【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轨道交通安全检测，具体涉及一种受电弓接触力动态视觉检测方法。
技术介绍
1、电力机车作为铁路运输的重要拖动装置，具有行驶里程长、运行环境恶劣、维护复杂等特点，其中，列车高速运行过程中对弓网压力的监测是确保列车安全高效运行的关键环节。长期以来，弓网接触力检查多采用人工登顶作业，存在效率低、精度差、安全隐患高等不足，这严重制约了当前电力机车弓网接触力检测的精度与效率。
2、随着光电检测技术的快速发展，以其非接触、高精度、大范围等优点被广泛应用在轨道交通安全检测中，有效提高了检测效率与精度。但由于机车车顶较高、异物样式多样、检测环境复杂等特点，传统光电测量装置无法满足多类型机车、多样式异物的检测需求。而现有自动化检测方式，需要在受电弓加装各类力学、惯性等传感器，这严重改变了受电弓的气动布局，在列车高速运行时严重影响了列车运营安全。
3、因此，实现列车高速运行过程中受电弓接触力检测的高精度动态视觉检测，对保证机车安全检测的质量与提升检测效率均具有重要意义。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种受电弓接触力动态视觉检测方法。
2、为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种受电弓接触力动态视觉检测方法，包括以下步骤：
4、步骤一：搭建受电弓接触力动态视觉检测装置，并安装在列车顶受电弓附近，用于实现对受电弓高清成像；
5、步骤二：列车启动后
6、步骤三：受电弓位姿实时计算；
7、步骤四：受电弓接触力实时测量。
8、进一步的，步骤一中，所述受电弓接触力动态视觉检测装置包括两台高分辨率工业相机、用于照明的近红外光源投射器、惯性测量单元、光电传感器和控制器，所述工业相机、近红外光源投射器、惯性测量单元和光电传感器分别与控制器相连，通过光电传感器感应列车是否来临并传送信号至控制器，通过控制器控制工业相机是否触发并采集受电弓高清图像，通过工业相机将采集的图像传送至控制器进行处理，两台工业相机同步触发和采集图像，通过控制器控制近红外光源投射器是否照明，通过控制器控制惯性测量单元是否测量列车运行速度。
9、进一步的，所述工业相机上设置有窄带滤光片，所述工业相机的分辨率不低于2048像素，帧频不低于500hz。
10、进一步的，步骤三中，受电弓位姿实时计算的步骤包括：
11、对工业相机采集的受电弓高清图像进行图像特征提取，得到受电弓上各关键点坐标，再计算出受电弓上各关键点空间三维坐标，将其转换到受电弓局部坐标系，即可得到受电弓位姿参数。
12、进一步的，所述工业相机在采集图像前先进行标定，获取两台工业相机各自的内参数以及两台工业相机之间的外参数；
13、通过基于centernet的单阶段网络得到受电弓上各关键点坐标；
14、通过双目极线约束计算出受电弓上各关键点空间三维坐标。
15、进一步的，步骤四中，受电弓接触力实时测量的步骤包括：
16、基于步骤三中生成的受电弓位姿参数，通过建立列车高速运行过程中受电弓接触力模型，实现对受电弓接触力的非接触反演测量。
17、进一步的，受电弓接触力实时测量的步骤包括：
18、第一步：受电弓弓网关系建模
19、第二步：受电弓接触力模型分析
20、第三步：受电弓接触力反演计算。
21、进一步的，第一步中，受电弓弓网关系建模的步骤包括：
22、将受电弓及支撑架抽象为两部分，m、m、mc分别表示受电弓的弓头、支撑架和支撑架中的活动框架的视在质量，弓头和活动框架之间采用刚度为k的弹簧连接起来，列车的传动系统产生的力通过活动框架和弓头垂直作用在架空接触网的接触线上，得到所需受电弓接触力模型。
23、进一步的，第二步中，受电弓作用在架空接触网上的垂直力为受电弓接触力f，在列车运行过程中，受电弓接触力f总是变化的，为动态接触力，任一时刻的受电弓接触力f等于静态接触力f0、摩擦阻力fr、空气动力faer及动态接触力分力fdyn的矢量和，fr为受电弓与支撑架的铰接部位的摩擦阻力，当受电弓的弓头向下运动时，fr方向向上，当弓头向上运动时，fr方向向下。
24、进一步的，第三步中，受电弓接触力反演计算的步骤包括：
25、接触力主要取决于列车的运行速度、受电弓和架空接触网的动态特性及同时工作的受电弓数量和间隔，还取决于列车的运行状态和线路质量，所述受电弓接触力f的边界范围为：
26、
27、其中，静态接触力f0、摩擦阻力fr通过经验和线下标定测得；faer为空气动力，faer＝kv2，k为一个与受电弓的弓头工作高度和运行位置无关的恒定系数；fdyn为动态接触力分力，mt为弓头和支撑架中的活动框架的视在质量的组合质量，v为列车运行速度；l为接触网两支撑座之间距离，et为t时刻接触点处接触线的振幅。
28、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
29、本专利技术公开了一种受电弓接触力动态视觉检测方法，基于机器视觉检测原理，通过图像采集，能够实现对列车高速运行过程中受电弓进行高清成像，通过图像处理，实现受电弓关键点检测与位姿计算，为弓网接触力计算提供基础；通过建立受电弓接触力模型，基于测量出的受电弓位姿、运动速度等参数，能够将高速运行过程中的列车受电弓接触力进行非接触高精度准确测量；实现了全天候、全天时、多车型、多类型机车弓网接触力的自动化、智能化检测，不需要安装各类力学、惯性等传感器改变受电弓气动布局，仅需要采集列车运行过程中图像即可反演计算，对车型及环境要求较低，具有一定通用性，可推广至货车、客车、动车、地铁列车受电弓接触力检测领域，同时相关检测结果还可通过控制器及时发送给客户端、列检人员，以指导接车检修与维护。
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1.一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，步骤一中，所述受电弓接触力动态视觉检测装置包括两台高分辨率工业相机、用于照明的近红外光源投射器、惯性测量单元、光电传感器和控制器，所述工业相机、近红外光源投射器、惯性测量单元和光电传感器分别与控制器相连，通过光电传感器感应列车是否来临并传送信号至控制器，通过控制器控制工业相机是否触发并采集受电弓高清图像，通过工业相机将采集的图像传送至控制器进行处理，两台工业相机同步触发和采集图像，通过控制器控制近红外光源投射器是否照明，通过控制器控制惯性测量单元是否测量列车运行速度。
3.根据权利要求2所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，所述工业相机上设置有窄带滤光片，所述工业相机的分辨率不低于2048像素，帧频不低于500HZ。
4.根据权利要求1所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，步骤三中，受电弓位姿实时计算的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，
6.根据权利要求1所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，步骤四中，受电弓接触力实时测量的步骤包括：
7.根据权利要求6所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，受电弓接触力实时测量的步骤包括：
8.根据权利要求7所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，第一步中，受电弓弓网关系建模的步骤包括：
9.根据权利要求7所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，第二步中，受电弓作用在架空接触网上的垂直力为受电弓接触力F，在列车运行过程中，受电弓接触力F总是变化的，为动态接触力，任一时刻的受电弓接触力F等于静态接触力F0、摩擦阻力FR、空气动力FAER及动态接触力分力FDYN的矢量和，FR为受电弓与支撑架的铰接部位的摩擦阻力，当受电弓的弓头向下运动时，FR方向向上，当弓头向上运动时，FR方向向下。
10.根据权利要求7所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，第三步中，受电弓接触力反演计算的步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，步骤一中，所述受电弓接触力动态视觉检测装置包括两台高分辨率工业相机、用于照明的近红外光源投射器、惯性测量单元、光电传感器和控制器，所述工业相机、近红外光源投射器、惯性测量单元和光电传感器分别与控制器相连，通过光电传感器感应列车是否来临并传送信号至控制器，通过控制器控制工业相机是否触发并采集受电弓高清图像，通过工业相机将采集的图像传送至控制器进行处理，两台工业相机同步触发和采集图像，通过控制器控制近红外光源投射器是否照明，通过控制器控制惯性测量单元是否测量列车运行速度。
3.根据权利要求2所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，所述工业相机上设置有窄带滤光片，所述工业相机的分辨率不低于2048像素，帧频不低于500hz。
4.根据权利要求1所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，步骤三中，受电弓位姿实时计算的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种受电弓接触力动态视觉检测方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘晓，魏智鹏，陆晓隽，王大来，
申请(专利权)人：江苏集萃智能光电系统研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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