適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標定方法，包括如下步驟：a1準備9點標定板：利用鋁合金型材定制標定板，在標定板的表面上等間距均勻設置九個水泥電阻高溫熱點，設定九個水泥電阻高溫熱點的現(xiàn)實坐標(u,v,w)；a2安裝9點標定板；a3對安裝好的9點標定板成像：在高速動車靜止狀態(tài)下，利用安裝在高速動車頂部的紅外相機采集此時的9點標定板視頻，得出九個水泥電阻高溫熱點的像素坐標(x',y',w')；a4對紅外相機成像的像素坐標(x',y',w')進行矯正，根據(jù)矯正后的像素坐標x，y精確算出導高值和拉出值。本方案通過上述標定方法，無需安裝傳感器，且能夠?qū)Ω咚傧鄼C、工業(yè)鏡頭產(chǎn)生畸變進行矯正，對相機靶面與弓升降平面不平行事實進行糾正，測量結(jié)果更準確。
【專利說明】適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及接觸網(wǎng)運行監(jiān)控領域，具體地，設及適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參 數(shù)測量與標定方法。
【背景技術】
[0002] 鐵路接觸網(wǎng)供電線的導高值和拉出值是接觸網(wǎng)運行監(jiān)控的重要參數(shù)，利用車載設 備進行接觸網(wǎng)的動態(tài)幾何參數(shù)測量的主要方法是接觸式測量，即在受電弓上安裝傳感器， 有壓力傳感器、光電傳感器、微波傳感器等，通過傳感器的各項參數(shù)來檢測接觸線的導高值 和拉出值。
[0003] 動車運行速度快，安全性要求較高，目前不允許在受電弓上安裝額外的傳感器，所 W目前常用的在受電弓上安裝傳感器的方法不適用于動車機載設備，同時因安裝場地是動 車車頂，安裝位置和安裝空間受限，無法安裝激光測距儀等測量設備，現(xiàn)有的基于單目相機 的測量主法存在測量精度低（誤差在10mm左右），車頂標定不方便等問題。此外，原有測量 方法未對高速相機、工業(yè)鏡頭產(chǎn)生崎變進行矯正；也未對相機祀面與弓升降平面不平行事 實進行糾正，導致最終的測量結(jié)果不準確。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標 定方法，無需安裝傳感器，且能夠?qū)Ω咚傧鄼C、工業(yè)鏡頭產(chǎn)生崎變進行矯正，對相機祀面與 弓升降平面不平行事實進行糾正，導高值和拉出值的測量結(jié)果更準確。
[0005] 本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案是：適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測 量與標定方法，包括如下步驟：
[0006] al準備9點標定板；利用侶合金型材定制標定板，在標定板的表面上等間距均勻 設置九個水泥電阻高溫熱點，每個水泥電阻底部與標定板之間均設置巧龍卡子，同時設定 九個水泥電阻高溫熱點的現(xiàn)實坐標（u，v，w);
[0007] a2安裝9點標定板：使9點標定板與被測受電弓臺升平面重合，并用全站儀對9點 標定板的九個水泥電阻高溫熱點進行校正；
[000引 a3對安裝好的9點標定板成像：在高速動車靜止狀態(tài)下，對安裝好的9點標定板 通電一分鐘，水泥電阻發(fā)熱均勻后，利用安裝在高速動車頂部的紅外相機采集此時的9點 標定板視頻，并選取視頻中清晰的圖像作為像素坐標圖像，并通過圖像處理中角點檢測方 法找出九個水泥電阻高溫熱點在圖像中對應的位置，得出九個水泥電阻高溫熱點的像素坐 標（X'，y'，W'）；
[0009] a4對紅外相機成像的像素坐標（x'，y'，w'）進行矯正，根據(jù)矯正后的像素坐標X， y精確算出導高值和拉出值。
[0010] 進一步的，步驟a2中校正要求為標定板上最上一行S個水泥電阻高溫熱點的高 度在軌道平面6300 ± 1mm處，中間一行=個水泥電阻高溫熱點在5800 ± 1mm，最下一排水泥 電阻高溫熱點在5300 +1mm位置。
[0011] 進一步的，步驟a4中紅外相機成像的像素坐標（x'，y'，w'）進行矯正的具體方法 如下：
[0012] a41計算映射系數(shù)；根據(jù)受電弓升降的平面與相機祀面平面相對固定，故紅外相 機成像的像素坐標（x'，y'，w'）與受電弓升降平面的現(xiàn)實坐標（u，v，w)存在映射關系滿足 如下公式：
[001 引
【權利要求】
1. 適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標定方法，其特征在于，包括如下步驟： al準備9點標定板：利用鋁合金型材定制標定板，在標定板的表面上等間距均勻設置 九個水泥電阻高溫熱點，每個水泥電阻底部與標定板之間均設置尼龍卡子，同時設定九個 水泥電阻高溫熱點的現(xiàn)實坐標（u，v，w); a2安裝9點標定板：使9點標定板與被測受電弓臺升平面重合，并用全站儀對9點標 定板的九個水泥電阻高溫熱點進行校正； a3對安裝好的9點標定板成像：在高速動車靜止狀態(tài)下，對安裝好的九點標定板通電 一分鐘，水泥電阻發(fā)熱均勻后，利用安裝在高速動車頂部的紅外相機采集此時的9點標定 板視頻，并選取視頻中清晰的圖像作為像素坐標圖像，并通過圖像處理中角點檢測方法找 出九個水泥電阻高溫熱點在圖像中對應的位置，得出九個水泥電阻高溫熱點的像素坐標 (X，，y'，w'）； a4對紅外相機成像的像素坐標（x'，y'，w'）進行矯正，根據(jù)矯正后的像素坐標x，y精 確算出導高值和拉出值。
2. 根據(jù)權利要求1所述的適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標定方法，其特征 在于，步驟a2中校正要求為標定板上最上一行三個水泥電阻高溫熱點的高度在軌道平面 6300±Imm處，中間一行三個水泥電阻高溫熱點在5800± 1mm，最下一排水泥電阻高溫熱點 在5300 ±Imm位置。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標定方法，其 特征在于，步驟a4中紅外相機成像的像素坐標（X'，/，w'）進行矯正的具體方法如下： a41計算映射系數(shù)：根據(jù)受電弓升降的平面與相機靶面平面相對固定，故紅外相機成 像的像素坐標（x'，y'，w'）與受電弓升降平面的現(xiàn)實坐標（u，v，w)存在映射關系滿足如下 公式：
公式（1)中，現(xiàn)實坐標中的w為常量，all、al2、al3、a21、a22、a23、a31、a32和a33均 為映射系數(shù)； a42通過映射系數(shù)進行矯正：采集高速動車紅外相機所采集的原始像素坐標圖像，即 公式（1)中的[u，v，w]，結(jié)合公式（1)對應得到矯正后的像素坐標x，y，滿足如下公式：
a43根據(jù)矯正后的像素坐標x，y精確算出導高值和拉出值：根據(jù)矯正后的像素坐標得 到受電弓中心點坐標（xa,ya,za)，接觸線與受電弓的接觸點坐標（xb,yb,zb)，得出拉出值 為xb-xa，導高值為yb。
4. 根據(jù)權利要求3所述的適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標定方法，其特征 在于，步驟a4中計算映射系數(shù)的過程包括如下步驟： a411、根據(jù)矩陣乘法定義，變換公式（1)即可得到如下公式：
同理根據(jù)九個水泥電阻高溫熱點的像素坐標得到九組（x'，y'，w'）與u，v，w的關系式， 得到27個方程式； a412、根據(jù)現(xiàn)有的matlab工具中的pinv函數(shù)求得27個方程中的九個未知數(shù)的最優(yōu) 解。
5. 根據(jù)權利要求3所述的適用于高速動車的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量與標定方法，其特征 在于，步驟a3中紅外相機為單目熱紅外相機。
【文檔編號】G01B11/03GK104501724SQ201510024769
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月19日 優(yōu)先權日:2015年1月19日
【發(fā)明者】范國海, 陳玉浩, 石永祿, 高偉, 薛虎 申請人:成都國鐵電氣設備有限公司