【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路限界测量，具体是一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法及系统。
技术介绍
1、现代铁路运输动力主要是电力，电力是由位于铁轨一侧接触网系统提供的。简单而言，接触网系统是由铁轨侧连续的接触网支柱悬挂的接触线，为了避免接触线由于重力下垂，接触线上方还有和接触线平行的承力索，承力索和接触线之间靠吊弦承拉，其余的部件还有拉紧接触线和承力索的配重块。接触网支柱由于外力或者老化可能出现侵入轨道车辆的运行界限导致侵界，而我们关注是否侵界的一个重要参数是接触网支柱的侧面限界，具体是指支柱靠线路一侧至线路中心线的距离。接触网支柱侧面限界超限侵界是铁路运行中的一个严重安全隐患，侵界过多可能会与列车发生碰撞，而且侵界可能导致接触网的结构受损，轨道车辆的受电弓和接触线不能保持持续平滑接触，影响供电的稳定性和可靠性，进而影响列车的正常受电和运行。铁路接触网支柱侧面限界测量有靠量尺测量、激光三维点云数据测量和视频图像通过软件测量等，但是上述测量方式存在投入人员较大、检测周期较长、检测效率低等状况。
技术实现思路
1、（1）要解决的技术问题
2、本专利技术的目的在于提供一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法及系统，以解决铁路接触网支柱限界测量过程图像选择的问题。
3、（2）技术方案
4、为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，所述方法包括：
5、获取接触网支柱的帧图像序列，所述帧图像序列由摄像头在铁路轨道车辆行进过程中以
6、将帧图像序列中的每帧图像对应的梯度幅值标准差、接触网支柱区域占比通过遗传算法得到目标图像帧；将目标图像帧通过自适应双阈值分割算法得到多级灰度图像；将多级灰度图像通过小波变换进行多尺度分解并在不同尺度上通过hough变换检测目标直线段；通过层次聚类算法对目标直线段进行分组合并，得到接触网支柱侧面的边缘表示；
7、通过预先标定的图像畸变模型和相机内外参数，建立像素坐标到实际空间坐标的映射函数；将接触网支柱侧面的边缘表示转换为实际空间坐标，通过最小二乘法拟合得到三维空间中的平面方程；计算该平面与预设的轨道中心线平面的交线，得到接触网支柱的侧面轮廓线；计算轮廓线与轨道中心线的最小距离得到接触网支柱侧面限界值，并将接触网支柱侧面限界值以及对应的时间戳和位置信息传输到服务器。
8、进一步地，所述将帧图像序列中的每帧图像对应的梯度幅值标准差、接触网支柱区域占比通过遗传算法得到目标图像帧的方法包括：获取单个接触网支柱对应的帧图像序列的图像数量，随机生成对应帧图像序列的单帧图像的个排列的观测状态作为处理方案，每个观测状态包括处理状态和测量信息熵，其中处理状态包括0和1两种状态，处理状态为0代表单帧图像未被选成目标图像帧，处理状态为1代表单帧图像被选成目标图像帧；生成处理方案的初始种群，初始种群包括个个体，每个个体代表一种处理方案，每个处理方案均有随机生成的个排列的观测状态，将初始种群进行迭代进化，所述迭代进化的步骤包括：依次评估在初始种群中个体对应的处理状态下的测量信息熵，并求出处理状态为1的单帧图像所有的测量信息熵并记为测量总熵；根据测量总熵排序且剔除处理状态为1的数量最多的个体并通过轮盘赌选择法选择优胜个体，将优胜个体进行交叉和变异得到子代个体；将初始种群替换为子代个体，再次进行迭代进化，直到子代个体和父代个体的测量总熵的提升低于设定的测量信息阈值；将完成迭代进化后最终的优胜个体的处理方案对应的单帧图像作为目标图像帧。
9、进一步地，所述在初始种群中个体对应的处理状态下的测量信息熵，并求出处理状态为1的单帧图像所有的测量信息熵并记为测量总熵的方法包括：获取初始种群中第个处理方案的个体，其中代表第个处理方案的第个单帧图像的处理状态，取值为0或1；代表第个处理方案的第个单帧图像的测量信息熵,取值为正整数变量，为取值为1到帧图像序列的图像数量的整数变量；第个处理方案的第个单帧图像的测量信息熵为：；其中为第个处理方案的第个单帧图像的梯度幅值标准差，为第个处理方案的第个单帧图像的接触网支柱区域占比, 为取值从1到的整数变量；第个处理方案的个体的测量总熵为：。
10、进一步地，所述方法包括：
11、将所述摄像头的单帧图像的拍摄间隔时长和拍摄时刻进行调整，拍摄间隔时长进行调整的间隔阈值为单帧图像的梯度幅值标准差不超过设定的标准差阈值，拍摄时刻进行调整的时刻阈值不超过当前对应的拍摄间隔时长；将间隔阈值分割成若干等分的距离设为第一偏移步长，第一偏移步长不小于摄像头自身最小的快门时长；将时刻阈值分割成若干等分的距离设为第二偏移步长；在铁路接触网支柱侧面限界测量过程中，将处理方案中的拍摄间隔时长每次移动一个第一偏移步长，将拍摄时刻每次移动一个第二偏移步长，分别求出对应的测量总熵，将对应的第一偏移步长和第二偏移步长用于摄像头参数修正。
12、进一步地，所述将处理方案中的拍摄间隔时长每次移动一个第一偏移步长，将拍摄时刻每次移动一个第二偏移步长，分别求出对应的测量总熵，将对应的第一偏移步长和第二偏移步长用于摄像头参数修正的方法包括：将处理方案中的拍摄间隔时长移动一个第一偏移步长，通过离散序列的梯度下降法得到测量总熵的极值以及对应的累计第一偏移步长；将处理方案中的拍摄时刻移动一个第二偏移步长，通过离散序列的梯度下降法得到测量总熵的极值以及对应的累计第二偏移步长；通过累计第一偏移步长和累计第二偏移步长作为摄像头参数的累计偏移步长。
13、基于同一专利技术构思，另一方面，本专利技术还提供了一种铁路接触网支柱侧面限界测量系统，所述系统包括：
14、图像获取模块，用于获取接触网支柱的帧图像序列，所述帧图像序列由摄像头在铁路轨道车辆行进过程中以固定帧率连续拍摄获得，帧图像还包含时间戳和位置信息；将帧图像序列进行灰度化处理并通过边缘检测算法得到每帧图像的边缘信息，将边缘信息通过surf算法提取接触网支柱区域，通过hough变换检测接触网支柱区域的直线，筛选出符合预设长度阈值且靠近铁路轨道一侧的直线作为接触网支柱侧面边缘；通过接触网支柱侧面边缘对应的像素灰度梯度幅值计算接触网支柱侧面边缘的梯度幅值标准差；通过接触网支柱区域的像素数量与帧图像的像素总数量的比值得到接触网支柱区域占比；
15、图像处理模块，用于将帧图像序列中的每帧图像对应的梯度幅值标准差、接触网支柱区域占比通过遗传算法得到目标图像帧；将目标图像帧通过自适应双阈值分割算法得到多级灰度图像；将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述将帧图像序列中的每帧图像对应的梯度幅值标准差、接触网支柱区域占比通过遗传算法得到目标图像帧的方法包括：
3.如权利要求2所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述在初始种群中个体对应的处理状态下的测量信息熵，并求出处理状态为1的单帧图像所有的测量信息熵并记为测量总熵的方法包括：获取初始种群中第个处理方案的个体，其中代表第个处理方案的第个单帧图像的处理状态，取值为0或1；代表第个处理方案的第个单帧图像的测量信息熵, 取值为正整数变量，为取值为1到帧图像序列的图像数量的整数变量；第个处理方案的第个单帧图像的测量信息熵为：；其中为第个处理方案的第个单帧图像的梯度幅值标准差，为第个处理方案的第个单帧图像的接触网支柱区域占比, 为取值从1到的整数变量；第个处理方案的个体的测量总熵为：。
4.如权利要求3所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述方法包括：
5.如权利要求4
6.一种铁路接触网支柱侧面限界测量系统，其特征在于，所述系统包括：图像获取模块，用于获取接触网支柱的帧图像序列，所述帧图像序列由摄像头在铁路轨道车辆行进过程中以固定帧率连续拍摄获得，帧图像还包含时间戳和位置信息；将帧图像序列进行灰度化处理并通过边缘检测算法得到每帧图像的边缘信息，将边缘信息通过SURF算法提取接触网支柱区域，通过Hough变换检测接触网支柱区域的直线，筛选出符合预设长度阈值且靠近铁路轨道一侧的直线作为接触网支柱侧面边缘；通过接触网支柱侧面边缘对应的像素灰度梯度幅值计算接触网支柱侧面边缘的梯度幅值标准差；通过接触网支柱区域的像素数量与帧图像的像素总数量的比值得到接触网支柱区域占比；
7.如权利要求6所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量系统，其特征在于，所述系统还包括：图像帧优化模块，用于获取单个接触网支柱对应的帧图像序列的图像数量，随机生成对应帧图像序列的单帧图像的个排列的观测状态作为处理方案，每个观测状态包括处理状态和测量信息熵，其中处理状态包括0和1两种状态，处理状态为0代表单帧图像未被选成目标图像帧，处理状态为1代表单帧图像被选成目标图像帧；生成处理方案的初始种群，初始种群包括个个体，每个个体代表一种处理方案，每个处理方案均有随机生成的个排列的观测状态，将初始种群进行迭代进化，所述迭代进化的步骤包括：依次评估在初始种群中个体对应的处理状态下的测量信息熵，并求出处理状态为1的单帧图像所有的测量信息熵并记为测量总熵；根据测量总熵排序且剔除处理状态为1的数量最多的个体并通过轮盘赌选择法选择优胜个体，将优胜个体进行交叉和变异得到子代个体；将初始种群替换为子代个体，再次进行迭代进化，直到子代个体和父代个体的测量总熵的提升低于设定的测量信息阈值；将完成迭代进化后最终的优胜个体的处理方案对应的单帧图像作为目标图像帧。
8.如权利要求7所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量系统，其特征在于，所述系统还包括：参数优化模块，用于获取初始种群中第个处理方案的个体，其中代表第个处理方案的第个单帧图像的处理状态，取值为0或1；代表第个处理方案的第个单帧图像的测量信息熵, 取值为正整数变量，为取值为1到帧图像序列的图像数量的整数变量；第个处理方案的第个单帧图像的测量信息熵为：；其中为第个处理方案的第个单帧图像的梯度幅值标准差，为第个处理方案的第个单帧图像的接触网支柱区域占比, 为取值从1到的整数变量；第个处理方案的个体的测量总熵为：。
9.如权利要求8所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量系统，其特征在于，所述系统还包括：
10.如权利要求9所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量系统，其特征在于，所述系统还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述将帧图像序列中的每帧图像对应的梯度幅值标准差、接触网支柱区域占比通过遗传算法得到目标图像帧的方法包括：
3.如权利要求2所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述在初始种群中个体对应的处理状态下的测量信息熵，并求出处理状态为1的单帧图像所有的测量信息熵并记为测量总熵的方法包括：获取初始种群中第个处理方案的个体，其中代表第个处理方案的第个单帧图像的处理状态，取值为0或1；代表第个处理方案的第个单帧图像的测量信息熵, 取值为正整数变量，为取值为1到帧图像序列的图像数量的整数变量；第个处理方案的第个单帧图像的测量信息熵为：；其中为第个处理方案的第个单帧图像的梯度幅值标准差，为第个处理方案的第个单帧图像的接触网支柱区域占比, 为取值从1到的整数变量；第个处理方案的个体的测量总熵为：。
4.如权利要求3所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述方法包括：
5.如权利要求4所述的一种铁路接触网支柱侧面限界测量方法，其特征在于，所述将处理方案中的拍摄间隔时长每次移动一个第一偏移步长，将拍摄时刻每次移动一个第二偏移步长，分别求出对应的测量总熵，将对应的第一偏移步长和第二偏移步长用于摄像头参数修正的方法包括：将处理方案中的拍摄间隔时长移动一个第一偏移步长，通过离散序列的梯度下降法得到测量总熵的极值以及对应的累计第一偏移步长；将处理方案中的拍摄时刻移动一个第二偏移步长，通过离散序列的梯度下降法得到测量总熵的极值以及对应的累计第二偏移步长；通过累计第一偏移步长和累计第二偏移步长作为摄像头参数的累计偏移步长。
6.一种铁路接触网支柱侧面限界测量系统，其特征在于，所述系统包括：图像获取模块，用于获取接触网支柱的帧图像序列，所述帧图像序列由摄像头在铁路轨道车辆行进过程中以固定帧率连续拍摄获得，帧图像还包含时间戳和位置信息；将帧图像序列进行灰度化处理并通过边缘检测算法得到每帧图像的边缘信息，将边缘信息通过surf算法提取接触网支柱区域，通过hough变换检测接触网支柱区域的直线，筛...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗瑞忠，尹开华，
申请(专利权)人：成都骏盛科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。