一种用于远距离线缆位置参数的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于远距离线缆位置参数的测量方法，在车体或装置两侧分别安装有相机，两个相机的连线与线缆垂直，两个相机的距离固定，相机镜头轴线与线缆所在水平面形成一夹角，在两个相机连线中间的车体上安装有一字线激光，两个相机镜头和一字线激光安装在同一个竖直平面上；包括以下步骤：S1、控制一字线激光发射激光照射线缆；S2、控制左右两个相机同时拍摄线缆的图像画面；S3、对图像进行预处理，去除噪点；S4、对步骤S3中经过预处理的图像进行图像识别，获取线缆光斑位置；S5、将光斑坐标代入公式，计算出需要测量的数据。本发明专利技术高效、准确、安全，能大大减少人力成本。能大大减少人力成本。能大大减少人力成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于远距离线缆位置参数的测量方法


[0001]本专利技术属于物体距离测量领域，具体涉及一种用于远距离线缆位置参数的测量方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国输电线路、铁路接触网增长迅速。大量输电线路、铁路接触网设施相继进入养护期，线路安全和监测面临压力逐渐增大。目前，线路巡检主要以人工静态检查为主，少量动态检测车为辅的形式完成，即“人工+轨道车”的集合模式。传统人工巡检方式存在劳动强度大、工作效率低、检测数据分散，精度不足、占用线路时间长、特别是必须预留“天窗期”等缺点。
[0003]目前，应用较多的高度与横向位移的测量方法有以下几种：
[0004]方法一：利用角位移传感器和压力传感器进行接触式测量。应用电应变原理,将角度变化和压力变化线性地转换为与之相对应的电气量。将角位移传感器安装于接触式测量装置的主轴上,或与主轴相连的四连杆上,随着主轴的转动,即可直接获得角度测量信号，根据角度的变化计算导高的变化。将压力传感器装在受电弓上，根据受电弓的压力分布计算拉出值。
[0005]方法二：激光相位式非接触测量。用无线电波段的频率对激光束进行幅度调制,并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟,再根据调制光的波长,换算此相位延迟所代表的距离。利用测得的距离值和激光测距仪的旋转角度计算导高和拉出值。
[0006]上述方法存在以下的缺点和不足：
[0007]方法一中接触式测量装置及传感器机械部分的转动和同步响应速度慢,使得测量精度低,误差大,同时传感器的机械转动容易损坏受电弓。/>[0008]方法二的装置需要人工参与,且测量时需要将装置固定在铁轨上，且对准方式多为机械式对准，测量效率低,施工周期长,耗费人力多，不便于多点测量。
[0009]而随着“机器人”潮流的到来，在铁路交通领域的应用愈发广泛，巡检机器人逐渐出现在铁路运维中，并逐渐成长为运维主力，它们高效、准确、安全，这将大大减少人力成本，提高巡检质量，实现智能化巡检。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种高效、准确、安全，能大大减少人力成本，用于线缆型位参数测量方法。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用以下方案：一种用于远距离线缆位置参数的测量方法，其特征在于：在车体两侧分别安装有相机，两个所述相机的连线与轨道垂直，两个所述相机的距离固定，所述相机镜头轴线与轨道平面形成一夹角，在两个所述相机连线中间的车体上安装有一字线激光，两个相机镜和一字线激光安装在同一个平面上；所述线缆型位参数测量方法至少包括以下步骤：
[0012]S1、控制一字线激光发射激光照射线缆；
[0013]S2、控制左右两个相机同时拍摄线缆的图像画面；
[0014]S3、对图像进行预处理，去除噪点；
[0015]S4、对步骤S3中经过预处理的图像进行图像识别，获取线缆光斑位置；
[0016]S5、将光斑坐标带入公式，计算出需要测量的数据。
[0017]作为本专利技术用于铁路工网巡检机器人的线缆型位参数测量方法的另一种改进，还包括步骤S6、将步骤S5中计算所得数据通过通讯协议发送至设备终端
[0018]作为本专利技术用于远距离线缆位置参数测量的另一种改进，在所述车体上设置有车载补光光源。
[0019]作为本专利技术用于远距离线缆位置参数测量的进一步改进，步骤S3 中使用形态学去噪的方式对小噪声的点进行去噪处理。
[0020]作为本专利技术用于远距离线缆位置参数测量的进一步改进，步骤S4 中所述的图像识别包括以下步骤：
[0021]S41、对图像进行高斯平滑操作，再进行二值化，对二值化后的图像分割并标注连通域，根据连通域确定合法的线缆坐标；
[0022]S42、将当前帧的线缆坐标分别与前n帧的线缆坐标比较，若坐标变化的梯度处于给定的区间范围内，则认为是正常线缆坐标，并传入到求解器进行空间坐标求解，求解值则为光斑坐标。
[0023]作为本专利技术用于远距离线缆位置参数测量的进一步改进，步骤S41中具体包括以下步骤：
[0024]S411、若获得的连通域数量合适，而且各个连通域的面积大小均处于给定的区间内，则计算出各个连通域的中心，以此作为线缆坐标，若线缆坐标处于给定的区间范围内，比对左右视图连通域的面积，若面积差值少于给定阈值，则认为是合法的线缆坐标；
[0025]S412、若获得的连通域数量过少，则更改高斯核的大小和二值化的阈值后再次对原图像进行高斯平滑和二值化，然后对二值化后的图像标注连通域；执行步骤S411；
[0026]S412、若此时获得的连通域数量过多，则对平滑后的图像进行自适应二值化操作，再作直线检测，计算各条线段的斜率，丢弃斜率不在给定范围内的线段，通过孤立森林算法剔除离群的线段，对剩下的线段进行聚类，得到多个线簇，针对每个线簇，分别计算其离散程度，若离散程度处于可接受的范围内，则以聚类中心分别作为各自的线簇中心，否则丢弃远离聚类中心的线段，重复以上步骤，直至其离散程度处于可接受的范围内；线簇中心可以被视为线缆的中心，根据预定义的规则将线簇离散程度转换为线缆的半径，比对候选连通域与线缆的位置，若连通域位于线缆的范围内，而且各个连通域的面积大小均处于给定的区间内，则该连通域是激光在线缆上形成的光斑，执行步骤S411。
[0027]作为本专利技术用于铁路工网巡检机器人的线缆型位参数测量方法的进一步改进，步骤S42中坐标求解过程包括：
[0028]S420、参数设定
[0029]设定左右相机的感光底片中心为O1、O2；相机的焦距为f；左右相机的焦点为C1、C2；左右相机的光轴分别为O1与C1的连线、O2 与C2的连线；光轴与铅锤线的夹角为α；O1 O2之间的距离为基线长度L；O1 O2的中点为O0；
[0030]空间中待测点为P，待测点P在双目坐标系下的坐标为(x,y)；P 点在左右相机底片中的成像点分别为A、B，成像点A到光心O1的距离为x1，成像点B到光心O2的距离为x2；
[0031]S421、构建双目系统坐标系；
[0032]以O0为原点、O1 O2为x轴、其中垂线为y轴，向上为y轴正方向，O0指向O2为x轴正方向构建双目系统坐标系；
[0033]S422、构建左右相机的本地坐标系；
[0034]分别以O1、O2为原点、各自的光轴为y轴、沿底片向右为x轴正方向构建左右相机的本地坐标系；
[0035]S423、构建两相机各自的本地坐标系到双目系统坐标系的转换矩阵M
1to0
、M
2to0
；
[0036]对两相机分别双目标定，得到左右相机各自的内参数矩阵K1、K2，和它们之间的外参数矩阵M，从内参矩阵中得到相机的焦距f，从外参矩阵中得到夹角α和基线长度L，根据α和L可以进一步得到双目两相机各自的本地坐标系到双目系统坐标系的转换矩阵M
1to0
、M
2to0
；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于远距离线缆位置参数的测量方法，其特征在于：在车体或装置两侧分别安装有相机，两个所述相机的连线与线缆垂直，两个所述相机的距离固定，所述相机镜头轴线与线缆所在水平面形成一夹角，在两个所述相机连线中间的车体上安装有一字线激光，两个相机镜头和一字线激光安装在同一个平面上；所述线缆型位参数测量方法至少包括以下步骤：S1、控制一字线激光发射激光照射线缆；S2、控制左右两个相机同时拍摄线缆的图像画面；S3、对图像进行预处理，去除噪点；S4、对步骤S3中经过预处理的图像进行图像识别，获取线缆光斑位置；S5、将光斑坐标带入公式，计算出需要测量的数据。2.根据权利要求1所述的一种用于远距离线缆位置参数的测量方法，其特征在于还包括步骤S6、将步骤S5中计算所得数据通过通讯协议发送至铁路巡检机器人上位机。3.根据权利要求1所述的一种用于远距离线缆位置参数的测量方法，其特征在于在所述车体上设置有车载补光光源，光源色温可以调节。4.根据权利要求1所述的一种用于远距离线缆位置参数的测量方法，其特征在于步骤S3中使用形态学去噪的方式对小噪声的点进行去噪处理。5.根据权利要求1所述的一种用于远距离线缆位置参数的测量方法，其特征在于步骤S4中所述的图像识别包括以下步骤：S41、对图像进行高斯平滑操作，再进行二值化，对二值化后的图像分割并标注连通域，根据连通域确定合法的线缆坐标；S42、将当前帧的线缆坐标分别与前N帧的线缆坐标比较，若坐标变化的梯度处于给定的区间范围内，则认为是正常线缆坐标，并传入到求解器进行空间坐标求解，求解值则为光斑坐标。6.根据权利要求5所述的一种用于远距离线缆位置参数的测量方法，其特征在于步骤S41中具体包括以下步骤：S411、若获得的连通域数量合适，而且各个连通域的面积大小均处于给定的区间内，则计算出各个连通域的中心，以此作为线缆坐标，若线缆坐标处于给定的区间范围内，比对左右视图连通域的面积，若面积差值少于给定阈值，则认为是合法的线缆坐标；S412、若获得的连通域数量过少，则更改高斯核的大小和二值化的阈值后再次对原图像进行高斯平滑和二值化，然后对二值化后的图像标注连通域；执行步骤S411;S412、若此时获得的连通域数量过多，则对平滑后的图像进行自适应二值化操作，再作直线检测，计算各条线段的斜率，丢弃斜率不在给定范围内的线段，通过孤立森林算法剔除离群的线段，对剩下的线段进行聚类，得到多个线簇，针对每个线簇，分别计算其离散程度，若离散程度处于可接受的范围内，则以聚类中心分别作为各自的线簇中心，否则丢弃远离聚类中心的线段，重复以上步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄捷洲，吴潮伟，梁运俊，刘家昶，祖基能，毕明校，董小锋，杨先盛，
申请(专利权)人：广州普华灵动机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：