[發明專利]一種基于幾何放大原理和單目計算機視覺的接觸網幾何參數測量方法

有效

• 申請號: 201810182553.1
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108801149B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 彭亞輝;姜旺俊;朱中杰;楊浩雷;曹旭陽;陳后金
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/14
• 代理公司: 11257 北京正理專利代理有限公司
• 代理人: 付生輝;白淑賢

本發明公開一種基于幾何放大原理和單目計算機視覺的接觸網幾何參數測量方法，所述方法包括以下步驟：使攝像機的成像平面保持水平；使用攝像機對接觸線進行圖像采集，并得到圖像一；開啟線激光器，令其發射的線激光形成的平面與水平面之間的夾角為α，線激光與接觸線相交，形成激光亮斑；再次使用攝像機對帶有激光亮斑的接觸線進行圖像采集，得到圖像二；對圖像一以及圖像二進行預處理，并得到激光亮斑的中心點A′對應在攝像機的成像平面中的點A的坐標；設定C′并得出C′在成像平面中的點C的坐標，測量C′的導高；通過點A坐標與點C的坐標計算得出A′處的接觸線的導高以及拉出值。本發明能夠對接觸線的導高以及拉出值進行高精度的實時測量。

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路供電技術領域，特別是涉及一種基于幾何放大原理和單目計算機視覺的接觸網幾何參數測量方法。

背景技術

在電氣化鐵路供電系統中，接觸網是沿鐵路線上空架設的向電力機車供電的輸電路，接觸線是為電力機車供電的導線。為保證接觸線與電力機車受電弓之間的良好接觸需對接觸線的幾何參數進行精確設置，其中最重要的參數包括接觸線的導高和拉出值。接觸線的導高是接觸線到鐵軌平面的垂直高度，拉出值是接觸線在定位點處相對于鐵軌中心的水平偏移距離。并且在實際測量中，對接觸線導高測量精度的要求比對拉出值測量精度的要求更高。

接觸線的導高和拉出值需要定期檢測，以保證電力機車受電弓與接觸網保持良好的接觸，從而保證牽引供電系統的安全性和可靠性。

目前對接觸線的導高和拉出值的測量方法主要有非接觸式和接觸式兩類測量方式。

接觸式檢測通常使用檢測車測量，在檢測車的受電弓滑條或弓架上安裝傳感器與接觸線直接接觸進行檢測。接觸式檢測法還有人工吊桿式測量法，作業人員使用帶有測量尺刻度的測量桿一頭搭載接觸線上，另一頭搭載鋼軌面上，讀出測量桿伸出的最大刻度即為導高。

非接觸檢測方法主要有激光測量法和計算機視覺法，目前非接觸式檢測法已經成為主流的檢測方法。激光測量法實例如山東藍動激光技術有限公司開發的接觸網激光測距儀DJJ-8，已應用于多家鐵路相關單位。該測距儀使用的是激光脈沖測距的實現方式，測量時使用視頻瞄準，在高分辨率TFT液晶屏上使用光學攝像系統瞄準待測的接觸線，即可得到接觸網幾何參數。計算機視覺法有多目視覺法、雙目視覺法和單目視覺法。多目視覺法是對多個相機(一般為四個)同時拍攝到的接觸線上一點的圖像進行處理，基于視差原理獲得該點的位置信息，計算出該點處接觸線的導高和拉出值的方法。雙目視覺法與多目視覺法類似，同樣采用視差原理通過圖像處理獲得導高和拉出值，區別在于雙目視覺法是對兩個布置在與鐵軌延伸方向垂直的平面上的相機同時拍攝到的接觸線上一點的圖像進行處理。單目視覺法是使用1臺攝像機和1組激光器，激光器在與鐵軌延伸方向垂直的截面內發射線激光，對用攝像機獲取含有激光線與接觸線的交點的圖像進行圖像處理，得到接觸線的導高和拉出值的方法。

目前采用單目視覺法的實例是西南交通大學的張桂南、劉志剛等人提出的基于攝像機標定的非接觸式接觸線導高和拉出值的檢測方法。該方法的主要硬件是攝像頭和激光器，攝像頭和激光器沿鐵軌延伸方向放置于檢測車車頂，激光器可發射激光到接觸線上。該方法主要有采集圖像、定位激光光斑中心點、通過圖像坐標與獲取空間坐標三個步驟，據此計算接觸線的導高、拉出值。采集圖像的過程是，激光器發射線激光照射在接觸線上，CCD攝像機采集圖像。激光光斑中心點的定位通過迭代閾值算法實現。攝像頭獲得的圖像坐標與激光點在空間中的位置關系可通過建立系統的幾何模型進行分析，可根據三角形關系得以圖像上的橫縱坐標為參數的接觸線導高和拉出值的公式計算出結果。此方法求得的拉出值與光學測量儀的實測值之差小于11mm，所得導高之差小于10mm。