一种接触网定位器线夹偏斜的检测方法与流程

本发明涉及线夹偏斜检测，具体为一种接触网定位器线夹偏斜的检测方法。

背景技术：

1、接触网是用来给电力机车提供电能的，可以被看作是一种机电合一的特殊设备，既有机械方面的结构特点也包括了电气方面的技术要求。在向机车供电时，必须保证接触悬挂能够牢固，稳定的悬挂在所规定的空间几何位置，以便受电弓能平稳，质量良好的从接触线上取流。

2、定位线夹是电气化铁路接触网系统中的关键零部件之一，通常与定位器配合使用，用于接触线的连接固定。目前，我国高速铁路接触网系统中使用的定位线夹主要有两种形式：第一种是插u型销式，第二种是线夹本体上自带u型凸台的无插销式。

3、定位线夹是接触网日常检查作中的一项重点内容，主要检查是否存在以下问题：破损、裂纹；未入线槽；螺母松动、缺失；u形销脱出；受力面安装反位及偏斜，其中，如果定位线夹偏斜，会导接触网不能给电力机车进行充分供电，因此工作人员需要定期的对定位线夹进行检测。

4、现有的定位线夹偏斜检测的方法通常是人工检测，通过成像设备或者偏斜检测设备对线夹依次进行检测，如果判断出偏斜，则针对性的进行维修，但是这种检测方法人力成本较高，而且耗时较长，而且人工判断是否偏斜，由于视角问题，也可能判断失误。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种接触网定位器线夹偏斜的检测方法，通过设置成像单元、图像识别单元、偏斜度计算单元，识别出的线夹偏斜度，对其中超过范围的线夹进行定位；评估单元、检验单元，获取到重点检修路段，对重点检修路段进行复核，确定其中偏斜程度较高的线夹；聚落分析模块，沿着线夹的分布，及相应的机车行驶的起伏，进行聚落分析，确定形成维修的优先级。通过判断出轨道上的重点路段，对线夹进行重复检测，以方便对第一次的检测结果进行修正，降低检测的误差；判断出轨道经常出现线夹偏斜的位置，方便进行集中检修，解决背景技术中的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现，提供一种接触网定位器线夹偏斜的检测方法，包括如下步骤：

5、s1、建立线夹图库：沿着定位线夹的分布方向，对路段上的接触网定位器线夹进行成像拍照获得第一图像，基于所述第一图像建立线夹图库；

6、s2、建立线夹修正图库：通过图像识别，从线夹图库中的第一图像识别出线夹，并对包含线夹的第一图像进行标记获得第二图像，基于第二图像建立线夹修正图库；

7、s3、判断线夹偏斜度：从线夹修正图库中的第二图像中，判断识别出的线夹的偏斜度，对偏斜度超过第一偏斜度阈值的线夹即为目标线夹，进行定位获得目标线夹的位置；

8、s4、确定重点路段：结合车辆的运行起伏状态及目标线夹的偏斜度，进行评估，确认待检修的重点路段，所述步骤s4包括以下步骤：

9、s401、沿着车辆的前进方向进行成像获得第三图像，通过第三图像识别判断地形变化，确定机车行驶的起伏度，并对机车行驶的起伏度进行函数的拟合，形成起伏度函数；

10、s402、基于起度伏函数，获取机车行驶高度的平均值，基于机车行驶高度的平均值的偏差值，形成起伏区间；

11、s403、获取起伏区间，通过训练得到的分类器，将若干个起伏程度接近的起伏区间归为一类，形成若干个起伏聚落；

12、s404、沿着机车的前进方向，获取目标线夹的偏斜度，基于目标线夹的偏斜度的变化情况，绘出偏斜度的波动曲线，并拟合函数，形成偏斜度函数；

13、s405、建立分类器，依据偏斜度函数的变化趋势，由分类器对获取偏斜度函数的值的趋势区间进行分类，将线夹偏斜度的趋势区间分割为若干个偏斜聚落；

14、s406、获取若干个起伏聚落及若干个偏斜聚落，判断机车行驶的起伏度与目标线夹的偏斜度的相关性，形成相关值r；

15、s407、将偏斜度与机车行驶的起伏度相关联，形成评估值p，对路段上的目标线夹的偏斜状态进行评估，判断评估值是否超过第二偏斜度阈值，超过第二偏斜度阈值的为重点检修路段；

16、其中，形成评估值p的方法如下：

17、获取偏斜聚落中目标线夹的偏斜度的平均值px和起伏聚落中机车行驶高度的的平均值qf，及机车行驶的起伏度与目标线夹的偏斜度的相关值r；

18、将px和qf进行归一化处理，综合后形成评估值p，评估值p的判断逻辑如下：

19、

20、其中，α及β为常数参数，0≤α≤1，0≤β≤1，且0≤α+β≤1；

21、s5、检测复核：获取到重点检修路段，对重点检修路段进行复核，获取重点检修路段的两次检测均值，确定两次检测均值中目标线夹的偏斜度超过阈值的的线夹；

22、s6、聚落分析：基于目标线夹的偏斜度及机车行驶的起伏度，进行聚落分析，确定维修的优先级。

23、进一步地，所述步骤s1包括以下步骤：

24、s101、确认成像条件：选取10km待检修路段作为测试段，在不同时段以不同速度在测试段行驶并拍照，获得最佳成像时段及行驶速度；

25、s102、设备布置：在机车顶设置若干沿着机车的长度方向等距分布的成像设备，间距与两个线夹之间的距离一致；

26、s103、确认成像节拍：依据最佳成像时段及行驶速度及线夹的间距，确定成像节拍，在进行成像拍照时，使得尽可能多的线夹能够包含在内；

27、s104、成像建库：根据最佳成像时段及行驶速度对接触网上的线夹进行成像拍照获得第一图像，并纪录拍照时间、相对坐标及图像文件，建立线夹图库。

28、进一步地，所述步骤s2包括以下步骤：

29、s201、建立标准特征：基于线夹的三维模型，获取到线夹在若干不同角度上的视图，建立视图图库，从视图图库中的视图中，提取线夹的特征，并且作为标准特征；

30、s202、识别线夹图库：将线夹图库中图像与标准特征进行对比，判断图像中是否存在线夹，若不存在，则对该图像进行删除；包含如下步骤：

31、s203、质量控制：在步骤s202的基础上，对图像的成像质量进行判断，筛选出能够计算偏斜度的图像作为第二图像并建立线夹修正图库；

32、s204、设备溯源：基于未获取含有线夹的图像，及画质低于阈值的图像，确定拍摄该图像的成像设备，方便对成像设备进行检修。

33、进一步地，所述步骤s202包括以下步骤：

34、s2021、对获取到若干张第一图像进行预处理，调整获取到的图像的尺寸，进行标准化处理；

35、s2022、通过hog方向梯度直方图算法，建立特征提取模型，从标准化的图像中提取线夹的特征；

36、s2023、对获取到线夹的特征进行降维处理，排除信息量小小于设定的可辨识度阈值的特征，减小计算量；

37、s2024、利用深度学习，基于样本自动训练出区分图像的特征分类器，对获取到特征进行分类；

38、s2025、基于标准特征，与已分类的特征进行对比，计算图像相似度，若相似度高于阈值，则保留图像，否则删除图像。

39、进一步地，所述步骤s3包括以下步骤：

40、s301、从线夹修正图库识别出包含同一个线夹的图像，与线夹的标准特征进行对比，依据相似性，计算出该图像中目标线夹的偏斜度；

41、s302、对若干个偏斜度取平均值，判断平均偏斜程度；

42、s303、将平均偏斜程度与阈值相比，若大于阈值，则确定偏斜的线夹及所处的相对位置即目标线夹位置。

43、进一步地，所述步骤s5包括以下步骤：

44、s501、沿着轨道将机车开回，并对重点检修路段上的线夹进行再次成像，获取检测结果；

45、s502、判断出其中已经定位出线夹，重新识别并计算出线夹偏斜度；

46、s503、将两次获取的偏斜度取平均值，将平均值与阈值相比，判断其中超过阈值的部分，并进行定位。

47、进一步地，所述步骤s6包括以下步骤：

48、s601、考虑到非重点路段只有一次测量值，重点路段则存在一次测量值及偏斜度均值，对于重点路段，利用偏斜度均值对一次测量值进行替换，从而形成新的线夹偏斜度；

49、s602、沿着线夹在轨道上的分布，对线夹的偏斜度值进行分类，将偏斜程度相接近偏斜度值进行聚类分析，形成若干个线夹聚落；

50、s603、将包含有线夹数量少于阈值的线夹聚落去除，并确定剩余聚落中包含已经偏斜的线夹数量xs；

51、s604、确定该线夹聚落所在区域的轨道起伏度与线夹偏斜度的相关系数d；获取该聚落内所有的线夹的偏斜度总值pz、及轨道起伏度高于阈值部分的总值qz，获取优先度值yx；

52、优先度值yx的获取方法下：获取线夹数量xs、线夹的偏斜度总值pz，轨道起伏度高于阈值部分的总值qz，依照如下公式进行归一化处理：

53、

54、其中，γ及θ为常数参数，0≤γ≤1，0≤θ≤1，且0≤γ+θ≤1；c为修正系数，通过模拟软件，确定c的具体值；

55、s605、对优先度值进行排序，确定不同线夹聚落间的重要性及检修的优先级；按照检修的优先级进行检修。

56、本发明还提供一种接触网定位器线夹偏斜的检测系统，包括：

57、成像单元，建立线夹图库：沿着定位线夹的分布方向，对路段上的接触网定位器线夹进行成像拍照获得第一图像，基于所述第一图像建立线夹图库；

58、图像识别单元，建立线夹修正图库：通过图像识别，从线夹图库中的第一图像识别出线夹，并对包含线夹的第一图像进行标记获得第二图像，基于第二图像建立线夹修正图库；

59、偏斜度计算单元，判断线夹偏斜度：从线夹修正图库中的第二图像中，判断识别出的线夹的偏斜度，对偏斜度超过第一偏斜度阈值的线夹即为目标线夹，进行定位获得目标线夹的位置；

60、评估单元，确定重点路段：结合车辆的运行起伏状态及目标线夹的偏斜度，进行评估，确认待检修的重点路段，具体包括：

61、沿着车辆的前进方向进行成像获得第三图像，通过第三图像识别判断地形变化，确定机车行驶的起伏度，并对机车行驶的起伏度进行函数的拟合，形成起伏度函数；

62、基于起度伏函数，获取机车行驶高度的平均值，基于机车行驶高度的平均值的偏差值，形成起伏区间；

63、获取起伏区间，通过训练得到的分类器，将若干个起伏程度接近的起伏区间归为一类，形成若干个起伏聚落；

64、沿着机车的前进方向，获取目标线夹的偏斜度，基于目标线夹的偏斜度的变化情况，绘出偏斜度的波动曲线，并拟合函数，形成偏斜度函数；

65、建立分类器，依据偏斜度函数的变化趋势，由分类器对获取偏斜度函数的值的趋势区间进行分类，将线夹偏斜度的趋势区间分割为若干个偏斜聚落；

66、获取若干个起伏聚落及若干个偏斜聚落，判断机车行驶的起伏度与目标线夹的偏斜度的相关性，形成相关值r；

67、将偏斜度与机车行驶的起伏度相关联，形成评估值p，对路段上的目标线夹的偏斜状态进行评估，判断评估值是否超过第二偏斜度阈值，超过第二偏斜度阈值的为重点检修路段；

68、其中，形成评估值p的方法如下：

69、获取偏斜聚落中目标线夹的偏斜度的平均值px和起伏聚落中机车行驶高度的的平均值qf，及机车行驶的起伏度与目标线夹的偏斜度的相关值r；

70、将px和qf进行归一化处理，综合后形成评估值p，评估值p的判断逻辑如下：

71、

72、其中，α及β为常数参数，0≤α≤1，0≤β≤1，且0≤α+β≤1；

73、检验单元，获取到重点检修路段，对重点检修路段进行复核，获取重点检修路段的两次检测均值，确定两次检测均值中目标线夹的偏斜度超过阈值的的线夹；

74、聚落分析模块，基于目标线夹的偏斜度及机车行驶的起伏度，进行聚落分析，确定维修的优先级。

75、(三)有益效果

76、本发明提供了一种接触网定位器线夹偏斜的检测方法，具备以下有益效果：

77、通对线夹进行成像，基于图像识别及与标准特征的对比来完成对线夹的偏斜检测，相对于人工检测，效率更高速度更快，基于和标准特征的对比，对线夹偏斜检测的结果更加准确；而且由于获取了线夹图像，也可以将线夹图像应用于其他类似的分析，比如说线夹的疲劳分析、损坏分析，相对于常规的偏斜检测方法，适应性更好，运用更广。

78、通过判断出轨道上的重点路段，对线夹进行重复检测，以方便对第一次的检测结果进行修正，降低检测的误差；基于此，也能够判断出轨道经常出现线夹偏斜的位置，方便进行集中检修。

79、通过确定优先度值，在完成检修后，能够确定线夹检修的优先程度，在紧急情况下，减少时间的浪费，而判断出有限度值后，方便对该路段上线夹进行重点关注，集中检修。