阅读说明：本技术 一种用于接触网智能检测装置和检测方法 (Intelligent detection device and detection method for contact network ) 是由 宋学谦 毕江海 王东琳 李佳欣 武彭彭 冯东阁 王继军 郭柱 简浩 刘玖林 熊秋 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于接触网智能检测装置和检测方法,其检测装置包括行走结构,行走结构包括左纵梁、右纵梁、横梁及电机轮,行走结构上设置有立架,横梁上的行走部外壳顶部设置有位置检测模块以及线阵相机,立架上端设置有激光雷达。其检测方法,包括以下步骤：开启控制电路板控制各部件同步工作；线阵相机拍摄接触线底部一维图像；位置检测模块检测地理位置的经纬度；全景相机拍摄环绕检测车的360°照片；激光雷达测量检测车与接触网几何距离；雷达测量的直线距离计算导高值、拉出值；进行数据处理与展示；异常触发拍照及发出警报。本发明实现对接触网参数信息的非接触式连续获取,并将接触网信息和地理信息进行匹配,进行全面而精确的管理。(The invention discloses an intelligent detection device and a detection method for a contact network, wherein the detection device comprises a walking structure, the walking structure comprises a left longitudinal beam, a right longitudinal beam, a cross beam and a motor wheel, a vertical frame is arranged on the walking structure, a position detection module and a linear array camera are arranged at the top of a shell of a walking part on the cross beam, and a laser radar is arranged at the upper end of the vertical frame. The detection method comprises the following steps: starting a control circuit board to control each part to work synchronously; shooting a one-dimensional image at the bottom of a contact line by a linear array camera; the position detection module detects the longitude and latitude of the geographic position; the panoramic camera shoots 360-degree photos around the detection vehicle; measuring the geometric distance between the detection vehicle and a contact network by using a laser radar; calculating a height-leading value and a pull-out value of the linear distance measured by the radar; processing and displaying data; and abnormal triggering of photographing and alarm. The invention realizes the non-contact continuous acquisition of the parameter information of the contact network, matches the contact network information with the geographic information and carries out comprehensive and accurate management.)

一种用于接触网智能检测装置和检测方法

技术领域

本发明属于铁路检测领域，具体涉及一种用于接触网智能检测装置和检测方法。

背景技术

我国电气化铁路的猛速发展，其运营里程已突破13万公里，接触网设施多达200万处，并且数量还在逐年增加。接触网设备一旦发生故障，将导致列车停运，继而使整段铁路运输中断的严重后果，在时间上和经济上给国家和人民带来损失。因此接触网设备的自动、智能监控，对运营单位的检修和抢修至关重要。

目前获得接触网运行状态的方式主要是利用铁路“窗口时间”安排人员和车辆定时巡检线路。但检测车巡检和人工巡检存在如巡检周期长、巡检效果差等问题，同时这些数据多为表单模式完全依赖于人工分析工作量巨大，不能充分发挥信息化系统的优势。

因此，亟需一种融合无线传感、实时数据处理、大数据预警分析等技术的在线智能实时监测方法，并在此基础上建立铁路网系统安全的评估体系和科学维护体系。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种用于接触网智能检测装置和检测方法。

本发明的技术方案是：一种用于接触网智能检测装置，包括沿轨道行走的行走结构，所述行走结构包括与轨道平行对应的左纵梁、右纵梁及电机轮，所述左纵梁、右纵梁通过横梁相连，所述行走结构上设置有立架，所述横梁上的行走部外壳顶部设置有对行走结构进行实时定位的位置检测模块，所述立架上端设置有对接触线进行扫描测量的激光雷达。

更进一步的，壳顶部还设置有对接触线异常处进行拍照的面阵相机。

更进一步的，所述行走部外壳顶部设置有拍照光源模块，所述拍照光源模块提高面阵相机的拍摄质量。

更进一步的，所述立架上端还设置有全景相机，所述全景相机实时传输行走结构行走周围环境视频。

更进一步的，所述行走部外壳内设置有电路相连的计算处理模块、控制电路模块，所述计算处理模块与手持终端、远端管理平台相通讯，所述控制电路模块连接并接受位置检测模块、激光雷达、面阵相机、全景相机。

更进一步的，所述左纵梁、右纵梁的两端安装槽处设置有电驱动轨道轮，所述电驱动轨道轮包括与轨道滚动接触的电机轮以及设置在左纵梁、右纵梁上的电机控制器。

更进一步的，所述左纵梁、右纵梁外侧壁处均设置有轨距检测模块。

更进一步的，所述横梁上设置有对电器元件进行供电用的电池。

一种用于接触网智能检测装置的检测方法，包括以下步骤：

ⅰ.开启智能检测装置中控制电路板控制各部件同步工作

控制电路模块启动后，电池模块给激光雷达、位置检测模块、全景相机、面阵相机、计算处理模块、电机控制器供电，电机轮驱动行走结构在轨道上自动行驶，同时控制电路板控制各模块同步工作；

ⅱ.位置检测模块检测地理位置的经纬度

位置检测模块实时获取所在地的经纬度信息并发送到计算处理模块；

ⅲ.全景相机拍摄环绕检测车的360°照片

全景相机拍摄环绕检测装置的360°照片/视频，并发送到计算处理模块；

iv 线阵相机拍摄接触线底部图像

v.激光雷达测量检测车与接触网几何距离

激光雷达模块测量检测装置到接触网的直线距离以及角度值，并发送到计算处理模块；

vi.雷达测量的直线距离计算导高值、拉出值；

计算处理模块根据直线距离以及角度值，计算出接触网的导高值、拉出值；

计算处理模块将线阵相机拍摄的线条图片融合成照片，并通过图像识别处理测算出接触线底部高亮部分宽度作为磨耗；

vii.端管理平台和手持终端进行数据处理与展示

计算处理模块通过无线传输网络将经纬度信息、360°照片/视频、导高值、拉出值发送到远端管理平台、手持终端上进行显示；

vii.发现异常触发面阵相机拍照

接触线的导高值、拉出值异常时，触发面阵相机对异常部位进行拍摄，并将拍摄后的照片传送到远端管理平台、手持终端上；

ix.发出警报

检测装置中的报警灯以及远端管理平台的报警区闪烁报警。

更进一步的，步骤ⅶ发现接触线的导高值、拉出值、磨耗值异常时，位置检测模块发送异常位置的经纬度信息，并进行异常标注。

本发明的有益效果如下：

本发明可以实现对接触网参数信息的非接触式连续获取，并将接触网信息和地理信息进行匹配，从而可以对接触网进行全面而精确的管理。

本发明中激光雷达连续扫描，可以完整连续的获取接触线的几何参数，避免单点检测方法的漏检，线阵相机可以连续测量接触线的磨耗值这为接触网故障提供更全面的分析信息。

本发明中检测装置根据检测结果自动触发面阵相机拍摄异常部位照片，由无线网络传送到远端智慧管理平台，可实现异地取证。

本发明中远端管理平台通过集成地理信息系统，可以准确定位接触网故障段准确位置，为故障抢修争取时间。

本发明中全景相机方便远端管理平台对各个现场巡线智能检测车的工作状态进行监督和管理。

本发明中三个轨距检测模块，可以实时检测出包括弯道、道岔在内的多种路况的实际轨距。

本发明采用模块化安装，方便拆卸及搬运。

附图说明

图1 是本发明的外部立体图；

图2 是本发明的内部立体图；

图3 是本发明的电路模块图；

图4 是本发明的检测方法流程图；

图5 是本发明中位置检测模块的连接示意图；

图6 是本发明中面阵相机的连接示意图；

图7 是本发明中全景相机的连接示意图；

图8 是本发明中手持终端的连接示意图；

图9 是本发明的检测示意图；

图10是本发明的检测原理图；

图11是本发明远端平台的界面图；

其中：

1 电池模块 2 电驱动轨道轮

3 位置检测模块 4 激光雷达

5 面阵相机 6 全景相机

7 控制电路模块 8 计算处理模块

9 手持终端 10 远端管理平台

11 开机按钮区 12 几何参数显示区

13 全景按钮区 14 三维地理地图按钮区

15 历史记录查询按钮区 16 定位窗口

17 直播窗口 18 导高与拉出值显示区

19 报警区 20 检测部外壳

21 行走部外壳 22 横梁

23 左纵梁 24 右纵梁

25 电池 26 警报灯

27 拍照光源模块 28 线阵相机

29 推把 30 电机轮

31 电机控制器 32 侧把手

33 轨距检测模块 34 立架

35 接触线。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1~11所示，一种用于接触网智能检测装置，包括沿轨道行走的行走结构，所述行走结构包括与轨道平行对应的左纵梁23、右纵梁24，所述左纵梁23、右纵梁24通过横梁22相连，所述行走结构上设置有立架34，所述横梁22上的行走部外壳21顶部设置有对行走结构进行实时定位的位置检测模块3，所述立架34上端设置有对接触线35进行扫描测量的激光雷达4。

所述行走部外壳21顶部还设置有对接触线35异常处进行拍照的面阵相机5。

所述行走部外壳21顶部设置有拍照光源模块27，所述拍照光源模块27提高面阵相机5的拍摄质量。

所述立架34上端还设置有全景相机6，所述全景相机6实时传输行走结构行走周围环境的视频。

所述行走部外壳21内设置有电路相连的计算处理模块8、控制电路模块7，所述计算处理模块8与手持终端9、远端管理平台10相通讯，所述控制电路模块7连接并接受位置检测模块3、激光雷达4、面阵相机5、全景相机6。

所述左纵梁23、右纵梁24的两端安装槽处设置有电驱动轨道轮2，所述电驱动轨道轮2包括与轨道滚动接触的电机轮30以及设置在左纵梁23、右纵梁24上的电机控制器31。

所述左纵梁23、右纵梁24外侧壁处均设置有轨距检测模块33。

所述横梁22上设置有对电器元件进行供电用的电池25。

如图2所示，所述左纵梁23、右纵梁24、横梁22整体呈H型结构，所述左纵梁23、右纵梁24、横梁22均为钢架梁。所述立架34为截面呈矩形的钢架。

所述横梁22上设置有线阵相机28，所述线阵相机实时对接触线的底部进行一维快速拍摄。

所述横梁22上还设置有推把29，所述推把29通过螺栓螺母组件固定在横梁22的中部。

所述立架34顶部设置有卡槽，所述卡槽用于放置手持终端9。

所述左纵梁23中部以及横梁22左端上设置有电池模块1，所述电池模块1即为立放的两块电池25。所述电池模块1、立架34左右放置为了平衡行走结构的重量分布。

所述电机控制器31对称设置在左纵梁23、右纵梁24上。

如图1所示，所述行走部外壳21对左纵梁23、右纵梁24、横梁22进行扣盖，所述立架34外设置有检测部外壳20。

所述推把29从行走部外壳21中穿过，所述轨距检测模块33从行走部外壳21中穿出。

轨距检测模块33可以实时检测出包括弯道、道岔在内的多种路况的轨距信息。

如图5所示，本发明具有检测装置实时定位功能，位置检测模块3获取经纬度地理坐标信息后，通过串口将数据发送给计算处理模块8，此处的位置检测模块3可以是GNSS信号接收器，串口可以是RS232。然后计算处理模块8将预处理后的数据通过无线网络传输给远端管理平台10该无线网络可以是4G或者5G传输网络；远端管理平台根据检测装置的经纬度位置信息及线路支柱支柱号信息，确定检测装置的准确位置，并实现检测车位置的2D平面显示或者3D立体显示。

如图6所示，本发明具有接触网几何参数异常自动拍照功能，激光雷达4不断扫描接触网35，线阵相机连续拍摄接触线底部图片，并通过以太网口将扫描数据发送给计算处理模块8，此处的接口可以是以太网口；计算处理模块8根据雷达扫描的原始数据计算接触网几何参数，融合线阵相机图片并对接触线磨耗进行测量，当任何一个计算结果超出接触网正常参数时，会触发报警；同时计算机处理模块8通过以太网口控制安装于检测车面阵相机5进行拍照，所述面阵相机拍照位置与雷达扫描位置保持一致，这样同时可以获取接触网异常部位高清图像信息。通过无线网络将图像信息传输给远端管理平台10并在界面上显示，可以实现异地取证。

如图7所示，本发明具有接触网铺设路段实时视频直播功能，全景相机6具有无线网络传输功能，全景相机6通过无线网络将所拍摄实时视频传输给计算处理模块8，计算处理模块8通过无线网络传输至远端管理平台10，运行于远端管理平台10的软件通过读取服务器视频数据，实时解码视频数据并进行播放。

如图8所示，本发明能够通过手持终端9进行显示和控制，手持终端9操作指令通过无线网络传送给计算处理模块8，此处的无线网络可以是WIFI，这些指令包括：拍照、录像、读取检测结果、显示现场实时视频图像及图片信息等。

上述操作信息发送给计算机处理模块8，计算机处理模块8作为信息交换设备通过RS232接口传输至检测车控制电路板、通过以太网传输至面阵相机5和全景相机6。

如图9~10所示，检测装置在运行过程中，激光雷达4对接触网35连续扫描。根据雷达返回数据，计算机处理模块8构筑接触网几何参数模型包括接触网的拉出、导高值。在激光雷达测量系统中，以两轨道连线的中心点为坐标原点，检测车运行的方向为X轴正方向，指向小车运动方向右侧为 y 轴正方向，记录接触线的拉出值；垂直于铁轨平面，指向天空为z 轴正方向，记录接触线导高值。

检测车采用已知固定的结构进行设计，运行于轨道之上，雷达安装于检测车的一侧，因此激光雷达的坐标可以测量计算出来。

小车上的激光雷达在轨道坐标系的坐标为(x，y_radar，z_radar)，则接触线相对于轨道坐标系的坐标为( x，y_wire+y_radar，z_wire+z_radar)，即接触线几何参数：（距离（或时间），拉出值，导高）。

激光雷达从起始角度到终止角度进行反复扫描，扫描遇到障碍物时，返回障碍物到激光源的距离。根据激光雷达扫描的角分辨率，将激光雷达获得的极坐标数据转化为平面坐标数据，进而求出接触线的位置。

导高值H=ρ*cosα

拉出值L=ρ*sinα

接触网智能检测装置由身体底部行走结构检测出当前轨距超高等参数，上部检测部分提供上部接触线等参数，由计算处理模块把处理后的接触网参数导高、拉出、***坡度等参数和波形显示出来。

优选的，对接触网状态的检测可以转化为对检测车与接触网的几何距离的测量，通过提高系统的稳定性和检测范围可以提高检测的精度，本次发明采用激光雷达进行扫描，激光雷达的工作状态受环境影响极小，且激光雷达4的频率不小于25赫兹，可以进行连续测量，有效的提高了检测的准确性。

本次发明采用了全景相机6拍摄接触网路面环境，全景相机6可以实现360度无死角的拍摄，且高清视频夜视红外照射不小于30米，视频分辨率不低于1080P，完全满足路面环境直播的需求。为方便后续查看，视频将存储保留3天以上。

线阵相机28对接触线底部进行快速拍摄，分辨率不低于2048，拍摄速率不低于20KHz。

高清的面阵相机5专门针对异常部位拍摄高清近距离局部照片，分辨率不低于1080P，提供7天以上的照片自动存储。

基于谷歌地图开发的集成地理信息系统，对每一个支柱号都进行了标定并导入系统，由于支柱号间隔只有50米，这也就保证了现场巡线智能检测车在开阔路段的定位精度在3米以内。

如图11所示，远端管理平台10的屏幕区域包括位于顶部的接触按钮区，其中开机按钮区11位于最左侧，历史记录查询按钮区15位于最右侧，开机按钮区11、历史记录查询按钮区15之间从左向右有几何参数显示区12、全景按钮区13、三维地理地图按钮区14。

远端管理平台10中部为显示区域，分别包括位于左侧的定位窗口16，对检测装置进行实时的定位显示，位于中部的直播窗口17，对检测装置的周围环境进行实时直播，位于右侧的导高与拉出值显示区18，上面为导高值变化情况，下面为拉出值变化情况。

远端管理平台10下部为报警区19，如出现异常进行闪烁警报。

如图3~4所示，通过开启控制电路模块7，控制电路模块7控制电池电源通道分别给激光雷达4、位置检测模块3、全景相机6、面阵相机5、计算处理模块8、电机控制器31供电，电机轮30驱动检测车在轨道上自动行驶。

当现场智能检测车开始工作后，控制电路模块7指挥各个模块同步工作：位置检测模块3负责获取检测装置位置的地理坐标信息；激光雷达4测量检测装置与接触网之间的直线距离，计算处理模块8将这个直线距离转化为接触网的导高值、拉出值等几何参数；全景相机6负责拍摄环绕检测车360°的实时视频，然后通过无线网络主动向手持终端9和远端管理平台10发送报告，该无线网络可以是4G或者是5G传输网络；当手持终端9和远端管理平台10收到信息后，对数据进行处理，将位置信息以三维地图的形式呈现；将接触网几何参数信息转换成图像、表格等直观的数据形式；将全景相机6拍摄的实时视频进行直播展示。

如果使用者在手持终端9和远端管理平台10上查看通过全景相机6拍摄的环绕检测车360°的直播视频时，发现前方路段有路面塌陷或其他恶劣环境时，可及时遥控现场检测装置停止，避免造成不必要的损失。

如果检测装置在工作过程中发现计算模块8计算出接触网参数异常时就会发出警报，上传异常数据，同时触发面阵相机5对异常部位拍照，通过无线网络及时上传给手持终端9和远端管理平台10，在手持终端9和远端管理平台10上进行强提醒；同时位置检测模块3也会及时传送位置信息，并在三维地图上标注红色实心的三角形警告、高亮显示经纬度坐标。

如果检测装置工作过程中发生故障，可以通过地理信息系统查找附近其他的检测车，及时调配，以免耽误工作进度。

位置检测模块3的型号可以但不限于北斗星通 OEM719模块。

激光雷达4的型号可以但不限于德国SICK LMS511-20100。

面阵相机5的型号可以但不限于中威CN5123FD-HT7高清相机。

全景相机6的型号可以但不限于Insta360 Onex。

控制电路模块7的型号可以但不限于ZYNQ XC7Z 7020。

计算机处理模块8的型号可以但不限于XX。

手持终端9的型号可以但不限于研华IPC-610L。

远端管理平台10的型号可以但不限于ThinkSystem IBM服务器。 SR650

线阵相机28的型号可以但不限于Basler raL2048-48gm。

轨距检测模块31的的型号可以但不限于Miran KTC2。

优选的，所述左纵梁23、右纵梁24、横梁22上设置有加速度传感器，通过加速度传感器能够检测出道路的坡度信息。

一种用于接触网智能检测装置的检测方法，包括以下步骤：

ⅰ.开启智能检测装置中控制电路板控制各部件同步工作

控制电路模块7启动后，电池模块1给激光雷达4、位置检测模块3、全景相机6、面阵相机5、计算处理模块8、电机控制器31供电，电机轮30驱动行走结构在轨道上自动行驶，同时控制电路板7控制各模块同步工作；

ⅱ.位置检测模块检测地理位置的经纬度

位置检测模块3实时获取所在地的经纬度信息并发送到计算处理模块8；

ⅲ.全景相机拍摄环绕检测车的360°照片

全景相机6拍摄环绕检测装置的360°照片/视频，并发送到计算处理模块8；

ⅳ. 线阵相机拍摄接触线的底部一维横线图片

线阵相机28拍摄的图片顺序发送给计算处理模块8

v. 激光雷达测量检测车与接触网几何距离

激光雷达模块4测量检测装置到接触线35的直线距离以及角度值，并发送到计算处理模块8；

vi.将雷达测量的直线距离计算导高值、拉出值；线阵相机拍摄的图片计算出接触线底部磨耗值；

计算处理模块8根据直线距离以及角度值，计算出接触线35的导高值、拉出值；计算处理模块8将线阵相机拍摄的一维横线图片融合成二维照片，并通过图像识别处理测算出接触线35底部高亮部分宽度作为磨耗值；

ⅵ.端管理平台和手持终端进行数据处理与展示

计算处理模块8通过无线传输网络将经纬度信息、360°照片/视频、导高值、拉出值发送到远端管理平台10、手持终端9上进行显示；

ⅶ.发现异常触发面阵相机拍照

接触线35的导高值、拉出值异常时，触发面阵相机5对异常部位进行拍摄，并将拍摄后的照片传送到远端管理平台10、手持终端9上；

ix.发出警报

检测装置中的报警灯26以及远端管理平台10的报警区19闪烁报警。

步骤ⅶ发现接触线35的导高值、拉出值、磨耗值异常时，位置检测模块3发送异常位置的经纬度信息，并进行异常标注。

本发明可以实现对接触网参数信息的非接触式连续获取，并将接触网信息和地理信息进行匹配，从而可以对接触网进行全面而精确的管理。

本发明中激光雷达连续扫描，可以完整连续的获取接触线的几何参数，避免单点检测方法的漏检，同时为接触网故障提供更全面的分析信息。

本发明中检测装置根据检测结果自动触发面阵相机拍摄异常部位照片，由无线网络传送到远端智慧管理平台，可实现异地取证。

本发明中远端管理平台通过集成地理信息系统，可以准确定位接触网故障段准确位置，为故障抢修争取时间。

本发明中全景相机方便远端管理平台对各个现场巡线智能检测车的工作状态进行监督和管理。

本发明中三个轨距检测模块，可以实时检测出包括弯道、道岔在内的多种路况的实际轨距。

本发明采用模块化安装，方便拆卸及搬运。