一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及轨道建设的技术领域，目的是提供一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法及系统，其中，一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法，包括以下步骤，S1：对接触线的底部轮廓进行扫描，获取接触线轮廓图像，执行S2；S2：对获取的接触线轮廓图像进行去噪及平滑处理，执行S3；S3：根据接触线轮廓图像中的接触线轮廓数据判断接触线是否为刚性线，若是S5，执行，若不是，执行S4；S4：在接触线轮廓的两端分别添加多个辅助点，构造曲率突变，执行S5；S5：筛选表征接触线轮廓边缘的特征点，执行S6；S6：计算接触线的磨耗角度。本发明专利技术具有确保牵引供电安全同时节约人力以及时间成本，提高工作效率的优点。

A wear measurement method and system of Metro catenary based on 3D structured light camera

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法及系统
本专利技术涉及轨道建设的
，具体涉及一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法及系统。
技术介绍
接触网作为城市轨道交通供电系统的重要设备之一，其安全和可靠性将直接关系着地铁的运行状态，接触网人员在检修中发现局部区域的接触线，如一些大弯道处，锚段关节处，中间接头处，折返线线岔处，存在磨耗较大，磨耗不均匀，甚至侧磨等异常磨耗现象。接触线异常磨耗将影响弓网的正常匹配关系，降低受电弓取流质量，缩短接触线的使用寿命，甚至对地铁安全运营也存有一定的隐患。因此及时发现接触线异常磨耗，并通过专业技术人员分析查找接触线异常磨耗的原因，根据原因结合现场实际情况，提出切实可行的解决方法就显得尤为重要。接触网是牵引供电系统向电客车提供电能的最直接环节。因此，接触网的状态直接影响这电客车的受流质量，接触网的检测也成为地铁公司最重要的日常检修维护工作之一。目前，在对地铁接触网进行检测是，接触线磨损、导高、拉出值等常规几何参数的测量多采用人工定点使用激光接触网检测仪的方式测量。这种人工定点测量方式，普遍存在测量值不连续，测量效率低、强度大等缺点，并不适用于全线的接触网检测，因此，急需一种快速，连续，全覆盖的接触网磨耗测量系统及方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法及系统，具有使用基于3D结构光的接触网磨耗测量系统代替传统的人工定点检测进行地铁接触网磨耗检测，能够静态连续检测接触网磨耗的变化情况，确保牵引供电安全同时节约人力以及时间成本，提高工作效率的优点。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法，包括以下步骤，S1：对接触线的底部轮廓进行扫描，获取接触线轮廓图像，执行S2；S2：对获取的接触线轮廓图像进行去噪及平滑处理，执行S3；S3：根据接触线轮廓图像中的接触线轮廓数据判断接触线是否为刚性线，若是S5，执行，若不是，执行S4；S4：在接触线轮廓的两端分别添加多个辅助点，构造曲率突变，执行S5；S5：筛选表征接触线轮廓边缘的特征点，执行S6；S6：计算接触线的磨耗角度。优选的，所述S2具体包括以下步骤，S21：建立坐标系，设点集纵坐标系列为z(i)，取阈值s1＝3，执行S22；S22：计算每个z(i)前后共10个点的平均值ave，比较z(i)后5个点z(j)与ave之差大于s1的个数count1，根据count1不同进行分类处理，执行S23；S23：阈值s1是否小于3，若是，执行S24，若否，执行S22；S24：统计每个z(i)前后5个点z(j)在|z(j)-z(i)|<s2＝1的个数count2，根据count2判断是否该点z(i)为离散群集点，每个z(i)前后5个点的前两个点进行线性外插得到离散群集点的z值，执行S25；S25：对可能存在轮廓的地方通过最低点往上扫描得到中心位置，对中心位置的附近区域进行上述操作的反向操作，可进一步削弱离散群集现象，执行S25；S26，对中心附近区域进行局部平滑。优选的，所述S3具体包括以下步骤，S31：判断接触线轮廓图像中的接触线轮廓曲率是否具有突变特征，若是，执行S32，若不是，执行S33；S32：判断该接触线轮廓图像中的接触线为刚性接触线，执行S5；S33：判断该接触线轮廓图像中的接触线为柔性接触线，执行S4。优选的，所述S3具体包括以下步骤，所述S3具体包括以下步骤，S31：扫描柔性的接触线的底部轮廓，获取柔性的接触线轮廓图像，接触线轮廓图像中的接触线轮廓划分为多个数据区间，计算每个数据区间内端点到最低点的水平距离d0，得到柔性线水平距离阈值区间，执行S32；S32：将接触线轮廓图像中的接触线轮廓划分为多个数据区间，计算每个数据区间内端点到最低点的测量水平距离dn，执行S33；S33：判断每个数据区间的测量水平距离dn是否均位于柔性线水平距离阈值区间内，若是，执行S34，若否，执行S35；S34：判断该接触线轮廓图像中的接触线为柔性接触线，执行S4；S35：判断该接触线轮廓图像中的接触线为刚性接触线，执行S5。优选的，所述S4具体包括在柔性的接触线轮廓图像的两个端点处向两边按一定间距各添加16个点，强制构造曲率突变。优选的，所述S5具体包括以下步骤，S51：将接触线轮廓图像中的接触线轮廓划分为多个数据区间，对每个数据区间内的每个轮廓点的z(i)求一阶差分及二阶差分，执行S52；S52：根据轮廓点的z(i)求一阶差分及二阶差分求取该轮廓点的曲率，执行S53；S53：选择每个数据区间内曲率最大的轮廓点z(i)为特征点，执行S54；S54：将多个特征点进行组合，根据接触线轮廓直径范围筛选特征点，执行S55；S55：再根据圆弧上两个边缘点，中点、及中点与边缘点中点的纵坐标特征筛选目标特征点。优选的，所述S6具体包括以下步骤，S61：计算接触线轮廓图像的两端轮廓边缘点的z值，以z值较小的轮廓边缘点为基准点idx1建立基准线，该基准线与z轴方向垂直，与y轴方向平行，确定基准线与接触线轮廓的交点idx2；S62：根据基准点idx1及交点idx2计算轮廓中心点mididx，执行S63；S63：将轮廓中心点mididx的左右一定距离内的接触线轮廓点拟合成一条磨耗角度直线，计算该磨耗角度直线的倾斜角，得到磨耗角度。一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量系统，包括图像采集单元，包括多个3D结构光相机，多个所述3D结构光相机均位于同一个水平标定平面并沿接触线的长度方向排布，用于扫描接触线的底部，获取接触线轮廓图像；图像预处理单元，用于对获取的接触线轮廓图像进行去噪及平滑处理，还用于根据接触线轮廓图像中的接触线轮廓数据判断接触线是否为刚性线，并在判断接触线为柔性接触线时在接触线轮廓的两端分别添加多个辅助点，构造曲率突变；几何参数计算单元，用于筛选表征接触线轮廓边缘的特征点，并计算接触线的磨耗角度。优选的，所述图像预处理单元使用如下方法对获取的接触线轮廓图像进行去噪及平滑处理，S21：建立坐标系，设点集纵坐标系列为z(i)，取阈值s1＝3，执行S22；S22：计算每个z(i)前后共10个点的平均值ave，比较z(i)后5个点z(j)与ave之差大于s1的个数count1，根据count1不同进行分类处理，执行S23；S23：阈值s1是否小于3，若是，执行S24，若否，执行S22；S24：统计每个z(i)前后5个点z(j)在|z(j)-z(i)|<s2＝1的个数count2，根据count2判断是否该点z(i)为离散群集点，每个z(i)前后5个点的前两个点进行线性外插得到离散群集点的z值，执行S25；S25：对可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法，其特征在于，包括以下步骤，/nS1：对接触线的底部轮廓进行扫描，获取接触线轮廓图像，执行S2；/nS2：对获取的接触线轮廓图像进行去噪及平滑处理，执行S3；/nS3：根据接触线轮廓图像中的接触线轮廓数据判断接触线是否为刚性线，若是S5，执行，若不是，执行S4；/nS4：在接触线轮廓的两端分别添加多个辅助点，构造曲率突变，执行S5；/nS5：筛选表征接触线轮廓边缘的特征点，执行S6；/nS6：计算接触线的磨耗角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：对接触线的底部轮廓进行扫描，获取接触线轮廓图像，执行S2；
S2：对获取的接触线轮廓图像进行去噪及平滑处理，执行S3；
S3：根据接触线轮廓图像中的接触线轮廓数据判断接触线是否为刚性线，若是S5，执行，若不是，执行S4；
S4：在接触线轮廓的两端分别添加多个辅助点，构造曲率突变，执行S5；
S5：筛选表征接触线轮廓边缘的特征点，执行S6；
S6：计算接触线的磨耗角度。


2.根据权利要求1所述的一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤，
S21：建立坐标系，设点集纵坐标系列为z(i)，取阈值s1＝3，执行S22；
S22：计算每个z(i)前后共10个点的平均值ave，比较z(i)后5个点z(j)与ave之差大于s1的个数count1，根据count1不同进行分类处理，执行S23；
S23：阈值s1是否小于3，若是，执行S24，若否，执行S22；
S24：统计每个z(i)前后5个点z(j)在|z(j)-z(i)|<s2＝1的个数count2，根据count2判断是否该点z(i)为离散群集点，每个z(i)前后5个点的前两个点进行线性外插得到离散群集点的z值，执行S25；
S25：对可能存在轮廓的地方通过最低点往上扫描得到中心位置，对中心位置的附近区域进行上述操作的反向操作，可进一步削弱离散群集现象，执行S25；
S26，对中心附近区域进行局部平滑。


3.根据权利要求2所述的一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法，其特征在于，所述S3具体包括以下步骤，
S31：判断接触线轮廓图像中的接触线轮廓曲率是否具有突变特征，若是，执行S32，若不是，执行S33；
S32：判断该接触线轮廓图像中的接触线为刚性接触线，执行S5；
S33：判断该接触线轮廓图像中的接触线为柔性接触线，执行S4。


4.根据权利要求2所述的一种基于3D结构光相机的地铁接触网磨耗测量方法，其特征在于，所述S3具体包括以下步骤，
S31：扫描柔性的接触线的底部轮廓，获取柔性的接触线轮廓图像，接触线轮廓图像中的接触线轮廓划分为多个数据区间，计算每个数据区间内端点到最低点的水平距离d0，得到柔性线水平距离阈值区间，执行S32；
S32：将接触线轮廓图像中的接触线轮廓划分为多个数据区间，计算每个数据区间内端点到最低点的测量水平距离dn，执行S33；
S33：判断每个数据区间的测量水平距离dn是否均位于柔性线水平距离阈值区间内，若是，执行S34，若否，执行S35；
S34：判断该接触线轮廓图像中的接触线为柔性接触线，执行S4；
S35：判断该接触线轮廓图像中...

【专利技术属性】
技术研发人员：范国海，吕太洪，胡文锐，魏筱毛，武莹，薛晓利，
申请(专利权)人：成都国铁电气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51