专利名称：一种高铁接触网在线巡检装置、巡检方法以及其构成的高铁接触网检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速铁路的安全检测技术，具体说是一种高铁接触网在线巡检装置及其巡检方法，以及一种高速铁路接触网检测系统。
背景技术：
高速铁路运输技术于60年代进入实用化阶段，经过40多年发展，特别是80年代以来伴随着新的交通革命浪潮，高速运输技术取得了一系列新成果新突破。接触网作为向机车和动车组提供电能的关键设施，也随着高速化进程的不断深入而不停地向前发展，并根据各国铁路发展的历史和国情形成了不同形式的高速接触网。目前基于图像处理技术的非接触式巡检装置已经得到广泛应用，例如德国某公司与1982年推出的一款检测设备，如 图4所示，该设备包括在车内3布置的四个成一定角度设置的CXD摄像机5和三个聚光灯4，通过图像处理，计算接触线高度和拉出值。我国基于图像处理的巡检系统主要是在德国技术基础上发展起来，例如2007年10月3日公开的中国专利ZL200610149125. 6，该专利公开的技术方案为在车内成角度安装有2-8个CCD高速摄像机和LED面阵列照明光源用于采集图像，通过图像处理软件计算出接触线的高度和拉出值，并且利用GPS进行定位。上述的巡检设备都是安装于巡检车车顶，且最高运行速度在300km/h以下，与实 际的运行状态有一定差别，而对于运行速度在350km/h以上的高速铁路接触网的日常巡检技术，我国乃至全世界目前都未见相关信息。
发明内容
本发明的任务是要解决上述技术难题，提供一种用于高速铁路接触网在线巡检装置及其巡检方法，并且提供了一种基于该巡检装置的高铁接触网检测系统，本发明的特点是使用灵活，可以在350km/h以上的行驶状态下进行巡检工作。技术手段本发明公开了一种高铁接触网在线巡检装置，包括高速摄像�？楹陀敫咚偕阆衲？榱拥某翟胤衿鳎�
高速摄像�？榘ㄓ糜诨袢〗哟ネ悠档牡谝桓咚傧嗷陀糜诨袢∥恢檬悠档牡诙潘傧嗷�
车载服务器包括数据存储�？�、数据处理�？楹屯枷窕胤拍？椋皇荽娲⒛？榘ㄊ悠挡杉ā⑹葑蛔幽？楹秃Ａ看娲⒂才蹋龈咚偕阆衲？榻悠捣⑺透荽娲⒛？椋荽娲⒛？榉直鹩胧荽砟？楹屯枷窕胤拍？樾藕帕樱�
采集卡对高速摄像�？榕纳愕降慕哟ネ悠岛臀恢檬悠到型讲杉杉降氖悠稻菥葑蛔幽？樽晃哟ネ计陀胫喽杂Φ奈恢猛计街滞计凰腿牒Ａ看娲⒂才檀娲ⅲ彼腿胧荽砟？椋�
数据处理�？槭盏浇哟ネ计臀恢猛计螅越哟ネ计蟹治龃砘竦眉觳饨峁晕恢猛计蟹治龃砘竦枚ㄎ皇荩蠹觳饨峁投ㄎ皇荼环⑺突厥荽娲⒛？榇娲ⅲ�
图像回放�？榇邮荽娲⒛？榈魅〗哟ネ计约坝胫杂Φ奈恢猛计�、检测结果和定位数据，并将其进行集成后以图片流的形式回放。车载服务器包括统计模块，统计模块与数据存储模块信号连接，统计�？槎砸淮窝布旃讨蟹⑾值囊斐Ｐ畔⒔型臣啤：Ａ坑才涛炔灏问剑翟胤衿魑阈焦ひ悼刂萍扑慊坏谝桓咚傧嗷�500万像素高速高灵敏度工业相机，第二高速相机为100万像素工业相机。巡检装置还包括一抗震支架，所述第一高速相机和第二高速相机均设置在抗震支架上，抗震支架设置在机车车顶、机车车厢内或机车车厢外的侧面；
优选为抗震支架设置在机车车厢内，为八爪鱼支架；巡检装置包括一相机防护罩，第 架上；在相机防护罩上于第一高速相机的镜头和第二高速相机的镜头的两侧还设有“U”型把手式防护栏；在相机防护罩上设有用于调节两相机水平角、俯仰角、光圈和焦距的调节机构。上述高铁接触网在线巡检装置的巡检方法包括下列时序步骤
(1)、采集卡对高速摄像�？榕纳愕降慕哟ネ悠岛臀恢檬悠到型讲杉�
(2)、采集到的视频经数据经数据转换子�？樽晃哟ネ计陀胫喽杂Φ奈恢猛计⒔街滞计凰腿胗才陶罅写娲ⅲ彼腿胧荽砟？椋�
(3)、数据处理�？槭盏浇哟ネ计臀恢猛计螅越哟ネ计蟹治龃砘竦眉觳饨峁晕恢猛计蟹治龃砘竦枚ㄎ皇荩�
(4)、数据处理�？榻觳饨峁投ㄎ皇莘⑺突厥荽娲⒛？椋⒂珊Ａ看娲⒂才檀�
储；
(5)、图像回放�？榇邮荽娲⒛？榈魅〗哟ネ计约坝胫杂Φ奈恢猛计�、检测结果和定位数据，并将其进行集成后以图片流的形式回放。在步骤(3 )中，通过下列时序步骤获取检测数据
a、对接触网图片进行自适应前景提�。袢「酥肮┑缢沸畔ⅲ�
b、对获取的杆柱及供电塔头进行线性检测及分析，识别有效杆柱；
C、对有效的杆柱和塔头进行分析，获取检测数据。本发明还公开了一种基于上述高铁接触网在线巡检装置的高铁接触网检测系统，包括一个以上所述巡检装置以及中心数据库，该中心数据库包括对巡检装置采集到的原始图片数据进行分析处理的处理模块、将图片与检测结果集成后显示的回放�？�、海量数据存储�？楹屯臣颇？椋渲泻Ａ渴荽娲⒛？榇娲⑺邢呗飞厦恳淮渭觳獠杉降耐计图觳饨峁臣颇？槎砸淮窝布旃讨蟹⑾值囊斐Ｐ畔⒔型臣疲约岸阅骋幌呗飞系睦芬斐Ｐ畔⒔型臣�。有益效果本发明与现有技术相比，减少了摄像机的个数，而且也不用照明设备就能完成巡检工作；视频采集�？橹挥辛教ǜ咚傧嗷沧霸诳拐鹬Ъ苌希璞附峁辜虻ィ寤。奖惆沧安鹦叮翟胤衿魑阈降墓ひ悼刂萍扑慊紫低呈褂昧榛睿梢园沧霸谌我庖涣玖谐瞪鲜褂茫坏谝桓咚傧嗷映〗钦越哟ネ考袢〗哟ネ悠担钡诙咚傧嗷映〗钦怨锉旰透怂旰呕袢⊥轿恢檬悠担⑼ü翟胤衿鞣治龌袢〖觳饨峁投ㄎ皇荩恍枰褂酶郊拥亩ㄎ簧璞福谠剂松璞赋杀荆槐狙布焐璞缚梢栽�350km/h高速行驶下进行巡检，与高铁实际的运行环境更加相近，检测更为准确。
图I为本发明的结构示意图之一；
图2为本发明结构示意图之二；
图3为本发明获取检测信息的流程 图4为现有技术的使用状态图。
具体实施例方式实施例I
如图I所示为本发明公开的一种高铁接触网在线巡检装置，该装置包括高速摄像模块I和车载服务器2。其中高速摄像�？榘ㄓ糜诨袢〗哟ネ悠档牡谝桓咚傧嗷�12和用于获取位置视频的第二高速相机13，第一高速相机12和第二高速相机13同步采集视频数据。本实施例中第一高速相机选用500万像素高速高灵敏度工业相机(BAUMER公司，HXC14NIR型号)，第二高速相机为100万像素工业相机。如图2所示，第一高速相机12和第二高速相机13设置在一相机防护罩11内，在相机防护罩11上设有用于调节两相机水平角、俯仰角、光圈和焦距的调节机构14，以及在相机防护罩上于第一高速相机的镜头和第二高速相机的镜头的两侧还设有“U”型把手式防护栏15，该防护栏既可以对镜头进行保护，又方便操作人员提拿；第一高速相机12和第二高速相机13通过该相机防护罩11可拆卸安装在一抗震支架上，抗震支架可安装在机车车顶、机车车厢内或机车车厢外的侧面。本实施例优选的抗震支架为一种八爪鱼支架，用于安装在机车车厢内，通�？砂沧霸诩菔辉辈僮髌教ㄅ员�。车载服务器2为一台便携式工业控制计算机，包括数据存储模块21、数据处理�？�22、图像回放�？�23和统计分析模块24 ;其中高速摄像�？镮将采集到的视频数据发送给数据存储�？�21，数据存储�？�21包括视频采集卡211、数据转换子�？�212和海量存储硬盘213，数据存储�？�21分别与数据处理�？�22、图像回放�？�23和统计模块24信号连接，海量存储硬盘213为可插拔式。该高铁接触网在线巡检装置的巡检方式包括下列时序步骤
(1)、采集卡对高速摄像�？榕纳愕降慕哟ネ悠岛臀恢檬悠到型讲杉�
(2)、将采集到的视频经数据经数据转换子�？樽晃哟ネ计陀胫喽杂Φ奈恢猛计⒔街滞计凰腿牒Ａ看娲⒂才檀娲ⅲ彼腿胧荽砟？椋�
(3)、数据处理�？槭盏浇哟ネ计臀恢猛计螅越哟ネ计蟹治龃砘竦眉觳饨峁晕恢猛计蟹治龃砘竦枚ㄎ皇荩�
(4)、数据处理�？榻觳饨峁投ㄎ皇莘⑺突厥荽娲⒛？椋⒂珊Ａ看娲⒂才檀�
储；
(5)、图像回放�？榇邮荽娲⒛？榈魅〗哟ネ计约坝胫杂Φ奈恢猛计�、检测结果和定位数据，并将其进行集成后以图片流的形式回放。其中，步骤(3)是通过下列时序步骤获取检测数据，如图2所示a、对接触网图片进行自适应前景提�。袢「酥肮┑缢沸畔ⅲ�
b、对获取的杆柱及供电塔头进行线性检测及分析，识别有效杆柱；
C、对有效的杆柱和塔头进行分析，获取检测数据。具体方式如下第一高速相机的视场角正对接触网，第二高速相机的视场角正对杆塔下部标有杆号和公里标的部位，两相机同步拍摄，同时视频采集卡同步对两种视频进行采集。假设列车的运行速度为360km/h (100m/S)，两相机的同步获取视频的拍摄速度均为17帧/秒，两线杆之间的最小距离为20米，此时列车平均每行 驶6米拍摄一张，两线杆之间最少要拍摄3张，也就是至少有3张图像包含了同一线杆，因此线杆只会重复，不会缺失。在实际情况中，相机拍摄速度要大于17帧/秒，线杆之间的距离也大于20米，所以更加不会出现缺失的情况。仍然以17帧/秒的视频为例，采集到的视频经格式转换子�？樽晃�17幅接触网图片和与之相对应的17幅位置图片，图片被依次送入海量存储硬盘存储，同时也被依次同步送入数据处理�？�。数据处理�？槎越哟ネ计臀恢猛计直鸾写�。对接触网图片处理主要是检测供电塔杆，塔杆检测，分为三个步骤
第一个步骤为自适应前景提取，该方法是在非模型法产生背景模型的基础上，通过背景差法获取差分图像，利用环境噪声的相对稳定性，建立一张环境噪声分布图，进而滤除差分图像中存在的环境噪点，自适应求取分割阈值，进行图像二值化处理获取前景区域。前景信息利用当前帧与动态学习背景进行差分来获�。俗允视Ρ尘敖７椒ǘ云捣钡幕肪潮浠哂泻芮康氖视π裕壹扑慵虻タ焖伲闶凳毙蕴崛「酥肮┑缢沸畔⒌囊蟆５诙霾街栉咛卣骷觳饧胺治觯侗鹩行Ц酥�。在前景提取的基础上，检测前景图像中的线，并分析线的长度、角度、密度、结构等多种特征，在此基础判定是不是一个有效杆柱。第三个步骤是在分析塔头及杆柱特点的基础上，利用快速线检测算法获取检测结果首先检测图像中相邻的像素点并进行聚类，形成一些相连的像素点的集合，然后将聚类后的像素点进行感知编组，细分成比原聚类线段更接近直线的线段，最后对每段近似直线用随机霍夫变换进行检测，从而精确地检测出图像中相应的直线。本方法的计算量�。谑∧诖妫扌柘妊橹叮铱垢扇判杂邢灾岣撸⒔档土宋蠹炻屎吐┘炻剩染涞南哐布焖惴�(霍夫线检测)快几十倍，完全可以满足高铁视频实时性处理要求。对位置图片的处理较为简单，主要是公里标和塔杆标号识别，即从位置图片中，利用快速识别算法，经过快速定位、字符分割、字符识别的过程，快速准确地获取公里标和塔杆标号以确定位置信息。之后检测结果和定位数据被送回海量存储硬盘存储，图像回放�？榇哟娲⒛？橹械魅〗哟ネ计陀胫喽杂Φ奈恢猛计�、检测结果和定位数据，将其集成后以图片流的形式显示出来。统计�？槎砸淮窝布旃谭⑾值囊斐Ｐ畔⒔型臣�。实施例2
本发明还公开了一种高铁接触网安全检测系统，包括一个以上的实施例I中所述的高铁接触网在线巡检装置以及中心数据库，该中心数据库包括对巡检装置采集到的原始图片数据进行分析处理的处理�？�、将图片与检测结果集成后显示的回放模块、海量数据存储�？楹屯臣颇？椋渲泻Ａ渴荽娲⒛？榇娲⑺邢呗飞厦恳淮渭觳獠杉降耐计图觳饨峁臣颇？槎砸淮窝布旃讨蟹⑾值囊斐Ｐ畔⒔型臣疲约岸阅骋幌呗飞系睦芬� 常信息进行统计。
权利要求
1.一种高铁接触网在线巡检装置，其特征在于所述巡检装置包括高速摄像�？楹陀敫咚偕阆衲？榱拥某翟胤衿鳎� 所述高速摄像�？榘ㄓ糜诨袢〗哟ネ悠档牡谝桓咚傧嗷陀糜诨袢∥恢檬悠档牡诙咚傧嗷� 车载服务器包括数据存储�？�、数据处理�？楹屯枷窕胤拍？椋皇荽娲⒛？榘ㄊ悠挡杉�、数据转换子模块和海量存储硬盘，所述高速摄像�？榻悠捣⑺透荽娲⒛？椋荽娲⒛？榉直鹩胧荽砟？楹屯枷窕胤拍？樾藕帕樱� 采集卡对高速摄像�？榕纳愕降慕哟ネ悠岛臀恢檬悠到型讲杉杉降氖悠稻葑蛔幽？樽晃哟ネ计陀胫喽杂Φ奈恢猛计街滞计凰腿牒Ａ看娲⒂才檀娲ⅲ彼腿胧荽砟？椋� 数据处理�？槭盏浇哟ネ计臀恢猛计螅越哟ネ计蟹治龃砘竦眉觳饨峁晕恢猛计蟹治龃砘竦枚ㄎ皇荩蠹觳饨峁投ㄎ皇荼环⑺突厥荽娲⒛？榇娲ⅲ� 图像回放�？榇邮荽娲⒛？榈魅〗哟ネ计约坝胫杂Φ奈恢猛计�、检测结果和定位数据，并将其进行集成后以图像流的形式回放。
2.根据权利要求I所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于所述车载服务器包括统计�？椋臣颇？橛胧荽娲⒛？樾藕帕樱臣颇？槎砸淮窝布旃讨蟹⑾值囊斐Ｐ畔⒔型臣�。
3.根据权利要求I所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于所述海量硬盘为热插拔式，所述车载服务器为便携式工业控制计算机。
4.根据权利要求I所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于所述第一高速相机为500万像素高速高灵敏度工业相机，第二高速相机为100万像素工业相机。
5.根据权利要求I或2或3或4所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于所述巡检装置包括一抗震支架，所述第一高速相机和所述第二高速相机均设置在抗震支架上，抗震支架设置机车车厢内或机车车顶或机车车厢外的侧面。
6.根据权利要求5所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于所述抗震支架设置在机车车厢内，为八爪鱼支架。
7.根据权利要求6所述的高铁接触网在线巡检装置，其特征在于所述巡检装置包括一相机防护罩，所述第一高速相机和所述第二高速相机设置在相机防护罩内，并通过相机防护罩可拆卸安装在抗震支架上；在相机防护罩上于第一高速相机的镜头和第二高速相机的镜头的两侧还设有“U”型把手式防护栏；以及在相机防护罩上设有用于调节两相机水平角、俯仰角、光圈和焦距的调节机构。
8.一种利用权利要求1-7任意一项权利要求所述的高铁接触网在线巡检装置的巡检方法，其特征在于该方法包括下列时序步骤 (1)、采集卡对高速摄像�？榕纳愕降慕哟ネ悠岛臀恢檬悠到型讲杉� (2)、采集到的视频经数据经数据转换子�？樽晃哟ネ计陀胫喽杂Φ奈恢猛计⒔街滞计腿胗才陶罅写娲ⅲ彼腿胧荽砟？椋� (3)、数据处理�？槭盏浇哟ネ计臀恢猛计螅越哟ネ计蟹治龃砘竦眉觳饨峁晕恢猛计蟹治龃砘竦枚ㄎ皇荩�(4)、数据处理�？榻觳饨峁投ㄎ皇莘⑺突厥荽娲⒛？椋⒂珊Ａ看娲⒂才檀娲ⅲ� (5)、图像回放�？榇邮荽娲⒛？榈魅〗哟ネ计约坝胫杂Φ奈恢猛计�、检测结果和定位数据，并将其进行集成后以图像流的形式回放。
9.根据权利要求8所述的巡检方法，其特征在于在所述步骤(3)中，通过下列时序步骤获取检测数据 a、对接触网图片进行自适应前景提取，获取杆柱及供电塔头信息； b、对获取的杆柱及供电塔头进行线性检测及分析，识别有效杆柱； C、对有效的杆柱和塔头进行分析，获取检测数据。
10.一种基于权利要求1-7任意一项权利要求所述的高铁接触网在线巡检装置的高铁接触网检测系统，其特征在于所述安全检测系统包括一个以上所述巡检装置以及中心数据库，该中心数据库包括对巡检装置采集到的原始图片数据进行分析处理的处理�？�、将图片与检测结果集成后显示的回放�？�、海量数据存储�？楹屯臣颇？椋渲泻Ａ渴荽娲⒛？榇娲⑺邢呗飞厦恳淮渭觳獠杉降耐计图觳饨峁臣颇？槎砸淮窝布旃讨蟹⑾值囊斐Ｐ畔⒔型臣疲约岸阅骋幌呗飞系睦芬斐Ｐ畔⒔型臣�。
全文摘要
本发明公开了一种高铁接触网在线巡检装置、巡检方法以及其构成的高铁接触网检测系统，其中巡检装置包括高速摄像�？楹陀敫咚偕阆衲？榱拥某翟胤衿鳎咚偕阆衲？榘ㄓ糜诨袢〗哟ネ悠档牡谝桓咚傧嗷陀糜诨袢∥恢檬悠档牡诙咚傧嗷翟胤衿髦饕糜谕瓿煞治觥⒋娲�、图像回放以及统计的功能；巡检方法主要是将采集到的视频转换为同步的接触网图片和位置图片，然后利用不同算法分析处理得到检测结果；检测系统包括一个以上的检测装置和中心数据库，中心数据库用于对一次巡检或历史巡检活动获得的数据进行分析、存储、图像回放以及统计的功能。本发明的特点是使用灵活，可以在350km/h以上的行驶状态下进行巡检工作。
文档编号G01C11/00GK102759347SQ20121024702
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年1月10日
发明者吕永新, 吴奇文, 吴晓松 申请人:广州科易光电技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
