本实用新型涉及接触网悬挂检测领域，特别涉及一种基于三维点云接触网几何参数检测装置。
背景技术：
随着国内轨道交通技术的发展，轨道交通成为了货运和客运最重要方式之一，轨道交通的安全运行是国民经济发展中有着至关重要的作用。接触网由接触悬挂装置、定位装置、支持装置等部分组成，作为列车供电系统的重要结构，其性能优劣直接影响着机车的安稳运行。接触网长时间工作在户外，运行环境复杂、恶劣，导致其故障频发，在铁路运行故障中所占比例较大，为保证机车安全稳定运行，减少国民经济损失，对接触网运行过程中的安全隐患检测尤为重要。接触网几何参数主要有导高、拉出值、定位管坡度和接触线磨耗等，是评估接触网供电性能、指导接触网维护的重要指标。几何参数的检测对保障电力的安全可靠运行意义重大。
针对几何参数的检测而言，目前的检测技术主要分为接触式检测和非接触式检测两种，接触式检测主要通过在线路上加传感器来获得弓网的运行状态参数，非接触式检测通过激光雷达、超声波、红外成像仪等装置来获得运行参数，对设备运行状态进行检测，近年来随着成像及测距技术的发展，主要通过装在列车顶部的成像装置获得二维图像数据，进而通过图像处理手段来得到拉出值和导高。但是这类基于二维图像的检测技术受天气及环境因素影响较大，且针对一些检测方法而言，其检测精度受采样相机的分辨率影响较大对设备的要求较高。除此之外，为保证二维图像采集技术的精度，还需在车底加装震动补偿装置，装置较为复杂。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种提高检测效率的接触网几何参数检测装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案
一种基于三维点云的接触网几何参数检测装置，包括检测车，检测车车顶设置图像采集系统，图像采集系统依次连接数据传输系统、图像处理系统、数据分析系统、数据存储系统和客户端，图像采集系统包括一对线状激光器、摄像头和摄像头coms元件，线状激光器对称排列安装，集中照射目标物，激光通过目标物反射至摄像头上的cmos元件，来捕捉目标的深度点云数据，数据采用基于gprs网络无线传输的形式传送至图像处理系统中，图像处理系统、数据分析系统、数据存储系统和客户端都设置在检测车车体内。
本实用新型的便携式接触网零部件超声检测装置通过超声波激励电路产生高压脉冲激励信号；激励信号对接触网零部件作用后超声检测装置会收到一个幅值较小的回波信号；信号调理与采集电路对超声检测装置接收到的高压脉冲激励信号和回波信号进行处理；所述便携式接触网零部件超声检测装置的输出信号通过jtag接口读取，同时在屏幕上进行显示；当出现缺陷回波时，蜂鸣器发出警报以提示缺陷检测结果。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1.本设备通过线状激光器、摄像头和cmos图像传感器获得接触网的深度点云数据，使用时加装在检测车上，无需与接触网直接接触，通过图像处理技术对数据预处理和识别来对接触网的几何参数进行检测，其系统安全性好，受环境影响较小，能够精确检测出接触网的几何参数。
2.本实用新型的检测设备通过三维点云的直线提取算法提取接触线，可一次性提取出接触线包含的坐标信息，进而得出各点的几何参数，效率较高。
3.本实用新型在对接触网几何参数在线检测时，由于所获三维点云数据的连续性，可避免由机车振动等外部干扰引起的检测误差，无需加装震动补偿装置，结构简单。
附图说明
图1-1所示为根据本实用新型的实施例系统结构正面图。
图1-2所示为根据本实用新型的实施例系统结构侧面图
图2所示为根据本实用新型的实施例系统硬件结构图。
图3所示为根据本实用新型的实施例摄像头深度图像采集示意图。
图4所示为根据本实用新型的实施例双三角测距原理图。
图5所示为根据本实用新型的ransac直线提取算法提取点云数据前后效果图。
图6所示为根据本实用新型的实施例参数检测示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种基于三维点云的接触网几何参数检测装置，包括检测车，检测车车顶设置图像采集系统，图像采集系统依次连接数据传输系统、图像处理系统、数据分析系统、数据存储系统和客户端，图像采集系统包括一对线状激光器、摄像头和摄像头coms元件，线状激光器对称排列安装，集中照射目标物，激光通过目标物反射至摄像头上的cmos元件，来捕捉目标的深度点云数据，数据采用基于gprs网络无线传输的形式传送至图像处理系统中，图像处理系统、数据分析系统、数据存储系统和客户端都设置在检测车车体内。采集到的数据通过数据传输系统传送至图像梳理系统中进行处理计算，得到后的数据封装成为数据包保存至存储系统中，同时数据可在客户端中以图像或是表格的方式显示出来，对异常数据给以醒目标注，简洁明了地了解故障位置。系统安装结构正面如图1-1所示，侧面如图1-2所示，硬件结构图如图2所示。
线状激光器参数如表1所示：
摄像头深度图像采集示意图如图3所示，一对对称安装的线状激光器向目标物发射两束线激光，摄像头接收从目标物上反射的激光，随着目标物表面的距离变化，cmos元件所接受的的激光光点的位置也发生相应变化。通过双三角测距原理得出点云数据，其测距原理图如图4所示。图中o为摄像机光心；a、g为投射在目标物上的激光光点；b、h为线激光器；
则
图5为ransac直线提取算法提取前后数据集的对比图。为保证后续识别的速度精度等要求，图像采集系统所得点云数据要进行预处理。将图像采集系统所得深度点云数据无线传输至图像处理系统中，去除数据中的异常值，采用中值滤波算法进行去噪，而后通过ransac直线检测算法对获得的点云数据中的接触线进行识别和提取。ransac算法可以从一组包含局外点的数据中，通过迭代方式来获取数学模型的参数的方法。其过程为以下步骤：
(1)随机选择预处理后的数据中的两个点，设定两点的直线方程。
(2)设定迭代阈值ε、迭代次数k以及分数上限，其中迭代次数为
(3)对数据中点计算该点至直线距离di，若di＜ε，则该点为目标点。并将该点计入目标点个数中，最后所得个数即为该直线的分数。
(4)重复步骤(1)～(3)，寻找得分数最高的直线。计算完成后，提取出得分最高直线的点云数据。
图6为非接触式检测装置参数示意图，p点(xc,yc,zc)为接触线上一点，完成接触线的识别和提取之后，通过对p点坐标做空间坐标转换，将相机坐标系中的目标点云坐标通过坐标变换将坐标转换至世界坐标系中，至此计算出接触线导高和拉出值。图4中相机坐标系与世界坐标系存在着绕x轴的旋转变换，以及x、y轴方向的平移变换。
其中，旋转变换矩阵为：
平移变换矩阵为：
最终的变换矩阵为
由此可得世界坐标系坐标(xw,yw,zw)与点云坐标(xc,yc,zc)之间的对应关系为：
坐标变换后，便可计算出该点的导高hc和拉出值sv的大小。
hc＝yw＝yccosθ zcsinθ h
sv＝xw＝xc l/2-d1
基于上述原理可完成对相关几何参数的计算。
采用microsoftvc 6.0软件开发出一个友好的人机交互客户端，将计算得出的几何参数，以图像或表格的形式显示出来，并将每一环节的数据以数据包的形式保存至数据库。对于处于正常范围外的数据给以醒目标注。
1.一种基于三维点云的接触网几何参数检测装置，其特征在于，包括检测车，检测车车顶设置图像采集系统，图像采集系统依次连接数据传输系统、图像处理系统、数据分析系统、数据存储系统和客户端，图像采集系统包括一对线状激光器、摄像头和摄像头coms元件，线状激光器对称排列安装，集中照射目标物，激光通过目标物反射至摄像头上的cmos元件，来捕捉目标的深度点云数据，数据采用基于gprs网络无线传输的形式传送至图像处理系统中，图像处理系统、数据分析系统、数据存储系统和客户端都设置在检测车车体内。
技术总结