本發(fā)明涉及受電弓檢測(cè)，特別是涉及一種受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

1、受電弓是鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛的重要部件，它與接觸網(wǎng)之間的接觸壓力和磨耗情況直接影響機(jī)車(chē)的運(yùn)行安全和能耗。其中，受電弓的升降弓時(shí)間特性對(duì)保障列車(chē)安全運(yùn)行具有重要意義。

2、日常列車(chē)維護(hù)檢修作業(yè)當(dāng)中，?需要對(duì)列車(chē)受電弓狀態(tài)進(jìn)行例行檢查，其中包括受電弓的升弓時(shí)間、升弓高度以及降弓時(shí)間這三項(xiàng)內(nèi)容的測(cè)量。目前，對(duì)受電弓的升降弓時(shí)間測(cè)試主要是人工操作，或者通過(guò)安裝在車(chē)頂?shù)膫鞲衅鳒y(cè)量，這些方式主要存在以下不足：

3、（1）檢測(cè)結(jié)果依賴(lài)于人工讀數(shù)和記錄，易受主觀因素的影響，不易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析；

4、（2）需要人工爬到車(chē)頂進(jìn)行傳感器的安裝，測(cè)量完成后，為了不影響列車(chē)的正常運(yùn)行，還需要進(jìn)行拆卸，工作步驟繁瑣。

5、因此，急需一種能夠快速、準(zhǔn)確、方便地檢測(cè)受電弓升降弓時(shí)間的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述要解決的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，能夠在不損失弓頭識(shí)別精度的情況下檢測(cè)速度更快。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，包括如下步驟：

4、步驟s1，選取不同受電弓位置的圖片數(shù)據(jù)集進(jìn)行擴(kuò)充，并對(duì)受電弓弓頭進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)注后進(jìn)行訓(xùn)練；

5、步驟s2，將訓(xùn)練后的圖像數(shù)據(jù)輸入yolov8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將輸入圖像轉(zhuǎn)換為特征圖，并進(jìn)行劃分網(wǎng)格，在每個(gè)網(wǎng)格中預(yù)測(cè)受電弓弓頭的邊界框位置和大小，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果生成目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果；

6、步驟s3，基于連續(xù)幀間差分法結(jié)合光流法，幀間差分法檢測(cè)圖像中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域獲得初步的運(yùn)動(dòng)掩碼，光流法在yolov8檢測(cè)到的目標(biāo)區(qū)域和幀間差分法檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)計(jì)算光流，獲取運(yùn)動(dòng)矢量。

7、作為上述技術(shù)方案地進(jìn)一步改進(jìn)為：

8、優(yōu)選地，所述步驟s1中，所述對(duì)受電弓弓頭進(jìn)行標(biāo)記是對(duì)圖片中的受電弓弓頭顯著特征處進(jìn)行標(biāo)注，所述顯著特征處為單個(gè)碳滑板或弓頭中間圓桿。

9、優(yōu)選地，所述步驟s2中，對(duì)yolov8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了如下改進(jìn)：

10、在主干網(wǎng)絡(luò)中加入sppf模塊，通過(guò)最大池化操作在不同尺度上提取特征；

11、添加cbam模塊，cbam模塊分為通道注意力和空間注意力兩部分，通道注意力通過(guò)全局池化操作獲取每個(gè)通道的全局特征，計(jì)算權(quán)重并作用于每個(gè)通道上，空間注意力通過(guò)通道壓縮后，為每個(gè)空間位置計(jì)算重要性；

12、使用coordconv增加顯式的坐標(biāo)信息。

13、優(yōu)選地，所述步驟s2中，所述在每個(gè)網(wǎng)格中預(yù)測(cè)受電弓弓頭的邊界框位置和大小，具體為：

14、輸入圖像首先被劃分為固定數(shù)量的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格預(yù)測(cè)多個(gè)錨點(diǎn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)物體，每個(gè)錨點(diǎn)預(yù)測(cè)一個(gè)目標(biāo)的邊界框以及類(lèi)別置信度；

15、設(shè)輸入圖像的大小為?w×h，特征圖大小為?s×s，則每個(gè)網(wǎng)格單元的大小為：

16、；

17、yolo的輸出是以每個(gè)預(yù)測(cè)網(wǎng)格為單位的邊界框參數(shù)，實(shí)際的中心坐標(biāo)和計(jì)算公式為：

18、；

19、其中，預(yù)測(cè)出的坐標(biāo)和是邊界框中心相對(duì)于網(wǎng)格左上角的偏移，是sigmoid函數(shù)，用于將偏移量限制在0到1之間，和是網(wǎng)格的左上角坐標(biāo)；

20、實(shí)際的邊界框?qū)挾群透叨扔?jì)算公式為：

21、；

22、其中，預(yù)測(cè)出的寬度和高度是預(yù)定義的錨點(diǎn)的比例，和是錨點(diǎn)的寬度和高度，表示寬度的縮放比例，若＞0，則＞1，表示對(duì)寬度進(jìn)行放大，反之對(duì)寬度進(jìn)行縮小，表示高度的縮放比例，若＞0，則＞1，表示對(duì)高度進(jìn)行放大，反之對(duì)高度進(jìn)行縮小。

23、優(yōu)選地，所述步驟s3中，具體包括以下步驟：

24、s3-1，連續(xù)兩幀圖像差分公式：

25、；

26、其中，輸出值為1時(shí)，表示該點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)；表示第幀圖像，-1表示第-1幀圖像；、表示相鄰兩幀灰度圖像；

27、s3-2，在運(yùn)動(dòng)掩碼指定的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)用光流法計(jì)算光流矢量，光流法通過(guò)分析受電弓弓頭圖像中的像素移動(dòng)計(jì)算每個(gè)像素的運(yùn)動(dòng)矢量；

28、基于亮度恒常性假設(shè)：

29、

30、其中，表示時(shí)刻像素處的亮度值，和表示時(shí)間內(nèi)的像素移動(dòng)量；

31、泰勒展開(kāi)得到光流約束方程：

32、；

33、其中，和分別是水平光流和垂直光流，分別是圖像亮度在方向和時(shí)間的梯度；

34、全局光流通過(guò)引入平滑項(xiàng)計(jì)算光流場(chǎng)；能量函數(shù)包含灰度變化因子和平滑因子：

35、；

36、光流法計(jì)算光流分量，得到光流矢量模值，模值大于設(shè)定門(mén)限值，說(shuō)明弓頭開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。

37、本發(fā)明提供的受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：

38、本發(fā)明的受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，相比較于傳統(tǒng)的目標(biāo)檢測(cè)算法，能夠在不損失弓頭識(shí)別精度的情況下檢測(cè)速度更快。本發(fā)明的測(cè)試方法通過(guò)yolov8檢測(cè)識(shí)別受電弓弓頭，并進(jìn)行數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練，再通過(guò)幀間差分法檢測(cè)圖像中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域獲得初步的運(yùn)動(dòng)掩碼，采用光流法在運(yùn)動(dòng)掩碼內(nèi)計(jì)算光流，獲取運(yùn)動(dòng)矢量，從而識(shí)別弓頭是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)，以及運(yùn)動(dòng)方向，判斷是升弓還是降弓，以及是否開(kāi)始或者結(jié)束。

技術(shù)特征：

1.一種受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述對(duì)受電弓弓頭進(jìn)行標(biāo)記是對(duì)圖片中的受電弓弓頭顯著特征處進(jìn)行標(biāo)注，所述顯著特征處為單個(gè)碳滑板或弓頭中間圓桿。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟s2中，對(duì)yolov8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了如下改進(jìn)：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述在每個(gè)網(wǎng)格中預(yù)測(cè)受電弓弓頭的邊界框位置和大小，具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟s3中，具體包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，涉及受電弓檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟：步驟S1，選取不同受電弓位置的圖片數(shù)據(jù)集進(jìn)行擴(kuò)充，并對(duì)受電弓弓頭進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)注后進(jìn)行訓(xùn)練；步驟S2，將訓(xùn)練后的圖像數(shù)據(jù)輸入YOLOv8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將輸入圖像轉(zhuǎn)換為特征圖，并進(jìn)行劃分網(wǎng)格，在每個(gè)網(wǎng)格中預(yù)測(cè)受電弓弓頭的邊界框位置和大小，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果生成目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果；步驟S3，基于連續(xù)幀間差分法結(jié)合光流法，幀間差分法檢測(cè)圖像中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域獲得初步的運(yùn)動(dòng)掩碼，光流法在YOLOv8檢測(cè)到的目標(biāo)區(qū)域和幀間差分法檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)計(jì)算光流，獲取運(yùn)動(dòng)矢量。本發(fā)明的受電弓升降弓時(shí)間測(cè)試方法，能夠在不損失弓頭識(shí)別精度的情況下檢測(cè)速度更快。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡曉雯,呂建才,陳洋卓,徐玲林,龍榮亮,蔣偉杰,唐潤(rùn)磊,鄒國(guó)富,彭江,何長(zhǎng)琳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湘潭大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19