基于单目图像的弓网在线检测方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及受电弓-接触网关系检测，是基于单目图像的弓网在线检测方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、随着城市轨道交通运营速度的不断提高，运营安全已成为各地铁公司最关注的话题之一。特别是受电弓-接触网系统（简称弓网系统），是一个电客车与供电接触网相互耦合、相互作用的复杂非线性系统，其运行安全直接关乎城市轨道交通的运营安全。接触网主要承担电客车动力的供给职能，它的可靠性影响着电客车运行的安全；受电弓是电客车获取电能的电气设备，它与接触网的良好接触是接触网向电客车传递电能的先决条件，受电弓的任何环节出现问题同样会降低弓网受流质量，甚至会导致严重的行车事故。如何有效掌握和改善弓网关系是目前行业内所面临的比较棘手的难题。地铁车辆所用受电弓与接触线静止接触时的接触压力通常为120n，也称为受电弓静态抬升力。列车运行过程中，由于车辆、受电弓和接触网受到外部激励的激扰，受电弓滑板与接触线将形成动态接触，使得受电弓滑板与接触线之间的接触压力难以维持在120n。

2、因此，弓网关系检测尤为重要。目前采用综合检测系统获取弓网数据检测效率高，环境适应性强，并具有实时数据传输、存储和分析处理功能。通过对得出的弓网检测数据分析，可以准确地判定弓网关系各参数指标的真实情况。

3、在现有已公开的发明技术中，如申请公开号为cn105067158a的专利公开了一种弓网分离式受电弓压力检测装置，包括压力检测结构，沿接触网的长度方向，所述压力检测结构两侧分别设有用于施加接触网预紧力的接触网预紧机构，所述压力检测结构包括连接臂组件以及与连接臂组件铰接的安装组件，所述连接臂组件一端设有用于使受电弓下移与接触网分离的下移接触件，连接臂组件另一端设有用于检测下移接触件与受电弓之间的接触压力的检测组件，所述接触网预紧机构与所述下移接触件电连接。

4、上述专利对检测环境的适应性弱，在实际运行中，可能受到恶劣天气、灰尘等特殊环境的影响，装置的稳定性和可靠性受到挑战，同时，由于涉及压力检测，对于检测组件的精度和灵敏度有较高的要求。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、受电弓整体作为导电体，对测试系统抗电磁干扰性能以及绝缘隔离性能要求很高，检测系统实际的检测精度受外界环境影响较大，弓网和轨道的几何尺寸检测中，由于安装在电客车上的便携式检测传感器缺少防护外装，受现场不同光线的影响，采集的数据中可能会夹杂部分相似波长的可见光干扰数据，造成采集数据与真实数据的偏离，实际检测精度严重下降。此外，由于车体相对钢轨的晃动，使得安装在车体上的几何参数数据采集设备对接触线拉出值、导高等几何参数的采点可能会发生细微的偏离，影响采集数据的准确性。轨道检测数据的获取主要是通过安装在地铁车辆上的激光摄像组件、轮轴编码器、加速度传感器等测量传感器检测获得。在实际检测过程中，当检测系统的传感器出现故障、设备存在标定误差、外界不良环境的干扰（比如雨雪天气、强光照）、尖轨道岔等特殊的轨道结构及数据传输不良等任何一项出现时，都可能对轨道检测传感器采集的数据造成干扰，进而产生采样点异常值，基于现有技术中存在的上述问题，本发明提出了基于单目图像的弓网在线检测方法、系统及存储介质。

3、为了达到上述目的，本发明基于单目图像的弓网在线检测方法的技术方案包括如下步骤：

4、s1：模拟恶劣天气环境下的测试工况，并进行环境补偿，通过光纤光栅传感技术采集地铁车辆运行状态下受电弓-接触网的工作数据，并进行弓网动态受流质量判断；

5、s2：建立机器学习模型，预测评估受电弓滑板和接触线的磨损面积比；

6、s3：提取通过光纤光栅传感技术采集地铁车辆运行状态下受电弓-接触网的工作数据，并绘制工作数据构成的统计图像；

7、s4：根据步骤s2-s3，计算弓网关系评估系数，对弓网关系进行工作状态识别评价；

8、s5：在线评价弓网关系并实时输出不同的弓网不良关系对应的故障判断。

9、具体地，s1中，环境补偿处理包括：弓网关系检测期时将采用一台3d相机和线激光传感器组件安装在检测车车顶中间位置，通过线激光亮斑在3d相机不同成像位置计算出接触线相对摄像机的高度和横向偏移，结合车体振动补偿模块中两台激光2d传感器，精确测量车体中心与线路中心位置和车体与轨面高度，对接触网几何参数进行动态补偿。

10、具体地，s1中，所述测试工况包括：恶劣天气下，地铁车辆的检测速度为；测试环境的室内温度处于，室外温度处于；测试环境的海拔高度小于等于500m。

11、具体地，s1中，所述通过光纤光栅传感技术采集地铁车辆运行状态下受电弓-接触网的工作数据包括：

12、在受电弓附近安装一台20w的探照灯；

13、通过接触网几何参数测试装置获得正线运行中的地铁车辆的接触网的动态几何参数，包括：接触线拉出值、导高值、定位点间高度差值；

14、通过多个力学传感器采集弓网动态惯性项，获取正线运行中的地铁车辆的受电弓与接触网之间的动态接触压力数据；

15、通过多个加速度传感器测试前滑板和后滑板的纵向、垂向和横向加速度，获得受电弓振动加速度数据；

16、通过1台高精度摄像机分别采集正线运行中的地铁车辆的受电弓滑板高度、受电弓的工作运行状态单目图像；

17、通过1台火弧传感器测试弓网离线火花的燃弧数据；

18、将所有采集得到的信息通过光纤光栅传感技术传输到数据采集盒，并通过一台高性能计算机存储分析采集得到的受电弓-接触网的工作数据。

19、具体地，s1中，所述弓网动态受流质量判断包括：

20、当正线运行中的地铁车辆的受电弓与接触网之间的动态接触压力时，动态接触压力过大，执行检测步骤s2；

21、当正线运行中的地铁车辆的受电弓与接触网之间的动态接触压力时，动态接触压力过小，执行检测步骤s3；

22、其中，为第i个站台测点的接触压力数据；

23、为第i个站台测点的接触压力最大值；

24、为第i个站台测点的接触压力最小值。

25、具体地，s2中，所述机器学习模型包括：输入层、卷积层、采样层、池化层、全连接层和输出层，其中，卷积层包括10个大小为的卷积核。

26、具体地，s2包括如下具体步骤：

27、s21：对通过高精度摄像机采集到的受电弓的工作运行状态单目图像进行去噪预处理，并将处理好的单目图像数据输入机器学习模型中的输入层；

28、s22：通过机器学习模型中的卷积层对单目图像数据进行边缘特征、纹理特征、形状特征的特征提取，利用全连接层将磨损特征整合；

29、s23：基于s22中所提取的特征利用模板匹配的检测算法对弓网区域进行灰度阈值分割处理，按照灰度值梯度将一张单目图像划分为背景区域、中心磨损区域、边缘磨损区域和无损区域；

30、s24：通过图像识别算法判断恶劣天气环境下受电弓的磨损面积比，其中，磨损面积比的计算公式如下：；g为磨损监测点的总个数；为第g个磨损监测点的中心磨损区域面积；为第g个磨损监测点的边缘磨损区域面积；s为单目图像中被划分为无损区域的区域面积。

31、具体地，s3中，所述工作数据构成的统计图像包括：地铁车辆正线开口运行和闭口运行时的燃弧散点图像和前滑板垂向、纵向、横向的加速度时程曲线图像。

32、具体地，s4中，所述弓网关系评估系数的计算策略如下：

33、；

34、其中，为弓网燃弧率；为接触网动态几何参数中符合地铁车辆设计标准范围的项数；为地铁车辆正线开口运行和闭口运行时前滑板垂向、纵向、横向的加速度中符合地铁车辆设计标准范围的项数，其中，。

35、具体地，所述弓网燃弧率的计算包括：

36、当弓网燃弧次数小于等于1次/160m，且弓网一次最大离线时间小于等于100ms时，；

37、当弓网燃弧次数大于1次/160m，且弓网一次最大离线时间小于等于100ms时，；

38、当弓网燃弧次数小于等于1次/160m，且弓网一次最大离线时间大于100ms时，；

39、当弓网燃弧次数大于1次/160m，且弓网一次最大离线时间大于100ms时，。

40、具体地，s5中，所述实时输出不同的弓网不良关系对应的故障判断包括：

41、当时，实时输出的弓网不良关系对应的故障包括：跨中、定位点、中间接头、锚段关节、分段绝缘器、刚柔过渡、加速区段、腕臂低头和漏水严重部位出现动态几何参数超限；

42、当时，实时输出的弓网不良关系对应的故障包括：地铁车辆运行线路的变坡、三角坑产生了硬点；

43、当时，实时输出的弓网不良关系对应的故障包括：受电弓与接触线产生离线，引起电压降，击穿空气，产生电弧；受电弓与接触线被电气隔离，产生电压差，瞬间击穿，产生电弧。

44、另外，本发明基于单目图像的弓网在线检测系统包括如下模块：

45、力模块、加速度模块、数据采集盒、高性能计算机、燃弧模块、测速模块、电流模块、接触网检测模块；

46、所述力模块用于采集存储地铁车辆的接触压力数据；

47、所述加速度模块用于测量受电弓振动加速度；

48、所述燃弧模块用于检测受电弓-接触网的离线火花状态；

49、所述测速模块用于检测地铁车辆检测区间实时运行车速；

50、所述电流模块用于测量地铁车辆运行过程中待测受电弓的电流；

51、所述接触网检测模块用于模拟恶劣天气环境下的测试工况，通过光纤光栅传感技术采集地铁车辆运行状态下受电弓-接触网的工作数据，并进行弓网动态受流质量判断；

52、一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述基于单目图像的弓网在线检测方法。

53、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于单目图像的弓网在线检测方法。

54、与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

55、1、本发明针对于恶劣天气环境导致的弓网关系检测数据的不准确问题，在弓网关系检测期时将采用一台3d相机和线激光传感器组件安装在检测车车顶中间位置，通过线激光亮斑在3d相机不同成像位置计算出接触线相对摄像机的高度和横向偏移，结合车体振动补偿模块中两台激光2d传感器，精确测量车体中心与线路中心位置和车体与轨面高度，对接触网几何参数进行动态补偿，提升了检测数据的准确性。

56、2、本发明为了克服受电弓整体作为导电体，对测试系统抗电磁干扰性能以及绝缘隔离性能要求高的问题，采用光纤光栅传感技术，其具备以下技术特点：

57、（1）抗电磁干扰：电磁辐射频率比光波低，光信号不受电磁干扰影响。

58、（2）电绝缘性能好，安全可靠：光纤本身由电介质构成，无需电源驱动。

59、（3）耐腐蚀，化学性能稳定：光纤的材料——石英具有极高化学稳定性，适宜于较恶劣环境使用。

60、（4）体积小、重量轻，几何形状可塑。

61、（5）传输损耗小：远距离遥控监测。

62、（6）传输容量大：多点分布式测量。

63、（7）测量范围广：可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、电压等。