一種高鐵接觸網(wǎng)接幾何參數(shù)檢測(cè)非接觸式補(bǔ)償及卡爾曼濾波修正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高鐵接觸網(wǎng)接幾何參數(shù)檢測(cè)非接觸式補(bǔ)償及卡爾曼濾波修正方法。主要包括以下步驟：首先通過(guò)輪對(duì)上的編碼器，等間距觸發(fā)攝像機(jī)采集視頻圖像；利用預(yù)測(cè)策略，預(yù)測(cè)目標(biāo)光斑在圖像中出現(xiàn)的區(qū)域；利用質(zhì)心法和圖像形態(tài)學(xué)方法定位目標(biāo)光斑在圖像中的位置；通過(guò)角度傳感器檢測(cè)側(cè)滾振動(dòng)的角度，利用坐標(biāo)變換對(duì)振動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償；借助光斑在“圖像坐標(biāo)系”位置到最后“世界坐標(biāo)系”位置的映射變換，求出導(dǎo)高和拉出值；最后利用卡爾曼濾波方程對(duì)檢測(cè)值進(jìn)行修正。本發(fā)明有效地克服了系統(tǒng)檢測(cè)精度低，實(shí)時(shí)處理性能差等問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的處理效率，較好地解決了高速接觸網(wǎng)在線檢測(cè)對(duì)實(shí)時(shí)性和精度性的要求。
【專利說(shuō)明】一種高鐵接觸網(wǎng)接幾何參數(shù)檢測(cè)非接觸式補(bǔ)償及卡爾曼濾波修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速鉄路接觸網(wǎng)在線檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，高精度故障檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高速電氣化列車的發(fā)展，鉄路運(yùn)輸?shù)陌踩宰兊迷絹?lái)越重要。接觸網(wǎng)是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，接觸線與受電弓之間的良好接觸是保證電カ機(jī)車取流質(zhì)量的關(guān)鍵；而接觸網(wǎng)作為一個(gè)無(wú)備用的設(shè)備，一旦發(fā)生事故，將會(huì)造成運(yùn)營(yíng)中斷甚至是重大的安全事故。因此，為了滿足高速鉄路的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展，提高牽引供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，接觸網(wǎng)在線檢測(cè)技術(shù)的不斷研究顯得尤為重要。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外對(duì)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)的方法主要有:基于測(cè)量器具的直接測(cè)量法、基于角位移傳感器的檢測(cè)法、基于電子接近器的檢測(cè)法、激光掃描法、采用CCD(或CMOS)攝像機(jī)的圖像檢測(cè)法、超聲波測(cè)距法等。這些方法都在取得了一定的效果，但同時(shí)存在著諸多不足。如利用人工進(jìn)行接觸式檢測(cè)，可以達(dá)到一定的測(cè)量精度，但是測(cè)量過(guò)程繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，檢測(cè)效率很低；測(cè)量工具需要很高的絕緣性，安全性能低；對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)素質(zhì)要求比較高，應(yīng)用的局限性很大。相較而言，采用CCD (或CMOS)攝像機(jī)的圖像檢測(cè)法雖然精度還無(wú)法媲美人エ檢測(cè)，但是其幾乎彌補(bǔ)了后者所有的缺陷，因此非接觸式測(cè)量方法是目前接觸線幾何參數(shù)檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。該方法是非接觸式測(cè)量，不會(huì)引起接觸線的升高和振動(dòng)，比較接近接觸網(wǎng)靜態(tài)狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。隨著檢測(cè)系統(tǒng)補(bǔ)償機(jī)制的不斷完善，修正測(cè)量方法的不斷提出，系統(tǒng)的檢測(cè)精度逐漸提高，人工檢測(cè)將逐漸被取代，逐步實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)。高速鉄路的接觸線懸掛在標(biāo)準(zhǔn)架設(shè)下滿足一定的曲線方程。但由于車體的沉浮振動(dòng)、側(cè)滾振動(dòng)、機(jī)械構(gòu)造連接不夠緊密以及傳感器自身檢測(cè)精度不高等因素導(dǎo)致檢測(cè)裝置很難獲得較為精準(zhǔn)的懸掛曲線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高鐵接觸網(wǎng)接幾何參數(shù)檢測(cè)的非接觸式補(bǔ)償及卡爾曼濾波修正方法。該方法簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜性，保證了系統(tǒng)處理的實(shí)時(shí)性及幾何參數(shù)檢測(cè)的精確性。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的手段實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種高鐵接觸網(wǎng)接幾何參數(shù)檢測(cè)非接觸式補(bǔ)償及卡爾曼濾波修正方法，在接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)中通過(guò)輪對(duì)上的編碼器，等間距觸發(fā)攝像機(jī)采集視頻圖像，并將ー個(gè)角度傳感器安裝在檢測(cè)車底座上，通過(guò)傳感器測(cè)量出側(cè)滾振動(dòng)的傾角；利用預(yù)測(cè)策略，預(yù)測(cè)目標(biāo)光斑在圖像中出現(xiàn)的區(qū)域；利用質(zhì)心法和圖像形態(tài)學(xué)方法定位目標(biāo)光斑在圖像中的位置；通過(guò)角度傳感器檢測(cè)側(cè)滾振動(dòng)的角度，利用坐標(biāo)變換對(duì)振動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償；借助光斑在“圖像坐標(biāo)系”位置到最后“世界坐標(biāo)系”位置的映射變換，求出導(dǎo)高和拉出值；最后利用卡爾曼濾波方程對(duì)檢測(cè)值進(jìn)行修正，其具體工作步驟包含:
[0007]A、通過(guò)架設(shè)于檢測(cè)車上方的激光器，發(fā)射線激光打在接觸線上呈現(xiàn)亮斑，利用CXD攝像機(jī)采集裝置，實(shí)時(shí)采集接觸線高清圖像；
[0008]B、對(duì)采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其中激光打在接觸線位置的檢測(cè)和定位:
[0009]a、根據(jù)接觸線在空間分布，采用“之”字形架設(shè)滿足線性變化的特征，對(duì)其建立線性方程實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)光斑在圖像中可能出現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0010]b、對(duì)目標(biāo)預(yù)測(cè)區(qū)域采用圖像形態(tài)學(xué)及質(zhì)心法進(jìn)行圖像預(yù)處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)光斑在圖像平面坐標(biāo)系的定位；
[0011]C、通過(guò)角度傳感器測(cè)量出的側(cè)滾振動(dòng)的傾角，借助坐標(biāo)變換公式對(duì)目標(biāo)光斑作坐標(biāo)變換，求出在世界坐標(biāo)系下的圖像位置坐標(biāo)；定位出接觸線在該處的導(dǎo)線高度和拉出值；
[0012]D、利用卡爾曼濾波方法修正接觸線導(dǎo)高幾何參數(shù)
[0013]其模型參數(shù)修正方程:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種高鐵接觸網(wǎng)接幾何參數(shù)檢測(cè)非接觸式補(bǔ)償及卡爾曼濾波修正方法，在接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)中通過(guò)輪對(duì)上的編碼器，等間距觸發(fā)攝像機(jī)采集視頻圖像，并將ー個(gè)角度傳感器安裝在檢測(cè)車底座上，通過(guò)傳感器測(cè)量出側(cè)滾振動(dòng)的傾角；利用預(yù)測(cè)策略，預(yù)測(cè)目標(biāo)光斑在圖像中出現(xiàn)的區(qū)域；利用質(zhì)心法和圖像形態(tài)學(xué)方法定位目標(biāo)光斑在圖像中的位置；通過(guò)角度傳感器檢測(cè)側(cè)滾振動(dòng)的角度，利用坐標(biāo)變換對(duì)振動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償；借助光斑在“圖像坐標(biāo)系”位置到最后“世界坐標(biāo)系”位置的映射變換，求出導(dǎo)高和拉出值；最后利用卡爾曼濾波方程對(duì)檢測(cè)值進(jìn)行修正，其具體工作步驟包含: A、通過(guò)架設(shè)于檢測(cè)車上方的激光器，發(fā)射線激光打在接觸線上呈現(xiàn)亮斑，利用CCD攝像機(jī)采集裝置，實(shí)時(shí)采集接觸線高清圖像； B、對(duì)采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其中激光打在接觸線位置的檢測(cè)和定位: a、根據(jù)接觸線在空間分布，采用“之”字形架設(shè)滿足線性變化的特征，對(duì)其建立線性方程實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)光斑在圖像中可能出現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)； b、對(duì)目標(biāo)預(yù)測(cè)區(qū)域采用圖像形態(tài)學(xué)及質(zhì)心法進(jìn)行圖像預(yù)處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)光斑在圖像平面坐標(biāo)系的定位； C、通過(guò)角度傳感器測(cè)量出的側(cè)滾振動(dòng)的傾角，借助坐標(biāo)變換公式對(duì)目標(biāo)光斑作坐標(biāo)變換，求出在世界坐標(biāo)系下的圖像位置坐標(biāo)；定位出接觸線在該處的導(dǎo)線高度和拉出值； D、利用卡爾曼濾波方法修正接觸線導(dǎo)高幾何參數(shù) 其模型參數(shù)修正方程:
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK103557788SQ201310482227
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】劉志剛, 劉文強(qiáng), 耿肖, 張桂南 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)