey(I(x,y))；exy＝(ex+ey)·I(x,y)，I(x,y)为原相机图像，E(x,y)为梯度图像，T(x,y)为阈值化后图像。进一步的，Step3中，接触线的几何特性包括接触线宽度、接触线长度、接触线在图像中的角度。进一步的，所述接触线磨耗检测模块的工作流程如下：Step1:在接触线定位模块完成位置序列点集输出后，提取所采集图像中接触线位置邻域的垂直梯度信息。Step2：根据上一步所提取的梯度信息计算接触线磨耗区域。Step3：根据计算的接触线磨损区域信息计算得到磨损值。进一步的，Step2中，根据垂直梯度信息计算接触线的横截面的磨损面宽度。进一步的，Step3中，磨损值的计算公式为：d＝Γ(Y,r)，其中，d为磨损值，Y为磨损面宽度，r为接触线半径，Γ为接触线磨耗d与Y、r之间的几何转换关系式。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用线阵相机实现接触网接触线磨损图像采集，使得接触线的磨损情况更易直观监测。本检测装置适用于柔性接触网接触线的磨耗测量，易于满足大拉出值区间范围的磨耗测量。接触网接触线的核心定位方法基于梯度图像，能在很大程度克服线路环境复杂多样带来的各种干扰。附图说明图1为新接触线的横截面示意图。图2为磨损接触线的横截面示意图。图3为图像采集单元示意图。图4为磨损接触线原始图像。图5为磨损接触线增强图像。图6为接触线磨耗检测模块计算所依赖模型。具体实施方式在对本专利技术技术方案进行介绍前，先对相关
技术介绍
进行说明。如图1所示，是全新未磨损接触线横截面示图区，图2是磨损接触线的横截面示意图。新接触线的下半部分呈完整圆弧状，图中r是该段圆弧的半径。而磨损接触线底端呈直线状(图中标记宽度为w)，磨耗测量即需要完成w宽度的磨损接触线的状态表示，磨耗的最终数据呈现方式根据不同的需求而不同，本方案最终磨耗测量数据值是将图2中的横截面磨损直径长度w转化为图6中的d值进行数据呈现。下面对技术方案进行说明。本专利技术所述装置包括图像采集模块和数据处理模块，所述图像采集单元与数据处理模块单元连接。一：图像采集单元所述图像采集单元用于采集接触线图像。如图3所示，该单元包括线阵扫描相机及激光光源、电源。电源与线阵扫描相机、激光光源连接。线阵扫描相机及激光光源、电源封装在一起后通过接口与外界进行连接；其设置在安装有本装置的列车车顶。所述线阵扫描相机采用高速CMOS线阵摄像机(本实施例采用8K分辨率高速CMOS线阵相机)，对接触线轮廓图像(激光成像)进行实时、动态数据采集。并将采集数据通过无线或者有线的方式传输到(本实施例利用千兆以太网)传输至数据处理模块(本实施例中，数据处理模块位于车内)，进行数据分析、处理，对标准高度的接触线进行成像。其线阵扫描相机所安装的方向使得其所采集图像中，优选接触线沿垂直于图像相对两个侧边的方向分布。因为在接触线的定位处理中，首先提取图像中的垂直边缘梯度，既可以使接触线在图像中表现更为突出，同时也可以极大程度滤除横向分布的各种噪声信息，便于后续定位处理。在确保线阵扫描相机与激光线共面条件下，接触线轮廓成像如图4示，图像完整呈现了接触线的磨损细节，为便于肉眼确认磨损细节的可信度，图5给出图像增强还原细节后，接触线的磨损区域和原始完整接触线的位置示图，从图中可以完整观察到接触线不同的位置，其磨损变化情况。应当理解，最好设置有数据存储模块，以实现数据存储。优选的，线阵扫描相机及激光光源、电源为一体化结构组件。激光光源为大功率激光光源，该光源提供多种出射角度和功率可选，适于铁路应用。优选的为便于组件施工安装，组件设计外接接口均采用不同颜色设计。二：数据处理单元所述数据处理单元包括接触线定位模块和接触线磨耗检测模块，用于提取所采集的图像中接触线及其领域的梯度信息，进行接触线定位，并进行损耗检测集计算。接触线定位模块的工作流程如下：Step1:对所采集的图像提取垂直边缘梯度。接触网接触线在成像图像中，具备图像灰度变化连通性，与背景区域分割相对明显，同时相机安装方向特定保证接触线在相机采集图像中处于垂直方向分布。因此，在接触线的定位处理中，首先提取图像中的垂直边缘梯度，既可以使接触线在图像中表现更为突出，同时也可以极大程度滤除横向分布的各种噪声信息，便于后续定位处理，采用的梯度算子模板为：设原相机图像I(x,y)，则梯度图像：E(x，y)＝E(I(x，y))。Step2:图像阈值化提取接触线前景目标。在经过step1处理后，图像中基本只存在垂直方向分布的图像信息，通过图像阈值化处理，即可所有近似接触网接触线的垂直分布区域。设原相机图像I(x,y)，梯度图像为E(x,y)，阈值化后图像为T(x,y)，梯度图像阈值化的阈值t：其中：ex＝Ex(I(x,y))ey＝Ey(I(x,y))exy＝(ex+ey)·I(x,y)Sxy＝∑exyStep3:基于接触线的几何特性滤波噪声区域；Step2处理得到包含接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置，其特征在于，包括图像采集单元和数据处理单元；所述图像采集单元用于采集接触线图像，其包括线阵扫描相机、激光光源、电源；电源与线阵扫描相机、激光光源连接；线阵扫描相机及激光光源、电源封装在一起后通过接口与外界进行连接；所述图像采集单元设置在被配置本装置的列车车顶，线阵扫描相机所安装的方向使得其所采集图像中，接触线沿图像相对两个侧边连线方向分布；所述数据处理单元包括接触线定位模块和接触线磨耗检测模块，用于提取所采集的图像中接触线及其领域的梯度信息，进行接触线定位，并进行损耗检测集计算。

【技术特征摘要】
1.一种基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置，其特征在于，包括图像采集单元和数据处理单元；所述图像采集单元用于采集接触线图像，其包括线阵扫描相机、激光光源、电源；电源与线阵扫描相机、激光光源连接；线阵扫描相机及激光光源、电源封装在一起后通过接口与外界进行连接；所述图像采集单元设置在被配置本装置的列车车顶，线阵扫描相机所安装的方向使得其所采集图像中，接触线沿图像相对两个侧边连线方向分布；所述数据处理单元包括接触线定位模块和接触线磨耗检测模块，用于提取所采集的图像中接触线及其领域的梯度信息，进行接触线定位，并进行损耗检测集计算。2.如权利要求1所述的基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置，其特征在于，所述接触线定位模块的工作流程如下：Step1:对所采集的图像提取垂直边缘梯度信息；Step2:图像阈值化提取接触线前景目标；Step3:基于接触线的几何特性滤波噪声区域；Step4:通过直线拟合的方式，识别符合直线特性的连通区域，同时以直线的形式表达该连通区域；Step5:基于边缘梯度特性跟踪接触线曲线轮廓，得到整条接触线在图像中的完整表达；Step6:输出整条接触线在完整图像中的位置序列点集。3.如权利要求2所述的基于非接触式检测技术的接触线磨耗动态检测装置，其特征在于，Step1中采用的梯度算子模板为：4.如权利要求3所述的基于非接触式检测技术的接触线磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李想，彭博，曹伟，王瑞锋，苟建平，陈礼龙，
申请(专利权)人：成都唐源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51