專利名稱：一種機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線智能監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機車受電弓是電力機車從接觸網(wǎng)上受取電流的裝置，其滑板條與接觸網(wǎng)導(dǎo)線直接接觸，從接觸網(wǎng)導(dǎo)線上受取電流，供機車使用。受電弓的好壞，直接關(guān)系到電氣化鐵路的安全、可靠運行，其故障甚至可能造成運輸中斷，那么對機車受電弓的檢測就顯得格外的重要。傳統(tǒng)的檢測方法是人工檢測，也即待機車進站停車，降下受電弓并斷電后，工作人員登上車頂，用測量工具對受電弓的各種參數(shù)進行檢測，通過對受電弓參數(shù)的分析，判斷運行區(qū)段接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)以及受電弓是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求。這種人工檢測方法仍是當(dāng)前比較常用的手段之一，但此方法效率低、工作量大、不能檢測運行中的受電弓。目前，車載式的受電弓監(jiān)測裝置都是安裝在所在機車上，僅限于監(jiān)測本機車受電弓的情況，由于機車數(shù)量眾多，廣泛推廣應(yīng)用定會大大增加成本；而遠程無線的定點監(jiān)測系統(tǒng)是通過把受電弓的情況進行拍照和錄像，然后把數(shù)據(jù)遠程傳輸回來，相關(guān)的技術(shù)人員通過觀測圖片和錄像對受電弓的情況進行判斷，為人員經(jīng)驗判斷，容易出現(xiàn)誤判。如果能夠?qū)κ茈姽M行準(zhǔn)確的監(jiān)測，將會極大程度地減少受電弓故障發(fā)生的概率。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對所有過往機車受電弓的檢測，實現(xiàn)對故障的有效準(zhǔn)確監(jiān)測。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括電源單元、觸發(fā)單元、拍攝單元、補光單元、中心處理單元、故障報警單元、無線通信單元、圖像儲存單元和信息展示單元。其中，電源單元、觸發(fā)單元、拍攝單元、補光單元、中心處理單元、無線通信單元都屬于前端設(shè)備，安裝在接觸網(wǎng)設(shè)定的監(jiān)測點上，圖像存儲單元和信息展示單元屬于監(jiān)控中心設(shè)備。所述的觸發(fā)單元在檢測到機車和機車受電弓到達最佳觸發(fā)拍攝點時，觸發(fā)拍攝單元和補光單元同時工作，拍攝單元拍攝受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像，同時補光單元為拍攝單元提供光照補償；拍攝單元拍攝到的受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像傳輸?shù)街行奶幚韱卧?，進行處理和計算，如果計算結(jié)果表明受電弓狀態(tài)正常，則儲存該受電弓圖片，如果計算結(jié)果表明受電弓出現(xiàn)故障，則向故障報警單元發(fā)出報警命令，同時把出現(xiàn)故障的受電弓圖像和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像通過無線通信單元遠程傳回監(jiān)控中心的圖像儲存單元，出現(xiàn)故障的受電弓圖像、對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像和故障信息最終在信息展示單元得以展示。所述的電源單元同時為拍攝單元、觸發(fā)單元、補光單元和中心處理單元供電。本發(fā)明的有益效果是通過采用該無線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對受電弓的實時監(jiān)測。通過圖像處理單元(中心處理單元)的前置，實現(xiàn)機車受電弓圖片的現(xiàn)場處理，識別受電弓的故障圖像，可以及時、準(zhǔn)確發(fā)出故障報警，有利于受電弓和接觸網(wǎng)的及時搶修；在非故障圖像進行現(xiàn)場儲存的同時，把故障圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)傳回監(jiān)控中心，用于故障處理的決策和受電弓故障的歷史記錄；另外，該方案大幅度的減小的無線傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)量，解決了當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬不足、實時性差的問題，進一步縮短了故障處理的時間。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖I為攝像機成像原理圖；圖2為本發(fā)明的基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)的原理圖；圖3為發(fā)明的基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備原理圖；圖4為發(fā)明的基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備安裝布置圖。
具體實施方式
基于圖像處理的機車受電弓無線監(jiān)測系統(tǒng)是一種基于桿塔的定點監(jiān)測系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)對所有過往機車受電弓的檢測。通過精確的觸發(fā)裝置對拍攝裝置和補光裝置進行觸發(fā)，而拍攝裝置包括受電弓拍攝子單元和機車拍攝子單元，其中受電弓拍攝子單元對過往機車受電弓的進行拍照，把所拍圖片進行圖像處理，然后進行判斷是否出現(xiàn)故障，對有故障的情況進行報警提示；同時機車拍攝子單元對過往機車標(biāo)識進行拍攝，把有受電弓有故障的機車標(biāo)識輸送回監(jiān)控中心，以方便相關(guān)人員對該機車進行故障維修，實現(xiàn)對故障的有效準(zhǔn)確監(jiān)測。本發(fā)明可以通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特點在于它包括電源單元、觸發(fā)單元、拍攝單元、補光單元、中心處理單元、故障報警單元、無線通信單元、圖像儲存單元、信息展示單元。其中，電源單元、觸發(fā)單元、拍攝單元、補光單元、中心處理單元、無線通信單元都屬于前端設(shè)備，圖像存儲單元和信息展示單元屬于監(jiān)控中心設(shè)備。所述的電源單元同時與拍攝單元、觸發(fā)單元、補光單元、中心處理單元相連；所述的觸發(fā)單元分別與拍攝單元和補光單元連接；所述的拍攝單元與中心處理單元連接；中心處理單元分別與故障報警單元和無線通信單元相連。所述前端設(shè)備和所述監(jiān)控中心設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2，系統(tǒng)原理如下電源單元10分別以電源導(dǎo)線的形式給拍攝單元11、觸發(fā)單元12、補光單元13和中心處理單元14持續(xù)供電。觸發(fā)單元12在檢測到機車和機車受電弓到達最佳觸發(fā)拍攝點時，通過有線的方式給拍攝單元11和補光單元13觸發(fā)信號，使拍攝單元11和補光單元13同時開啟工作；其中拍攝單元包括受電弓拍攝子單元111 (采用受電弓拍攝子單元)和機車拍攝子單元112(采用機車拍攝子單元)，分別用以拍攝受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像；同時補光單元13為拍攝單元11拍攝提供光照補償。拍攝單元11拍攝到的圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街行奶幚韱卧?4，中心處理單元14對圖像數(shù)據(jù)進行處理和運算；如果計算結(jié)果表明受電弓狀態(tài)正常，則儲存該受電弓圖片，如果計算結(jié)果表明受電弓出現(xiàn)故障，則向故障報警單元15發(fā)出報警命令，同時把有故障的受電弓圖像和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像傳輸給無線通信單元16。無線通信單元把圖像數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡(luò)遠程傳回監(jiān)控中心的圖像儲存單元17，圖像信息和故障信息最終在信息展示單元18得以展示。通過采用該無線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對受電弓的實時監(jiān)測。通過圖像處理單元(中心處理單元)的前置，實現(xiàn)機車受電弓圖片的現(xiàn)場處理，識別受電弓的故障圖像，可以及時、準(zhǔn)確發(fā)出故障報警，有利于受電弓和接觸網(wǎng)的及時搶修；在非故障圖像進行現(xiàn)場儲存的同時，把故障圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)傳回監(jiān)控中心，用于故障處理的決策和受電弓故障的歷史記錄；另夕卜，該方案大幅度的減小的無線傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)量，解決了當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬不足、實時性差的問題，進一步縮短了故障處理的時間。圖2為本發(fā)明的基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備原理圖。如圖3所示，由于機車在大多數(shù)的時候運行在遠離人群和城鎮(zhèn)的地方，所以系統(tǒng)采用太用能板發(fā)電的形式給系統(tǒng)設(shè)備供電(如果在允許的范圍內(nèi)有民用電網(wǎng)的接入點，則可以直接接入民用電網(wǎng)給系統(tǒng)供電)。供電單元10由太陽能板101、蓄電池102、電源控制器103組成，太陽能板101和蓄電池102分別通過電源線與電源控制器103的充電端子和·蓄電端子相連，受電弓拍攝子單元111、機車拍攝子單元112、激光測距觸發(fā)器12、窄脈沖閃光燈13和PC104嵌入式系統(tǒng)14都掛接在電源控制器的負(fù)載端以得到供電。拍攝單兀由一臺受電弓拍攝子單兀111和一臺機車拍攝子單兀112組成。其中受電弓拍攝子單元變焦拍攝難度大，本系統(tǒng)的受電弓拍攝子單元111采用定焦距攝像機，確定機車受電弓的棱廓尺寸和圖像視場，在選定攝像機的分辨率后，計算出攝像機拍攝受電弓的最佳距離(本實例中最佳距離為10m)。機車拍攝子單元112主要是用來拍攝機車前面的標(biāo)識牌，用來惟一標(biāo)識該機車，使拍攝的機車受電弓圖像和機車圖像一一對應(yīng)。觸發(fā)單元主要是指激光測距觸發(fā)器12，。通過實驗測試受電弓拍攝子單元111的觸發(fā)響應(yīng)延時時間為tl(s)和激光測距觸發(fā)器的響應(yīng)延時為t2(s)，計算出機車在(tl+t2)(s)的延時時間里行駛的距離，該實例中機車的運行速度為180kg/h(50m/s)，所以機車在該延時時間里行駛了 50X (tl+t2) (m)。所以，給激光測距觸發(fā)值為10m+50X (tl+t2) (m)，即在火車行駛到離激光測距觸發(fā)器(10m+50X (tl+t2))m的位置時發(fā)出觸發(fā)命令，使受電弓拍攝子單元111、機車拍攝子單元112和窄脈沖閃光燈13同時開啟工作。受電弓拍攝子單兀111拍攝的受電弓圖像和機車拍攝子單兀112拍攝的機車標(biāo)識牌圖像通過數(shù)據(jù)線的方式傳輸?shù)絇C104嵌入式系統(tǒng)14中，將受電弓圖像和機車標(biāo)識牌圖像進行綁定。以既有的受電弓標(biāo)準(zhǔn)圖像為依據(jù)，對的受電弓圖像的處理和運算實現(xiàn)滑板丟失、滑板裂紋、受電弓弓角丟失等故障進行判斷和識別。如果計算機判斷受電弓狀態(tài)正常，則把該受電弓圖像和相應(yīng)的機車標(biāo)識圖像存儲在PC104嵌入式系統(tǒng)14的內(nèi)置的大容量硬盤中；如果計算機判斷受電弓有故障，則把該受電弓圖像和相應(yīng)的機車標(biāo)識圖像通過有線的方式傳輸給3G無線傳輸設(shè)備，同時向GSM-SM Modem 25發(fā)出命令，由GSM-SM Modem 25發(fā)出短信方式的故障報警。無線通信單元主要指3G無線傳輸設(shè)備，它接收到來自PC04嵌入式系統(tǒng)的故障受電弓圖像和相應(yīng)的機車標(biāo)識圖像，通過3G網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸回監(jiān)控中心，擁有靜態(tài)IP的PC服務(wù)器17運行的服務(wù)程序接收到傳回的圖像并存儲，在顯示器18上得顯示故障信息，用以進一步故障處理決策。圖4為發(fā)明的基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備安裝布置圖，如圖3所示設(shè)備具體的安裝布置如下現(xiàn)場太陽能板101安裝在柜子上的板槽上，太陽能板101與電源控制器103有連接，為蓄電池充電；蓄電池102放置在柜子內(nèi)部，它與電源控制器103連接，提供電源；電源控制板103分別于太陽能板101、蓄電池102、受電弓拍攝子單元111、機車拍攝子單元112、激光測距觸發(fā)器12以及窄脈沖閃光燈13有連接，它在太陽能板101和蓄電池102之間保持充放電的平衡和輸出電壓的穩(wěn)定，并把電流提供給受電弓拍攝子單元111、機車拍攝子單元112、激光測距觸發(fā)器12和窄脈沖閃光燈13 ;激光測距觸發(fā)器12安裝在支柱橫梁上，通過測算機車的速度與距離，運算出觸發(fā)的最佳時機，然后去觸發(fā)窄脈沖閃光燈13和受電弓拍攝子單元111、機車拍攝子單元112 ;窄脈沖閃關(guān)燈13、受電弓拍攝子單元111和機車拍攝子單元112都安裝在支柱橫梁上，其中窄脈沖閃關(guān)燈13接收到觸發(fā)信號后曝光，為攝像機11補光，同時攝像機11也接收到觸發(fā)信號進行拍攝，其中受電弓拍攝子單元111拍攝高速行駛下的機車受電弓，機車拍攝子單元112拍攝機車的標(biāo)識圖像；PC104嵌入式系統(tǒng)14安裝在柜子的內(nèi)部，它與攝像機11連接，把攝像機11所拍攝的圖片進行存儲，并把受電弓拍攝子單元111拍攝的圖片與存儲的模板進行對比，判定是否有故障的發(fā)生；GSM-SM Modem(短信貓)15安裝在柜子里面，它與PC104嵌入式系統(tǒng)14連接，當(dāng)有故障發(fā)生時，它通過發(fā)出短信提示相關(guān)人員來報警；無線傳輸設(shè)備安裝在柜子內(nèi)部，當(dāng)判定故障發(fā)生后，PC104嵌入式系統(tǒng)14把機車受電弓故障的圖片和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖片通過3G無線傳輸設(shè)備輸送給監(jiān)控中心的PC服務(wù)器17上；PC服務(wù)器17和顯示器18安裝在監(jiān)控中心，PC服務(wù)器17和顯示器18有連接，PC服務(wù)器17把故障的機車受電弓圖片和機車標(biāo)識圖片在顯示器18上顯示出來，供相關(guān)人員進行查看，進行及時有效的檢修。
權(quán)利要求1.一種機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括電源單元、觸發(fā)單元、拍攝單元、補光單元、中心處理單元、故障報警單元、無線通信單元、圖像儲存單元和信息展示單元，其特征在于所述的觸發(fā)單元在檢測到機車和機車受電弓到達最佳觸發(fā)拍攝點時，觸發(fā)拍攝單元和補光單元同時工作，拍攝單元拍攝受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像，同時補光單元為拍攝單元提供光照補償；拍攝單元拍攝到的受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像傳輸?shù)街行奶幚韱卧?，進行處理和計算，向故障報警單元發(fā)出報警命令，同時把出現(xiàn)故障的受電弓圖像和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像通過無線通信單元遠程傳回監(jiān)控中心的圖像儲存單元，出現(xiàn)故障的受電弓圖像、對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像和故障信息最終在信息展示單元得以展示；所述的電源單元同時為拍攝單元、觸發(fā)單元、補光單元和中心處理單元供電。
專利摘要本實用新型公開了一種基于圖像處理的機車受電弓狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)，觸發(fā)單元在檢測到機車和機車受電弓到達最佳觸發(fā)拍攝點時，觸發(fā)拍攝單元和補光單元同時工作，拍攝到的受電弓圖像和機車標(biāo)識圖像傳輸?shù)街行奶幚韱卧?，進行處理和計算，如果受電弓狀態(tài)正常，則儲存該受電弓圖片，如果受電弓出現(xiàn)故障，則向故障報警單元發(fā)出報警命令，同時把受電弓圖像和對應(yīng)的機車標(biāo)識圖像通過無線通信單元遠程傳回監(jiān)控中心的圖像儲存單元，最終在信息展示單元得以展示。本實用新型可以及時、準(zhǔn)確發(fā)出故障報警，大幅度的減小的無線傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)量，解決了當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬不足、實時性差的問題，進一步縮短了故障處理的時間。
文檔編號G01R31/00GK202720282SQ20122019386
公開日2013年2月6日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者李濤, 童翔, 喻會永, 吳禹希, 汪焰恩 申請人:西北工業(yè)大學(xué)