基于双目3D视觉技术的接触网几何参数动态检测系统

闫昌浩; 李平芳

doi:10.3969/j.issn.1005-8451.2024.09.13

基于双目3D视觉技术的接触网几何参数动态检测系统

闫昌浩¹,
李平芳²

1.
中国铁路哈尔滨局集团有限公司　供电部，哈尔滨　150001
2.
北京汇众思壮图像技术有限公司，北京　100102

详细信息

作者简介:
闫昌浩，工程师

李平芳，工程师

中图分类号: U225 : U285.49 : TP39
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出版历程
- 收稿日期: 2024-04-23
- 刊出日期: 2024-09-24

Dynamic detection system for geometric parameters of overhead contact system based on binocular 3D vision technology

YAN Changhao¹,
LI Pingfang²

1.
Power Supply Department, China Railway Harbin Group Co. Ltd., Harbin　150001, China
2.
Beijing Estrong Image Technology Co.Ltd., Beijing　100102, China

摘要

摘要:
针对目前接触网几何参数检测设备工作效率低、精度不高的问题，采用双目3D视觉成像、结构光图像采集和图像处理等技术，研制了接触网几何参数动态检测系统。该系统主要由接触网图像采集装置、车体偏移图像采集装置、增量式编码器、图像数据转换装置、主机及检测软件组成，可随不同车载平台以0～120 km/h速度运行，能够在强光、低照度等天气条件下实现接触网导高、拉出值的动态非接触式检测，自动识别触网导高、拉出值异常，生成指导接触网精调和日常巡检所需的异常报表和标注文档。系统设备轻便、易于安装，并提供了有效的标定方法。在实验室搭建测试平台，进行导高、拉出值测试和车体振动位移修正测试，并在北京地铁某运营线路上进行初步动态测试。测试结果表明，该系统能够稳定地动态采集高清图像，接触网导高、拉出值测量精度误差低于5 mm，能够满足铁路、地铁和轻轨等接触网新建施工精调作业和运营线路接触网日常巡检作业需要。
- 接触网几何参数检测 /
- 动态检测 /
- 非接触测量 /
- 双目3D视觉 /
- 结构光 /
- 同步控制
Abstract:
To deal with the low efficiency and low accuracy of current contact network geometric parameter detection equipment, a dynamic detection system of OCS geometric parameters has been developed using binocular 3D vision imaging, structured light image acquisition, and image processing. This system mainly consists of a OCS image acquisition device, a carboy offset image acquisition device, an incremental encoder, an image data conversion device, a host, and detection software. Installed on a vehicle at a speed of 0～120 km/h, it can achieve dynamic non-contact detection of the OCS's height and pull-out values and under strong light or low light, and automatically identify anomalies in the height and pull-out values of the OCS, generate anomalies report and annotated document to guide the fine adjustment and daily inspection of the OCS. Its equipment is lightweight, easy to install, and has effective calibration methods. A testing platform is built in the laboratory to conduct tests on lead height, pull-out value, and vehicle vibration displacement correction, and conducted preliminary dynamic tests on a operating line of the Beijing subway. The test results show that the system can stably and dynamically collect high-definition images, with measurement accuracy errors of less than 5 mm for the height and pull-out values of the overhead contact system. It can meet the needs of precision adjustment operations for newly constructed OCSs of railway, subway, or light rail lines as well as daily inspection operations for the OCSs of operating lines.
- OCS geometric parameters detection /
- dynamic detection /
- non-contact measurement /
- binocular 3D vision /
- structured light /
- synchronized control

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图 1 接触网几何参数动态检测系统构成示意

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图 2 检测数据显示界面

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图 3 系统工作过程示意

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图 4 双目3D视觉成像原理示意

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图 5 结构光图像采集示意

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图 6 高速线阵CCD相机抗失真标定原理示意

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图 7 高速CCD相机和激光器协同控制及图像定位原理示意

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图 8 车体左右偏移修正原理示意

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图 9 某地铁线路接触网导高和拉出值测试数据

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图 10 某地铁线路接触网支柱0801-0803号间拉出值检测数据曲线

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图 11 某地铁线路两站点间拉出值变化检测数据曲线

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表 1 实验室导高测量测试数据表单位：mm

序号	人工实际测量的标定点导高	系统测量的标定点导高	误差
1	4000	4001.8	1.8
2	4383	4384.3	1.3
3	4800	4803.8	3.8
4	5800	5801.6	1.6
5	6000	6004.1	4.1

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表 2 实验室拉出值测量测试数据表单位：mm

序号	标定点导高	方向	人工实际测量的拉出值数据	系统测量的拉出值数据	误差
1	4385	左	12.0	12.9	2.4
2	4385	左	133.5	135.4	1.9
3	4385	右	350.5	−354.5	4.0
4	6000	右	100	−103.8	3.8
5	6000	右	400	−404.8	4.8

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表 3 实验室车体振动模拟实验中车体偏移测量装置测试数据表

序号	运动方向（$ \mathit{\theta } $,a,b）	左轨初始坐标（X,Y）	左轨计算坐标（X,Y）	右轨初始坐标（X,Y）	右轨计算坐标（X,Y）
1	逆时针$ 1^\circ $，右10，下10	（−572.5，−415）	（−572.585，−415.338）	（572.5，−415）	（572.8595，−415.336）
2	顺时针$ 1^\circ $，右10，下10	（−572.5，−415）	（−572.253，−415.249）	（572.5，−415）	（573.0345，−415.254）
3	逆时针$ 1^\circ $，右10，上10	（−572.5，−415）	（−572.552，−415.112）	（572.5，−415）	（572.7951，−415.098）
4	顺时针$ 1^\circ $，右10，上10	（−572.5，−415）	（−572.438，−414.845）	（572.5，−415）	（572.8119，−414.851）
5	逆时针$ 1^\circ $，左10，下10	（−572.5，−415）	（−572.574，−415.168）	（572.5，−415）	（572.6453，−415.162）
6	顺时针$ 1^\circ $，左10，下10	（−572.5，−415）	（−572.743，−414.874）	（572.5，−415）	（572.6724，−414.877）
7	逆时针$ 1^\circ $，右10，上10	（−572.5，−415）	（−572.584，−414.88）	（572.5，−415）	（572.5346，−414.872）
8	顺时针$ 1^\circ $，左10，上10	（−572.5，−415）	（−572.748，−414.719）	（572.5，−415）	（572.3645，−414.727）

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参考文献(8)

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施引文献(7)

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