具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例中提供了一种接触线磨耗动态测量装置。如图1所示，该装置包括接触线位置参数测量模块01、接触线磨耗测量模块102和处理模块103。

接触线位置参数测量模块01固定于车辆外的顶部，用于测量接触线的位置参数。

接触线磨耗测量模块102固定于车辆外的顶部，包括至少一台线扫描相机，每台线扫描相机被配置为向上拍摄，每台线扫描相机用于沿接触线的横截面方向扫描得到一维图像。

处理模块103用于结合接触线位置参数，在一维图像中确定接触线所在的成像区域，并在接触线的成像区域内确定接触线的磨耗面的像素宽度，根据磨耗面的像素宽度计算磨耗参数。可选地，处理模块103在根据磨耗面的像素宽度计算磨耗参数时，可以基于相机拍摄接触线位置处的图像分辨率，去计算磨耗面的实际宽度，进而计算用于表示磨耗程度的参数等磨耗参数。

一个示例中，接触线位置参数测量模块可以包括至少两台线扫描相机。例如，如图2所示，接触线位置参数测量模块可以包括线扫描相机11和线扫描相机12，每个线扫描相机分别用于拍摄接触线T得到一维图像，T与线扫描相机11和线扫描相机12的成像角度分别为θ₁和θ₂。可选地，本发明实施例中所述的线扫描相机可以是用于拍摄灰度图像的相机，也即，拍摄的一维图像是灰度图像，可选地，灰度图像的像素值在0～255之间，0为白色，255为黑色。

图3是通过计算确定接触线在一维接触线磨耗图像中的位置的示意图。当接触线T的位置参数确定后，其在拍摄接触线磨耗图像的线扫描相机中的成像位置可以由相机成像光路唯一确定，即通过接触线位置参数和线扫描相机模型的隐参数矩阵计算获得接触线T在线扫描相机成像坐标系O_PX_P中的坐标T_P。

另一个示例中，接触线位置参数测量模块可以包括至少一台激光扫描传感器。例如，如图4所示，接触线位置参数测量模块包括激光扫描传感器1用于扫描接触线T，接触线T与激光扫描传感器1的距离为R，成像夹角为θ。

可选地，接触线位置参数测量模块可以包括至少一台面扫描相机和一个线结构光激光器。这样，运用结构光测量方法，通过线结构光激光机投射结构光，通过面扫描机拍摄图像，根据采集到的图像可以计算出接触线的位置参数。

基于上述的示例，对本发明实施例中的接触线位置参数测量模块和接触线磨耗测量模块的结构提供如图5～图8几个示例。

如图5所示，运用一台激光扫描传感器1测量接触线位置参数，运用一台线扫描相机21测量接触线磨耗。激光扫描传感器1和线扫描相机21均居中布置。激光扫描传感器1测量接触线位置参数，由确定的接触线位置参数和拍摄接触线磨耗图像的线扫描相机21的相机模型计算确定接触线在一维接触线磨耗图像中的位置。这种方案的设备数量较少，包括激光扫描传感器和线扫描相机两类设备，分别实现接触线位置参数测量和接触线磨耗测量。激光扫描传感器的扫描频率低于线扫描相机，但具有直接测量距离无需合成计算、数据解释简单等优点，适用于运行速度较低的城市轨道交通地铁线路的刚性接触网测量。

如图6所示，运用三台线扫描相机11、12、13测量接触线位置参数和接触线磨耗。接触线位置参数测量模块由线扫描相机11、12、13组成。接触线位置参数测量模块的两台线扫描相机11和13呈对称镜像布置，线扫描相机12居中布置。同时，线扫描相机12也是接触线磨耗测量模块的线扫描相机，向上拍摄接触线的磨耗面图像。在确定接触线位置参数的过程中已确定接触线在一维接触线磨耗图像中的位置。这种方案仅用到线扫描相机一种采集设备，且设备数量较少，适用于柔性接触网测量。

如图7所示，运用四台线扫描相机11、12、13、14测量接触线位置参数和接触线磨耗。接触线位置参数测量模块由线扫描相机11、12、13、14组成。接触线位置参数测量模块的两台线扫描相机11和14呈对称镜像布置，两台线扫描相机12和13也呈对称镜像布置。同时，线扫描相机和13也是接触线磨耗测量模块的线扫描相机，共同覆盖接触线测量区域。相比图6所示方案，本方案的测量设备具有一定的冗余性，抗环境光线干扰能力更强，采用两台线扫描相机共同拍摄接触线磨耗图像，测量可靠性进一步提高。

如图8所示，通过两台激光扫描传感器11和12测量接触线位置参数，运用两台线扫描相机21和22测量接触线磨耗。接触线位置参数测量模块的两台激光扫描传感器11和12呈对称镜像布置，接触线磨耗测量模块的两台线扫描相机21和22也呈对称镜像布置。相比图5所示方案，本方案的测量设备具有一定的冗余性，抗环境光线干扰能力更强，采用两台线扫描相机共同拍摄接触线磨耗图像，测量可靠性进一步提高。

可选地，在接触线位置参数测量模块包括至少两台线扫描相机的情况下，在接触线位置参数测量模块包括的至少两台线扫描相机中，包括接触线磨耗测量模块中的至少一台线扫描相机。例如，接触线位置参数测量模块包括两台线扫描相机，接触线磨耗测量模块包括一台线扫描相机，该线扫描相机为接触线位置参数测量模块的两台线扫描相机之一。

可选地，接触线磨耗测量模块还可以包括主动照明光源。其中，主动照明光源可以使用线形激光光源或者单色发光二极管LED光源。

作为一个可选的实施方式，主动照明光源可以通过同步频闪方式工作，这样，主动照明光源和接触线磨耗测量模块中的线扫描相机在同步触发脉冲驱动下工作。如图9所示为一个可选的实施方式，主动照明光源和线阵相机(即线扫描相机)通过同步控制单元进行控制，而同步控制单元是通过同步触发脉冲控制的，具体而言，同步触发脉冲可以由安装在车轮的编码器产生，经同步控制单元后输出多路同步触发脉冲，多路触发脉冲可以分别驱动主动照明光源和接触线磨耗测量模块的线扫描相机同步工作。这样，通过同步控制单元的控制，使得主动照明光源可以通过同步频闪方式工作。

可选地，接触线磨耗测量模块的线扫描相机的镜头前还可以配置有与主动照明光源的中心波长和带宽相适应的带通滤光片。在一个示例中，通过主动照明光源按照同步频闪方式工作，并通过与单色照明光源适配的窄带滤光片进行滤波，可有效消除环境光照变化对成像的影响，因此，具有扩展性好、适用性强等优点。

本发明实施例中，通过获取测量的接触线的位置参数，以及沿接触线的横截面方向扫描得到的一维图像，结合接触线位置参数，可以在一维图像中确定接触线所在的成像区域，在接触线的成像区域内确定接触线的磨耗面的像素宽度，从而根据磨耗面的像素宽度计算磨耗参数，与现有技术中的技术方案相比，通过在接触线的横截面方向扫描得到的一维图像中识别磨耗面，可以实现高效确定磨耗参数的效果，从而解决相关技术中检测接触线磨耗的效率较低的技术问题。

本发明的接触线磨耗动态测量装置，利用高分辨率高扫描行频线扫描相机采集的一维图像进行磨耗测量，检测结果准确，检测效率高，不占用维修天窗时间，为接触网服役状态检测评估提供了一种可靠的技术手段，提升了电气化铁路和城市轨道交通地铁线路等的供电设备检查和维护的工作效率。

本发明实施例中还提供了一种接触线磨耗动态测量方法，可以应用于本发明实施例提供的接触线磨耗动态测量装置。如下面的实施例所述。由于该方法应用于本发明实施例提供的接触线磨耗动态测量装置，且解决问题的原理与接触线磨耗动态测量装置相似，因此该方法中装置结构的实施可以参见接触线磨耗动态测量装置的实施，重复之处不再赘述。

如图10所示，本发明实施例提供的一种接触线磨耗动态测量方法包括如下步骤：

步骤201，获取测量的接触线的位置参数，以及沿接触线的横截面方向扫描得到的一维图像。

在获取接触线的位置参数时，根据接触线位置参数测量模块的实施方式不同，可以通过不同的实施方式实现。具体而言，可以通过以下任意一种方式获取测量的接触线的位置参数：

①获取至少两台线扫描相机通过立体视觉三角测量方法测量得到的接触线的位置参数；或者，

②获取至少一台激光扫描传感器通过激光测距法测量得到的接触线的位置参数；或者，

③获取至少一台面扫描相机和一个线结构光激光器通过结构光测量方法测量得到的接触线的位置参数。

具体而言，在通过实施方式①获取至少两台线扫描相机通过立体视觉三角测量方法测量得到的接触线的位置参数时，可以包括执行如下步骤：

第一步，获取至少两台线扫描相机沿接触线的横截面方向扫描得到的一维图像。可选地，在拍摄得到一维图像中，能够拍摄到接触网的横截面，接触网包括多条接触线。

第二步，在每张一维图像中识别接触线的成像区域。

在上述扫描得到的一维图像中包括接触网的成像，为了在多根接触线中确定目标接触线，需要在每张一维图像中识别接触线的成像区域。可选地，可以根据识别目标的接触线处于第几根接触线，在一维图像中进行识别。

第三步，根据接触线在每张一维图像中的成像区域，确定接触线相对于对应线扫描相机的夹角。

根据接触线的成像位置，可以确定接触线在对应摄像机的成像角度，如图2所示，接触线相对于左、右线扫描相机的成像角度θ₁和θ₂。

第四步，根据夹角和至少两台线扫描相机相对于车辆顶部的位置数据，计算接触线的高度和拉出值，得到接触线的位置参数。接触线位置参数可以包括接触线高度、拉出值等。

在通过实施方式②获取至少一台激光扫描传感器通过激光测距法测量得到的接触线的位置参数时，可以包括执行如下步骤：

第一步，获取至少一台激光扫描传感器沿接触线的横截面方向扫描得到的点阵数据；其中，点阵数据中每个点的数据包括对应的相对距离和角度；

第二步，在点阵数据识别接触线对应的点；

第三步，根据接触线对应点的相对距离和角度，计算接触线的高度和拉出值，得到接触线的位置参数。

如图4所示，采用至少一台激光扫描传感器扫描垂直测量断面，可以获得包括相对距离R、角度θ等信息的测量点阵数据，对测量点阵数据进行分析，可以确定接触线在测量点阵中对应的数据点，从而利用对应数据点的相对距离和角度等信息计算接触线高度、拉出值等接触线位置参数。

在本发明实施例中，如果所应用的接触线接触线磨耗动态测量装置使用至少两台线扫描相机运用立体视觉三角测量方法确定接触线位置参数时，获取一维接触线磨耗图像的至少一台线扫描相机可以是确定接触线位置参数的线扫描相机，也可以是单独配置的线扫描相机。

在本发明实施例中，如果所应用的接触线接触线磨耗动态测量装置使用至少两台线扫描相机运用立体视觉三角测量方法确定接触线位置参数时，如果获取一维接触线磨耗图像的线扫描相机是确定接触线位置参数的线扫描相机，则确定接触线在一维接触线磨耗图像中的位置在确定接触线位置参数的过程中已确定。如果获取一维接触线磨耗图像的线扫描相机不是确定接触线位置参数的线扫描相机，确定接触线在一维接触线磨耗图像中的位置由确定的接触线位置参数和拍摄接触线磨耗图像的线扫描相机的相机模型计算确定。

在本发明实施例中，如果所应用的接触线接触线磨耗动态测量装置使用至少一台激光扫描传感器运用激光测距法确定接触线位置参数时，确定接触线在一维接触线磨耗图像中的位置由确定的接触线位置参数和拍摄接触线磨耗图像的线扫描相机的相机模型计算确定。

步骤202，结合接触线位置参数，在一维图像中确定接触线所在的成像区域。

当确定接触线在接触线磨耗图像中的位置坐标后，可绘制出该位置坐标附近的反映接触线轮廓的局部灰度图像，如图13所示，对接触线磨耗图像进行图像处理获取接触线磨耗面的像素宽度的关键是确定图中凸起平台区域的左右边界。由于弓网摩擦作用形成的接触线磨耗面可较好的反射光线，因此接触线磨耗面对应的凸起平台区域的灰度值通常比附近背景区域和接触线侧面区域的灰度值高很多，且在凸起平台区域的左右边界附近的灰度变化剧烈，因此设计灰度差分处理算法初步提取凸起平台区域的左右边缘，在凸起平台区域的左右边缘之间的区域利用区域局部最大灰度确定一个灰度阈值，根据该灰度阈值即可定位凸起平台区域的左右边界，即接触线磨耗面的左右边界，左右边界的像素坐标之差即为接触线磨耗面的像素宽度。

步骤203，在接触线的成像区域内确定接触线的磨耗面的像素宽度。

通过图像处理方式，可以提取出接触线的磨耗面的像素宽度。如图11所示，是新的未产生磨耗的接触线横截面(上方)及对应扫描得到的一维灰度图像(下方)，在一维图像中，接触线底面区域的灰度从边缘到中间逐渐增加。如图12所示，是使用一段时间后，具有一定磨耗的接触线横截面(上方)及对应的一维灰度图像(下方)，接触线横截面底部有一段区域被磨成平面，即磨耗面，对应的一维灰度图像的磨耗面区域的灰度较高，呈现为一个凸起的平台区域。为了更好的进行图像提取，可以对一维图像求导，如图13所示，上方为扫描得到的一维图像求导之后，得到如下方所示的图像，可以看出，磨耗面左侧端点301和磨耗面右侧端点302经过求导之后，可以更明显地进行定位。

步骤204，根据磨耗面的像素宽度计算磨耗参数。

磨耗参数可以通过磨耗面实际宽度来表示。这样，可以根据磨耗面的像素宽度和图像分辨率，计算出磨耗面的实际宽度，即接触线磨耗面的物理宽度(简称接触线磨耗面宽度)。接触线磨耗面宽度越宽，表面接触线磨损程度越高。

铁路领域通常还采用接触线残高和接触线磨耗比等参数来描述接触线磨耗程度。可选地，在执行步骤204根据磨耗面的像素宽度计算磨耗参数时，可以确定扫描得到一维图像的线扫描相机在接触线位置处的图像分辨率，并根据图像分辨率和像素宽度，计算磨耗面的宽度，得到磨耗参数。举例而言，可以首先需确定被测线路所采用的接触线规格型号，如CTMH-150、CTCZ-150、RiM120等，确定的接触线规格型号即可获得接触线额定截面的相关参数，如图14所示，如直径R等。根据接触线额定截面直径R和磨耗面宽度W即可计算得到接触线残高h，接触线磨耗比通常根据接触线残高h查表获得。

在一个可选的实施方式中，在根据图像分辨率和像素宽度，计算磨耗面的宽度时，可以根据图像分辨率和像素宽度，计算磨耗面的宽度，进而根据磨耗面的宽度，计算接触线的残高，得到磨耗参数。也即，通过残高来描述磨耗程度。

由接触线磨耗面的像素宽度获得接触线磨耗面的物理宽度需要获得接触线磨耗图像中接触线所在位置处的图像分辨率。在本实施例中，确定线扫描相机拍摄的接触线位置处的图像分辨率的方法包括查找表法和模型计算法。也即，在确定扫描得到一维图像的线扫描相机在接触线位置处的图像分辨率时，可以在预设图像分辨率分布表中查找接触线位置处的图像分辨率，或者，通过预设模型基于接触线位置计算对应的图像分辨率，其中，预设模型用于表示不同位置与图像分辨率之间的关系。

可选地，在通过查找表的方式查找图像分辨率时，可以预先生成图像分辨率的表格。具体而言，首先将接触线的高度划分为n个区间，将接触线的拉出值划分为m个区间，这样，可以根据高度和拉出值，将接触线在二维空间上划分为n*m个区间组合，进而，可以分别对每个区间组合的图像分辨率进行标定，得到预设图像分辨率分布表。

例如，如图15所示，可以根据接触线高度分布范围和拉出值分布范围将所测量的二维平面区域划分为n*m个区间组合，如S₁₁、S₁₂、……、S_ij-1、S_ij，其中，i＝1，……，n，j＝1，……，m。然后对每个区间组合的图像分辨率分别进行标定，制成包含每个子区域对应图像分辨率的表格，根据确定的接触线位置参数确定接触线位置所处的子区域，从表格中查询得到相应的图像分辨率。

本发明实施例中，通过获取测量的接触线的位置参数，以及沿接触线的横截面方向扫描得到的一维图像，结合接触线位置参数，可以在一维图像中确定接触线所在的成像区域，在接触线的成像区域内确定接触线的磨耗面的像素宽度，从而根据磨耗面的像素宽度计算磨耗参数，与现有技术中的技术方案相比，通过在接触线的横截面方向扫描得到的一维图像中识别磨耗面，可以实现高效确定磨耗参数的效果，从而解决相关技术中检测接触线磨耗的效率较低的技术问题。

本发明实施例提供的接触线磨耗动态测量方法及装置，利用线扫描相机采集的图像进行接触线磨耗测量，由于线扫描相机的一维成像分辨率高，线扫描速度快，图像数据量小，可以在具有较快运行速度的铁路车辆载体上以较小的采样间距对沿途接触线磨损情况进行实时动态测量，因此，具有检测效率高、不占用维修天窗时间、不受车辆运行速度限制等优点。针对接触线空间分布范围较大的特点，还提供了一个可选的实施方式确定图像分辨率。利用光学成像提取接触线磨耗面宽度信息的方法具有可靠稳定的优点，因此，可确保接触线磨耗测量结果准确可靠。

本发明实施例中提供了多种确定接触线位置参数的实施方式，并与利用线扫描相机确定接触线磨耗的实施方式相结合，可适用于电气化线路柔性接触网系统和城市轨道交通地铁线路刚性接触网系统。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述接触线磨耗动态测量方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述接触线磨耗动态测量方法的计算机程序。

本发明实施例中，通过获取测量的接触线的位置参数，以及沿接触线的横截面方向扫描得到的一维图像，结合接触线位置参数，可以在一维图像中确定接触线所在的成像区域，在接触线的成像区域内确定接触线的磨耗面的像素宽度，从而根据磨耗面的像素宽度计算磨耗参数，与现有技术中的技术方案相比，通过在接触线的横截面方向扫描得到的一维图像中识别磨耗面，可以实现高效确定磨耗参数的效果，从而解决相关技术中检测接触线磨耗的效率较低的技术问题。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。