專利名稱：基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線智能監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機車受電弓是電力機車從接觸網(wǎng)上受取電流的裝置，其滑板條與接觸網(wǎng)導(dǎo)線直接接觸，從接觸網(wǎng)導(dǎo)線上受取電流，供機車使用。受電弓的好壞，直接關(guān)系到電氣化鐵路的安全、可靠運行，其故障甚至可能造成運輸中斷，那么對機車受電弓的檢測就顯得格外的重 要。傳統(tǒng)的檢測方法是人工檢測，也即待機車進站停車，降下受電弓并斷電后，工作人員登上車頂，用測量工具對受電弓的各種參數(shù)進行檢測，通過對受電弓參數(shù)的分析，判斷運行區(qū)段接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)以及受電弓是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求。這種人工檢測方法仍是當(dāng)前比較常用的手段之一，但此方法效率低、工作量大、不能檢測運行中的受電弓。目前，車載式的受電弓監(jiān)測裝置都是安裝在所在機車上，僅限于監(jiān)測本機車受電弓的情況，由于機車數(shù)量眾多，廣泛推廣應(yīng)用定會大大增加成本；而遠(yuǎn)程無線的定點監(jiān)測系統(tǒng)是通過把受電弓的情況進行拍照和錄像，然后把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸回來，相關(guān)的技術(shù)人員通過觀測圖片和錄像對受電弓的情況進行判斷，為人員經(jīng)驗判斷，容易出現(xiàn)誤判。如果能夠?qū)κ茈姽M行準(zhǔn)確的監(jiān)測，將會極大程度地減少受電弓故障發(fā)生的概率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對所有過往機車受電弓的檢測，實現(xiàn)對故障的有效準(zhǔn)確監(jiān)測。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括電源單元、觸發(fā)單元、拍攝單元、補光單元、中心處理單元、故障報警單元、無線通信單元、圖像儲存單元和信息展示單元。其中，電源單元、觸發(fā)單元、拍攝單元、補光單元、中心處理單元、無線通信單元都屬于前端設(shè)備，安裝在接觸網(wǎng)設(shè)定的監(jiān)測點上，圖像存儲單元和信息展示單元屬于監(jiān)控中心設(shè)備。所述的觸發(fā)單元在檢測到機車和機車受電弓到達(dá)最佳觸發(fā)拍攝點時，觸發(fā)拍攝單元和補光單元同時工作，拍攝單元拍攝受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像，同時補光單元為拍攝單元提供光照補償；拍攝單元拍攝到的受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像傳輸?shù)街行奶幚韱卧?，進行處理和計算，如果計算結(jié)果表明受電弓狀態(tài)正常，則儲存該受電弓圖片，如果計算結(jié)果表明受電弓出現(xiàn)故障，則向故障報警單元發(fā)出報警命令，同時把出現(xiàn)故障的受電弓圖像和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像通過無線通信單元遠(yuǎn)程傳回監(jiān)控中心的圖像儲存單元，出現(xiàn)故障的受電弓圖像、對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像和故障信息最終在信息展示單元得以展示。所述的電源單元同時為拍攝單元、觸發(fā)單元、補光單元和中心處理單元供電。本發(fā)明還提供一種基于上述系統(tǒng)的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測方法，包括以下步驟
(一 )確定最佳觸發(fā)拍攝點，包括以下步驟(I)計算出拍攝單元的成像在垂直方向的尺寸n = mXcXb/d，其中，成像物的垂直尺寸為m，預(yù)定成像視場的垂直尺寸為d，d大于m，拍攝單元傳感器的一個像素點的工藝尺寸為b，拍攝單元在垂直方向上傳感器的個數(shù)為c ；(2)根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律
權(quán)利要求
1.一種基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括源單元、觸發(fā)單元、拍攝單元、補光單元、中心處理單元、故障報警單元、無線通信單元、圖像儲存單元和信息展示單元，其特征在于所述的觸發(fā)單元在檢測到機車和機車受電弓到達(dá)最佳觸發(fā)拍攝點時，觸發(fā)拍攝單元和補光單元同時工作，拍攝單元拍攝受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像，同時補光單元為拍攝單元提供光照補償；拍攝單元拍攝到的受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像傳輸?shù)街行奶幚韱卧?，進行處理和計算，如果計算結(jié)果表明受電弓狀態(tài)正常，則儲存該受電弓圖片，如果計算結(jié)果表明受電弓出現(xiàn)故障，則向故障報警單元發(fā)出報警命令，同時把出現(xiàn)故障的受電弓圖像和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像通過無線通信單元遠(yuǎn)程傳回監(jiān)控中心的圖像儲存單元，出現(xiàn)故障的受電弓圖像、對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像和故障信息最終在信息展示單元得以展示；所述的電源單元同時為拍攝單元、觸發(fā)單元、補光單元和中心處理單元供電。
2.一種利用權(quán)利要求I所述裝置的基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測方法，其特征在于包括下述步驟 (一)確定最佳觸發(fā)拍攝點，包括以下步驟 (1)計算出拍攝單元的成像在垂直方向的尺寸n= mXcXb/d,其中，成像物的垂直尺寸為m，預(yù)定成像視場的垂直尺寸為d，d大于m，拍攝單元傳感器的一個像素點的工藝尺寸為b，拍攝單元在垂直方向上傳感器的個數(shù)為c ； (2)根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律2= 2和^ =丄+丄，計算出拍攝單元成像的物距U V Jvu為V ; (3)觸發(fā)單元第一次觸發(fā)工作時，測得機車與觸發(fā)單元的距離LI，觸發(fā)單元第二次觸發(fā)工作時，測得機車與觸發(fā)單元的距離L2，兩次觸發(fā)的時間間隔為AT，則該機車行駛的平均速度為V= (4)拍攝單元的觸發(fā)響應(yīng)延時時間為tl，觸發(fā)單元的響應(yīng)延時為t2，機車在(tl+t2)的觸發(fā)延時時間內(nèi)行駛的距離S= V{t\ +12) =+12)； (5)觸發(fā)單元的最佳觸發(fā)拍攝點是機車到觸發(fā)單元的距離為。 Ll-L2^I d ^lS+M = ^_('1 + '2) + /U+7； (二)拍攝單元拍攝受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像，同時補光單元為拍攝單元提供光照補償； (三)拍攝單元拍攝到的受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像傳輸?shù)街行奶幚韱卧?，進行處理和計算，包括以下步驟 (a)把正常狀態(tài)的受電弓圖像作為標(biāo)準(zhǔn)受電弓照片AO； (b)預(yù)存機車標(biāo)識圖像，把機車標(biāo)識牌各漢字、字母的圖像建立圖像信息庫BO； (c)對系統(tǒng)工作時實時輸入的受電弓圖像Al和機車標(biāo)識圖像BI進行灰度拉伸、中值濾波和直方圖均衡化處理；(d)運用Harris算法對標(biāo)準(zhǔn)受電弓照片A0、受電弓圖像Al、圖像信息庫BO和機車標(biāo)識圖像BI進行特征點提取，提取的特征點集合分別是{ a 0}、{ a 1}、{ P 0}、{ P 1}; (e)對{a 0}和{ a 1}運用SIFT算法計算單應(yīng)矩陣H1，對0}和{ 運用SIFT算法計算單應(yīng)矩陣H2 ； (f)把受電弓圖像Al矩陣左乘Hl的逆矩陣得到圖像A2，使受電弓圖像Al和標(biāo)準(zhǔn)受電弓照片AO實現(xiàn)圖像配準(zhǔn)；把機車標(biāo)識圖像BI矩陣左乘H2的逆矩陣得到圖像B2，使機車標(biāo)識圖像BI和圖像信息庫BO實現(xiàn)圖像配準(zhǔn)； (g)對圖像A2、受電弓圖像Al和圖像B2分別進行加權(quán)求和的灰度化處理、自適應(yīng)閥值法的二值化、高通濾波的梯度銳化處理最終得到圖像A3、A4和圖像B3 ； (h)對圖像A3、A4和圖像B3進行區(qū)域分割處理，在經(jīng)過圖像歸一化處理后，提取受電弓和機車標(biāo)識牌特征，得到受電弓圖像A5、A6和機車標(biāo)識牌圖像B4 ； (i)對受電弓圖像A5、A6和機車標(biāo)識牌圖像B4進行形態(tài)學(xué)閉運算后，進行進行Hough變換整體處理得到圖像A7、A8和圖像B5，圖像AS儲存在中心處理單元14用于下次圖像運算處理； (j)統(tǒng)計圖像AS灰度值為I的像素點的數(shù)目為m個，把圖像AS矩陣與圖像A7矩陣進行減法運算，統(tǒng)計相減后圖像的灰度值為I的像素點的數(shù)目為n ;如果n/m的值大于設(shè)定的閥值則表示受電弓結(jié)構(gòu)缺失，屬于受電弓故障； (k)提取圖像A7的直線邊緣，找到最長的兩條邊緣直線，統(tǒng)計兩條邊緣尺寸之間的像素點數(shù)目為a，假定拍攝單元傳感器的一個像素點的工藝尺寸為b，受電弓滑板條的原始厚度為C，則受電弓滑板條的磨損耗為c-aXb ； (I)從圖像B5中提取車牌字符特征，在已有的字符特征庫中輸入已有的字符特征，進行特征字符的匹配，最終識別出字符結(jié)果； (四)如果計算結(jié)果表明受電弓狀態(tài)正常，則儲存該受電弓圖片，如果計算結(jié)果表明受電弓出現(xiàn)故障，則進入下一步； (五)發(fā)出報警命令，同時把出現(xiàn)故障的受電弓圖像和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像遠(yuǎn)程傳回監(jiān)控中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測方法，其特征在于所述的步驟(j)設(shè)定的閥值為5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)及其方法，觸發(fā)單元在檢測到機車和機車受電弓到達(dá)最佳觸發(fā)拍攝點時，觸發(fā)拍攝單元和補光單元同時工作，拍攝到的受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像傳輸?shù)街行奶幚韱卧?，進行處理和計算，如果受電弓狀態(tài)正常，則儲存該受電弓圖片，如果受電弓出現(xiàn)故障，則向故障報警單元發(fā)出報警命令，同時把受電弓圖像和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像通過無線通信單元遠(yuǎn)程傳回監(jiān)控中心的圖像儲存單元，最終在信息展示單元得以展示。本發(fā)明可以及時、準(zhǔn)確發(fā)出故障報警，大幅度的減小的無線傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)量，解決了當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬不足、實時性差的問題，進一步縮短了故障處理的時間。
文檔編號G01R31/00GK102662114SQ20121013354
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者吳禹希, 喻會永, 李濤, 汪焰恩, 童翔 申請人:西北工業(yè)大學(xué)