接触网硬点检测方法、电子设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及铁路接触网检测技术领域，尤其涉及一种接触网硬点检测方法、电子设备及可读存储介质。

背景技术

电力机车在运行中，机车受电弓与接触线接触力的变化是非常复杂的，通常我们称引起机车受电弓与接触线的接触力突然变化的地点为接触硬点，统称硬点,接触网上引起接触力突然变化的地点为接触网硬点。

接触网硬点的检测是弓网检测的重要组成部分。接触网上的硬点会对高速运行的受电弓造成撞击，轻则损伤受电弓滑板，重则击碎受电弓弓头。如果受电弓弓头受到破坏，而受电弓又没有自动降弓装置，受损的受电弓就会继续拖挂接触网，继而造成接触网的严重破坏。

现在接触网硬点的检测方式一般为人工巡视或者采用静态检测设备进行检测。人工巡视效率低、检测时间长、因视觉疲劳而漏检的可能性大；静态检测设备虽然精度很高但是需要手动挂接到接触网上进行测量，存在上线困难、带电操作危险风险、劳动强度大、效率低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种接触网硬点检测方法、电子设备及可读存储介质，以解决现有接触网硬点的检测方法存在检测效率低、可视化差的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种接触网硬点检测方法，包括如下步骤：

获取受电弓弓角位置的图像，并选取最大灰度值在预设灰度值范围内的图像作为目标图像；

对所述目标图像进行阈值分割，并根据受电弓静止时获取的图像获取在预设反光区域面积范围内的目标反光区域面积；

根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标；

根据所述边缘图像坐标，获取目标在世界坐标系中的高度信息；

对所述高度信息进行多项式拟合，并对多项式求导求解每个点的加速度信息，根据所述加速度信息，检测接触网硬点。

进一步地，获取受电弓弓角位置的图像，包括通过成像设备拍摄到受电弓在静止和运动时在受电弓弓角位置的反光贴的图像；一种实施方式中，成像设备由线阵相机与近红外激光器组成，两者按照一定标准集成在一个设备中，确保近红外激光器发射的激光与线阵相机的光轴同线；另一种实施方式，成像设备由线阵相机与LED灯组成，两者按照一定标准集成在一个设备中，确保LED灯发射的光与线阵相机的光轴同线。

进一步地，选取最大灰度值在预设灰度值范围内的图像作为目标图像，包括判断受电弓弓角位置的图像的最大灰度值是否大于50，若大于50，则认为图像中可能存在目标对象，选取该图像作为目标图像；若不大于50，则认为目标可能不存在，丢弃该图像，获取下一张图像。

进一步地，根据受电弓静止时获取的图像获取在预设反光区域面积范围内的目标反光区域面积，包括根据受电弓静止时获取的图像，计算反光区域面积，若反光区域面积大于8000，则选择该反光区域面积作为目标反光区域面积。

进一步地，还包括，若反光区域面积不大于8000，则对反光区域面积依次进行高通滤波和图像增强，使反光区域面积大于8000；优选地，所述图像增强为采用灰度拉伸的方法进行图像灰度增强。

进一步地，根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标，包括判断当前图像是否为第一张或者目标找到标志位是否为0，若不为第一张图像或者目标找到标志位不为0，则根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标。

进一步地，还包括，判断当前图像是否为第一张或者目标找到标志位是否为0，若为第一张图像或者目标找到标志位为0，则对整个当前图像进行搜索判断，最终确定目标所在位置，完成目标位置初始化，最后根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标。

进一步地，获取目标的边缘图像坐标，包括获取目标的区域范围，根据目标的区域范围获取图像的灰度方差和灰度均值；

根据灰度方差和灰度均值，选择相应的阈值分割方式对图像进行阈值分割；

对阈值分割后的图像依次进行闭操作、开操作和干扰排除；

获取干扰排除后图像中目标的最大范围，判断目标是否在目标的区域范围内，若目标超过了目标的区域范围，则更新目标的区域范围，否则则不更新；

统计目标个数，当目标个数超过两个时，通过差操作，消去非目标区域；当目标个数只有一个时，做整体区域处理；

根据目标个数，获取目标参数信息；

判断目标参数信息是否在正常的范围内，若是，则确定目标，提取边缘信息，以获取目标的边缘图像坐标。

进一步地，根据灰度方差和灰度均值，选择相应的阈值分割方式对图像进行阈值分割，包括判断灰度方差是否小于36且灰度均值是否小于100，若灰度平均值>100或者灰度方差≥36时，采取固定阈值的阈值分割方法对图像进行阈值分割；若灰度平均值≤100且灰度方差<36时，采用动态阈值分割的方式对图像进行阈值分割。

此外，本发明还提供了一种电子设备，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程序时实现上述接触网硬点检测方法。

此外，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述接触网硬点检测方法。

从上面所述可以看出，本发明提供的接触网硬点检测方法，包括如下步骤：获取受电弓弓角位置的图像，并选取最大灰度值在预设灰度值范围内的图像作为目标图像；对所述目标图像进行阈值分割，并根据受电弓静止时获取的图像获取在预设反光区域面积范围内的目标反光区域面积；根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标；根据所述边缘图像坐标，获取目标在世界坐标系中的高度信息；对所述高度信息进行多项式拟合，并对多项式求导求解每个点的加速度信息；根据所述加速度信息，检测接触网硬点。通过上述接触网硬点检测方法，采用非接触的方式检测接触网硬点，相比接触式的检测方法，减少对受电弓的改造，通过对图像算法来检测受电弓在竖直方向的加速度，用户可在图像中看到受电弓明显的振动，便于分辨，可视化程度高，同时上述接触网硬点检测方法采用独创的图像算法，检测效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中接触网硬点检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中接触网硬点检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中反光贴的设置图；

图4为本发明实施例中接触网硬点检测装置的工作示意图；

图5为本发明实施例中成像设备所拍摄到的受电弓在运动时反光贴的成像图；

图6为本发明实施例中接触网硬点检测方法的一种具体流程图；

图7为图6中目标区域处理步骤的具体流程图；

图8为图5中反光贴的图像经过阈值分割的图；

图9为本发明实施例中电子设备硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图2、3和4所示，本发明提供了一种接触网硬点检测装置，该接触网硬点检测装置包括成像设备1和反光设备，其中，一种实施方式中，如图3所示，成像设备1由线阵相机与近红外激光器组成，两者按照一定标准集成在一个设备中，确保近红外激光器发射的激光与线阵相机的光轴同线；另一种实施方式，成像设备由线阵相机与LED灯组成，两者按照一定标准集成在一个设备中，确保LED灯发射的光与线阵相机的光轴同线；

如图1所示，成像设备1与受电弓2垂直安装，受电弓2安装于电力机车3车顶，如图4所示，成像设备1与受电弓2的水平工作距离为L，成像设备1的仰角为α，视场角为β，成像设备1的视场范围为H；

具体地，反光设备可为反光贴4，反光贴4位于受电弓2弓角位置，如图3所示，反光贴4包括第一反光贴4a和第二反光贴4b，第一反光贴4a和第二反光贴4b平行设置于受电弓2弓角位置；更具体地，反光贴4采用3M的强反光贴。采用反光贴，不必专门定制，方便易获取。开启近红外激光器与线阵相机，图5为本发明实施例中成像设备1所拍摄到的受电弓在运动时反光贴的成像图5，5为反光贴在图像中呈现的反光贴的成像图5。

此外，本发明还提供了一种接触网硬点检测方法，如图1所示，包括如下步骤：

获取受电弓弓角位置的图像，并选取最大灰度值在预设灰度值范围内的图像作为目标图像；

对所述目标图像进行阈值分割，因目标图像中灰度分布不均匀，目标物体在图像中的灰度值较高，通过阈值分割，滤除低灰度的噪声，阈值分割后的图像如图8所示，并根据受电弓静止时获取的图像获取在预设反光区域面积范围内的目标反光区域面积；

根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标；

根据所述边缘图像坐标，获取目标在世界坐标系中的高度信息；

对所述高度信息进行多项式拟合，并对多项式求导求解每个点的加速度信息，根据所述加速度信息，检测接触网硬点。

上述接触网硬点检测方法，采用非接触的方式检测接触网硬点，相比接触式的检测方法，减少对受电弓的改造，通过对图像算法来检测受电弓在竖直方向的加速度，用户可在图像中看到受电弓明显的振动，便于分辨，可视化程度高，同时上述接触网硬点检测方法采用独创的图像算法，检测效率高。

具体地，获取受电弓弓角位置的图像，包括通过成像设备拍摄到受电弓在静止和运动时在受电弓弓角位置的反光贴的图像；一种实施方式中，成像设备由线阵相机与近红外激光器组成，两者按照一定标准集成在一个设备中，确保近红外激光器发射的激光与线阵相机的光轴同线；另一种实施方式，成像设备由线阵相机与LED灯组成，两者按照一定标准集成在一个设备中，确保LED灯发射的光与线阵相机的光轴同线。

为了选取可能含有目标(也即图像中出现反光贴)的图像，选取最大灰度值在预设灰度值范围内的图像作为目标图像，包括判断受电弓弓角位置的图像的最大灰度值是否大于50，若大于50，则认为图像中可能存在目标对象，选取该图像作为目标图像；若不大于50，则认为目标可能不存在，丢弃该图像，获取下一张图像。

进一步地，根据受电弓静止时获取的图像获取在预设反光区域面积范围内的目标反光区域面积，包括根据受电弓静止时获取的图像，计算反光区域面积，若反光区域面积大于8000，则选择该反光区域面积作为目标反光区域面积。计算目标反光区域面积，以便判断目标区域是否亮度偏低，为了方便提取图像中的信息，提高在计算机中的识别率。

进一步地，还包括，若反光区域面积不大于8000，则对反光区域面积依次进行高通滤波和图像增强，使反光区域面积大于8000；优选地，所述图像增强为采用灰度拉伸的方法进行图像灰度增强。

进一步地，根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标，包括判断当前图像是否为第一张或者目标找到标志位是否为0，若不为第一张图像或者目标找到标志位不为0，则根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标。

进一步地，还包括，判断当前图像是否为第一张或者目标找到标志位是否为0，若为第一张图像或者目标找到标志位为0，则对整个当前图像进行搜索判断，最终确定目标所在位置，完成目标位置初始化，最后根据所述目标反光区域面积，获取目标的边缘图像坐标。

进一步地，获取目标的边缘图像坐标，包括获取目标的区域范围，根据目标的区域范围获取图像的灰度方差和灰度均值；

根据灰度方差和灰度均值，选择相应的阈值分割方式对图像进行阈值分割；

对阈值分割后的图像依次进行闭操作、开操作和干扰排除；

获取干扰排除后图像中目标的最大范围，判断目标是否在目标的区域范围内，若目标超过了目标的区域范围，则更新目标的区域范围，否则则不更新；

统计目标个数，当目标个数超过两个时，通过差操作，消去非目标区域；当目标个数只有一个时，做整体区域处理；

根据目标个数，获取目标参数信息；

判断目标参数信息是否在正常的范围内，若是，则确定目标，提取边缘信息，以获取目标的边缘图像坐标。

进一步地，根据灰度方差和灰度均值，选择相应的阈值分割方式对图像进行阈值分割，包括判断灰度方差是否小于36且灰度均值是否小于100，若灰度平均值>100或者灰度方差≥36时，采取固定阈值的阈值分割方法对图像进行阈值分割；若灰度平均值≤100且灰度方差<36时，采用动态阈值分割的方式对图像进行阈值分割。

为了说明本发明接触网硬点检测方法，如图6和7所示，包括如下步骤：

第一工序P1：输入图像：输入线阵相机采集到的图像，如图3，图3中5为反光贴4在图像中的显现；

第二工序P2：灰度判断：判断图像的最大灰度是否大于50，大于50则认为图像中可能存在目标对象，小于50则认为目标可能不存在，丢弃该图像，获取下一张图像；

第三工序P3：阈值分割：图像中灰度分布不均匀，目标物体在图像中的灰度值较高，通过阈值分割，滤除低灰度的噪声，阈值分割后的图像如图8所示；

第四工序P4：面积计算：计算第三工序P3中区域的面积，以便判断目标区域是否亮度偏低。为了方便提取图像中的信息，提高在计算机中的识别率；具体地，面积计算为统计该区域的像素个数。也即通过统计目标区域(反光贴在图像中的显示区域)的像素个数得出；

第五工序P5：面积判断：根据受电弓静止时获取的图像进行目标区域面积(也即反光贴在图像中的面积)计算，正常情况下反光区域面积大于8000，当反光贴上出现脏污时，即反光效果变差时，反光区域在图像中的面积小于8000。对于目标区域面积小于8000的图像，要对其做第六工序P6和第七工序P7；

第六工序P6：高通滤波：滤除高频噪声；

第七工序P7：图像增强：当反光贴出现脏污，反光效果变差时，需要对图像进行图像增强，采用灰度拉伸的方法进行图像灰度增强，是目标区域变得更亮；

第八工序P8：首张判断：判断当前图像是否为第一张，或者目标找到标志位是否为0；具体地，算法中设置了一个首张标志位，该标志位初始值为0，采集一张图像该值增加1，若该值为1，则说明当前图像为第一张。若为第一张图像或者目标找到标志位为0，则进入第九工序P9，否则进入第十工序P10；

第九工序P9：目标位置初始化：对于第一张图像或者在上一张图像中没有找到目标的情况，要对整个图进行搜索判断，最终确定目标所在位置；

第十工序P10：目标区域处理：对目标可能存在的区域做进一步的处理，获取目标的边缘图像坐标；

第十一工序P11：标定计算：对第十工序P10获取的边缘图像坐标进行操作，获取其在世界坐标系中的高度信息；

第十二工序P12：数据处理：对第十一工序获取的高度信息进行多项式拟合，并对多项式求导求解每个点的加速度信息，根据所述加速度信息，检测接触网硬点；具体地，根据加速度信息，判断加速度是否超过设定的阈值，超过阈值本领域技术人员就可以得知检测出了硬点，其中阈值是统计计算多次行车后的图像数据得出的。

在本实施例中，目标区域处理的具体操作见图7所示的具体流程图，包括如下步骤：第一工序P1：获取目标的区域范围。图6中区域处理的输入为原始图像和目标可能存在的区域；第二工序P2：获取图像的灰度方差和灰度均值；第三工序P3：判断灰度方差是否小于36且灰度均值是否小于100，根据这一判定条件选取合适的阈值分割方式；第四工序P4：阈值分割：灰度平均值>100或者灰度方差>＝36时，采取固定阈值的阈值分割方法；第五工序P5：动态阈值分割：灰度平均值<100且灰度方差<36时，采用动态阈值分割的方式；第六工序P6：闭操作：消除一些小的空洞；第七工序P7：开操作：消除一些细小的突触和连接；第八工序P8：干扰排除：消除机车行车过程中可能由接触线、挽臂造成的干扰；第九工序P9：获取第八工序中目标的最大范围，判断目标是否在第一工序的区域范围内；第十工序P10：更新区域：若目标超过了第一工序的区域范围，更新目标区域；第十一工序P11：统计目标个数，理想情况下，目标由两个部分组成，一条较细的亮纹—细亮纹5-1与一条较粗的亮纹—粗亮纹5-2。如图8所示，5-1为较细的亮纹，5-2为较粗的亮纹；第十二工序P12：差操作，当目标个数超过两个时，通过差操作，消去非目标区域；第十三工序P13：整体区域处理：当由于一些外在因素导致，目标个数只有一个时，做整体区域处理；第十四工序P14：获取目标参数信息，目标参数信息可为宽度、面积、比例等信息；第十五工序P15：判断第十四工序中的参数信息是否在正常的范围内；第十六工序P16：确定目标，提取边缘信息，获取目标的边缘图像坐标。

需要说明的是，本发明实施例的接触网硬点检测方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的接触网硬点检测方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本发明实施例的接触网硬点检测方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的接触网硬点检测方法。

上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的接触网硬点检测方法，并且具有相应的接触网硬点检测方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

此外，本发明实施例还提供了一种电子设备，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程序时实现上述实施例中接触网硬点检测方法。

具体地，图9示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

此外，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述实施例中接触网硬点检测方法。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。