基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法与流程

1.本发明涉及接触网检测技术领域，具体涉及一种基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法。


背景技术：

2.接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供列车上受电弓取流的高压输电线。为了保证输电能够持续、稳定的运行，受电弓和接触线必须可靠接触，而判断受电弓和接触线是否可靠连接的标准就是是否发生燃弧。在发生燃弧的瞬间，弓网会出现离线现象，燃弧过程中释放大量能量，造成弓网受流过程电能传输不稳定，损伤设备，严重时将造成行车事故，这对列车安全稳定运行会产生严重的干扰。燃弧检测装置可以用来判断燃弧发生瞬间列车所处的位置，并反馈给车辆检修人员。
3.现有技术中燃弧检测方式主要有：传统接触式检测方法，包括压力检测方法和硬点检测法，即将采集到的弓网动态接触力信号通过高低压隔离传到车内的数据采集单元。检测设备可以通过测试的弓网动态接触力数据，计算出每跨弓网动态接触力平均值和标准偏差；采用非接触式检测方法，如电流法，运用电流沿接触导线—受电弓—变流器—电动机—钢轨流动的原理，交流电式的理想测定方法能够检测出电流为0的状态，一旦受电弓离开接触导线，流过受电弓的电流为0。这些检测方式虽然都能达到一定的效果，但也受到诸多限制。
4.实际使用中，若采取现有技术中然弧检测方式，如传统接触式检测方法需要对受电弓和碳滑板做相应的改造，耗时耗力，存在安全隐患，且不能实时检测燃弧的发生，也不能对燃弧发生的线路进行定位，检修难度大。如电流法，由于受电弓电流为0，交流电式测量法在机车惰行时，并不能测定信号在什么地方产生离线，因此，有必要提出一种基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法来解决以上问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法，以解决现有燃弧检测系统与方法中存在的不能实时检测燃弧的发生，也不能对燃弧发生的线路进行定位等问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.第一方面、基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统，检测燃弧包括以下模块：
8.燃弧检测模块、热成像模块、定位模块、工控机模块及无线通信模块。所述燃弧检测模块、所述热成像模块、所述定位模块均连接于所述工控机模块，所述燃弧检测模块、所述热成像模块、所述定位模块将图像和位置信息输入所述工控机模块，所述工控机模块分析处理后输出数据。所述定位模块通过usb转ttl线和所述工控机模块连接，所述燃弧检测模块所述热成像模块通过网线和所述工控机模块连接。
9.燃弧检测模块：使输出的信号形式为模拟脉冲形式，用来检测弧光放电时的能量信号并转化成电信号。
10.热成像模块：对受电弓和羊角进行检测，同时能够读取到目标画面中所有物体的表面温度，包括捕捉到燃弧发生瞬间的电弧温度。
11.定位模块：当燃弧检测模块检测到有燃弧现象发生时，定位模块会记录下列车当前的位置信息。
12.工控机模块：所述燃弧检测模块、所述热成像模块以及所述定位模块采集到的图像和位置信息全都存储在所述工控机模块中。
13.无线通信模块：所述无线通信设备实现车地实时通信，把采集到的图像和位置信息实时发送到云端服务器。
14.第二方面、基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统，各模块的工作方法主要如下：
15.所述燃弧检测模块包含一个紫外光燃弧传感器和一个高清工业相机。所述燃弧检测模块进行数值计算时会采用内置运算放大器和ad转换器，当输出电压达到设定的阈值时，可以判断弓网是否发生燃弧现象。
16.紫外光燃弧传感器内置一个光电管，用来检测弧光放电时的能量信号并转化成电信号。所述紫外光燃弧传感器确认发生了弓网燃弧现象后，会发送一个脉冲信号给所述高清工业相机用来实时记录燃弧发生瞬间的弧光放电画面，之后再对采集到的燃弧图片进行灰度值处理，根据燃弧发光的光斑对应的灰度值，从而确定燃弧在图片中的具体位置。
17.所述热成像模块包含一个高清红外相机，高清红外相机时不间断录像，确保不会错过每一个画面中燃弧的温度。
18.所述定位模块包含一个六轴惯导传感器，内置三轴陀螺仪和三轴加速度计三轴陀螺仪是检测角度旋转和平衡的，三轴加速器是检测横向加速的，通过惯导传感器加上gps辅助定位，可以把定位误差缩小在两米以内，从而精准定位到有问题的接触网段。
19.所述工控机模块对所述高清工业相机采集到的图片进行分析和处理，从而得到燃弧光斑在画面中的具体位置，同时通过匹配所述热成像模块中的所述高清红外相机采集到的温度信息，得到灰度值和温度两个要素，所述工控机模块对比两组数据后能更加准确的判断是否误报，减少误报率，提高数据可信度。
20.第三方面、基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测方法，具体有如下步骤：
21.s1、在发生燃弧的瞬间，由所述紫外光燃弧传感器中的所述光电管接收到紫外光，并且把光能转换成电能，产生一个电压。
22.s2、该电压再通过所述燃弧检测模块中的所述运算放大器把电压信号放大，之后通过所述ad转换器把电压信号转换成数字信号，当输出的数字信号超过所设定的阈值时，确认发生燃弧现象。
23.s3、确认燃弧后所述燃弧检测模块传输一个脉冲信号至所述燃弧检测模块中的所述高清工业相机、所述热成像模块中的所述高清红外相机及所述定位模块。
24.s4、所述高清工业相机实时拍照记录下燃弧发生瞬间的画面。
25.s5、所述热成像模块中的所述高清红外相机实时记录下燃弧发生瞬间燃弧中心的温度。
26.s6、所述定位模块实时记录下燃弧发生瞬间列车的具体位置。
27.s7、所有模块采集到的图像信息和位置信息都传输至所述工控机模块并在所述工控机模块中保存。
28.s8、所述无线通信设备实现车地实时通信，把采集到的图像和位置信息实时发送到云端服务器，对弓网运行状态起到实时监测的目的，最大程度保障列车安全稳定运行。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是提供基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法，包括燃弧检测模块、热成像模块、定位模块、工控机模块及无线通信模块，通过燃弧检测模块与所述燃弧检测模块中的所述高清工业相机配合，可以实时拍照记录下燃弧发生瞬间的画面；通过所述燃弧检测模块与所述热成像模块中的所述高清红外相机配合，可以实时记录下燃弧发生瞬间燃弧中心的温度。通过所述燃弧检测模块与所述定位模块配合，可以实时记录下燃弧发生瞬间列车的具体位置；通过所述无线通信设备实现车地实时通信，对弓网运行状态起到实时监测的目的。本技术方案不仅解决现有燃弧检测系统与方法中存在的不能实时检测燃弧的发生的问题，又能对燃弧发生的线路进行定位，本发明有灵活检测，精准判断的特点。
附图说明
30.图1为本发明基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法中所述燃弧检测模块示意图；
31.图2为本发明基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法中燃弧检测模块中的所述高清工业相机采集到的燃弧发生瞬间的图；
32.图3为本发明基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法中所述热成像模块中所述高清红外相机在燃弧发生瞬间采集到的温度图像；
33.图4为本发明基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法中一个实施例提供的一种燃弧检测、图片识别和定位的流程示意图。
34.图5为本发明基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法中一个实施例提供的一种所述燃弧检测模块和所述热成像模块的车顶放置图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
36.第一方面、基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统，检测燃弧包括以下模块：
37.燃弧检测模块、热成像模块、定位模块、工控机模块及无线通信模块。所述燃弧检测模块、所述热成像模块、所述定位模块均连接于所述工控机模块，所述燃弧检测模块、所述热成像模块、所述定位模块将图像和位置信息输入所述工控机模块，所述工控机模块分析处理后输出数据。所述定位模块通过usb转ttl线和所述工控机模块连接，所述燃弧检测模块所述热成像模块通过网线和所述工控机模块连接。
38.燃弧检测模块：使输出的信号形式为模拟脉冲形式，用来检测弧光放电时的能量信号并转化成电信号。
39.热成像模块：对受电弓和羊角进行检测，同时能够读取到目标画面中所有物体的表面温度，包括捕捉到燃弧发生瞬间的电弧温度。
40.定位模块：当燃弧检测模块检测到有燃弧现象发生时，定位模块会记录下列车当前的位置信息。
41.工控机模块：所述燃弧检测模块、所述热成像模块以及所述定位模块采集到的图像和位置信息全都存储在所述工控机模块中。
42.无线通信模块：所述无线通信设备实现车地实时通信，把采集到的图像和位置信息实时发送到云端服务器。
43.第二方面、基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统，各模块的工作主要如下：
44.所述燃弧检测模块包含一个紫外光燃弧传感器和一个高清工业相机。所述燃弧检测模块进行数值计算时会采用内置运算放大器和ad转换器，当输出电压达到设定的阈值时，可以判断弓网是否发生燃弧现象。
45.紫外光燃弧传感器内置一个光电管，用来检测弧光放电时的能量信号并转化成电信号。所述紫外光燃弧传感器确认发生了弓网燃弧现象后，会发送一个脉冲信号给所述高清工业相机用来实时记录燃弧发生瞬间的弧光放电画面，之后再对采集到的燃弧图片进行灰度值处理，根据燃弧发光的光斑对应的灰度值，从而确定燃弧在图片中的具体位置。
46.所述热成像模块包含一个高清红外相机，高清红外相机时不间断录像，确保不会错过每一个画面中燃弧的温度。
47.所述定位模块包含一个六轴惯导传感器，内置三轴陀螺仪和三轴加速度计三轴陀螺仪是检测角度旋转和平衡的，三轴加速器是检测横向加速的，通过惯导传感器加上gps辅助定位，可以把定位误差缩小在两米以内，从而精准定位到有问题的接触网段。
48.所述工控机模块对所述高清工业相机采集到的图片进行分析和处理，从而得到燃弧光斑在画面中的具体位置，同时通过匹配所述热成像模块中的所述高清红外相机采集到的温度信息，得到灰度值和温度两个要素，所述工控机模块对比两组数据后能更加准确的判断是否误报，减少误报率，提高数据可信度。
49.第三方面、基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测方法，具体有如下步骤：
50.s1、在发生燃弧的瞬间，由所述紫外光燃弧传感器中的所述光电管接收到紫外光，并且把光能转换成电能，产生一个电压。
51.s2、该电压再通过所述燃弧检测模块中的所述运算放大器把电压信号放大，之后通过所述ad转换器把电压信号转换成数字信号，当输出的数字信号超过所设定的阈值时，确认发生燃弧现象。
52.s3、确认燃弧后所述燃弧检测模块传输一个脉冲信号至所述燃弧检测模块中的所述高清工业相机、所述热成像模块中的所述高清红外相机及所述定位模块。
53.s4、所述高清工业相机实时拍照记录下燃弧发生瞬间的画面。
54.s5、所述热成像模块中的所述高清红外相机实时记录下燃弧发生瞬间燃弧中心的温度。
55.s6、所述定位模块实时记录下燃弧发生瞬间列车的具体位置。
56.s7、所有模块采集到的图像信息和位置信息都传输至所述工控机模块并在所述工控机模块中保存。
57.s8、所述无线通信设备实现车地实时通信，把采集到的图像和位置信息实时发送到云端服务器，对弓网运行状态起到实时监测的目的，最大程度保障列车安全稳定运行。
58.本发明提供下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
59.参见图1，本发明提供了基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法，该方法中紫外光检测主要依赖所述紫外光燃弧传感器，在发生燃弧的瞬间，由所述光电管1接收到紫外光，并且把光能转换成电能，产生一个电压，该电压再通过所述运算放大器2把电压信号放大，之后通过所述ad转换器3把电压信号转换成数字信号，当输出的数字信号超过所设定的阈值时，确认发生了燃弧现象。
60.参见图2，图中是所述热成像模块中的所述高清红外相机捕捉到的受电弓温度画面，所述高清红外相机是不间断运行的，实时采集弓网的温度视频，我们可以选定需要测定表面温度的区域，所述高清红外相机会一直跟随该区域，绝对不会漏过每一个画面的温度数据，当发生燃弧时，可以随时调出燃弧发生瞬间的电弧温度。
61.参见图3，图中是所述燃弧检测模块中的所述高清工业相机捕捉到的燃弧发生瞬间的燃弧画面，可以看到在受电弓和碳滑板接触的区域发生了强烈的弧光放电，这种大燃弧电流可达上千安培，对地铁安全稳定运行造成了严重影响，所以必须及时排除这些隐患点。
62.参见图4-5，图4是本发明基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法的具体功能模块执行流程图，图5是一具体实施例的功能模块布局图，下面结合图4来对图5的具体实施例作进一步说明。
63.参照图4，在车辆运行过程中，当弓网发生燃弧时，所述燃弧检测模块中的所述紫外光燃弧传感器4检测到所述燃弧信号，之后再传输一个脉冲信号给所述燃弧检测模块中的所述高清工业相机5，所述高清工业相机5实时拍照记录下燃弧发生瞬间的画面，与此同时，所述热成像模块中的所述高清红外相机6也实时记录下燃弧发生瞬间的燃弧中心温度，之后所述定位模块也实时记录下燃弧发生瞬间列车的具体位置，同时所有模块采集到的图像信息和位置信息都存储在所述工控机模块里，所述定位模块7中的六轴惯导传感器通过usb转ttl线和工控机连接，所述燃弧检测模块和所述热成像模块的相机通过网线和工控机8连接。车内还搭载了所述无线通信模块9，实现了车地实时通信，把采集到的图像和位置信息实时发送到云端服务器，对弓网运行状态起到实时监测的目的，最大程度保障列车安全稳定运行。
64.本发明技术方案使用原理，基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法，包括燃弧检测模块、热成像模块、定位模块、工控机模块及无线通信模块，通过燃弧检测模块与所述燃弧检测模块中的所述高清工业相机配合，可以实时拍照记录下燃弧发生瞬间的画面；通过所述燃弧检测模块与所述热成像模块中的所述高清红外相机配合，可以实时记录下燃弧发生瞬间燃弧中心的温度。通过所述燃弧检测模块与所述定位模块配合，可以实时记录下燃弧发生瞬间列车的具体位置；通过所述无线通信设备实现车地实时通信，对弓网运行状态起到实时监测的目的。本技术方案不仅解决现有燃弧检测系统与方法中存在
的不能实时检测燃弧的发生的问题，又能对燃弧发生的线路进行定位，本发明有灵活检测，精准判断的特点。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统，其特征在于，包括燃弧检测模块、热成像模块、定位模块、工控机模块及无线通信模块。所述燃弧检测模块、所述热成像模块、所述定位模块均连接于所述工控机模块，所述燃弧检测模块、所述热成像模块、所述定位模块将图像和位置信息输入所述工控机模块，所述工控机模块分析处理后输出数据，所述定位模块通过usb转ttl线和所述工控机模块连接，所述燃弧检测模块所述热成像模块通过网线和所述工控机模块连接；燃弧检测模块：使输出的信号形式为模拟脉冲形式，用来检测弧光放电时的能量信号并转化成电信号；热成像模块：对受电弓和羊角进行检测，同时能够读取到目标画面中所有物体的表面温度，包括捕捉到燃弧发生瞬间的电弧温度；定位模块：当所述燃弧检测模块检测到有燃弧现象发生时，所述定位模块会记录下列车当前的位置信息；工控机模块：所述燃弧检测模块、所述热成像模块以及所述定位模块采集到的图像和位置信息全都存储在工控机模块中；无线通信模块：所述无线通信设备实现车地实时通信，把采集到的图像和位置信息实时发送到云端服务器。2.如权利要求1所述的基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统，其特征在于，包括：所述燃弧检测模块包含一个紫外光燃弧传感器和一个高清工业相机。紫外光燃弧传感器内置一个光电管，用来检测弧光放电时的能量信号并转化成电信号；所述热成像模块包含一个高清红外相机，高清红外相机时不间断录像，确保不会错过每一个画面中燃弧的温度；所述定位模块包含一个六轴惯导传感器，内置三轴陀螺仪和三轴加速度计三轴陀螺仪是检测角度旋转和平衡的，三轴加速器是检测横向加速的，通过惯导传感器加上gps辅助定位，可以把定位误差缩小在两米以内，从而精准定位到有问题的接触网段。3.如权利要求1所述的基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统，其特征在于，包括：所述燃弧检测模块进行数值计算时会采用内置运算放大器和ad转换器，当输出电压达到设定的阈值时，可以判断弓网是否发生燃弧现象；所述紫外光燃弧传感器确认发生了弓网燃弧现象后，会发送一个脉冲信号给所述高清工业相机用来实时记录燃弧发生瞬间的弧光放电画面，之后再对采集到的燃弧图片进行灰度值处理，根据燃弧发光的光斑对应的灰度值，从而确定燃弧在图片中的具体位置；所述工控机模块对所述高清工业相机采集到的图片进行分析和处理，从而得到燃弧光斑在画面中的具体位置，同时通过匹配所述热成像模块中的所述高清红外相机采集到的温度信息，得到灰度值和温度两个要素，所述工控机模块对比两组数据后能更加准确的判断是否误报，减少误报率，提高数据可信度。4.基于紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测方法，其特征在于，包括：s1、在发生燃弧的瞬间，由所述紫外光燃弧传感器中的所述光电管接收到紫外光，并且把光能转换成电能，产生一个电压；
s2、该电压再通过所述燃弧检测模块中的所述运算放大器把电压信号放大，之后通过所述ad转换器把电压信号转换成数字信号，当输出的数字信号超过所设定的阈值时，确认发生燃弧现象；s3、确认燃弧后所述燃弧检测模块传输一个脉冲信号至所述燃弧检测模块中的所述高清工业相机、所述热成像模块中的所述高清红外相机及所述定位模块；s4、所述高清工业相机实时拍照记录下燃弧发生瞬间的画面；s5、所述热成像模块中的所述高清红外相机实时记录下燃弧发生瞬间燃弧中心的温度。s6、所述定位模块实时记录下燃弧发生瞬间列车的具体位置。s7、所有模块采集到的图像信息和位置信息都传输至所述工控机模块并在所述工控机模块中保存。s8、所述无线通信设备实现车地实时通信，把采集到的图像和位置信息实时发送到云端服务器，对弓网运行状态起到实时监测的目的，最大程度保障列车安全稳定运行。

技术总结
本发明提供一种紫外光检测和图像识别燃弧点定位检测系统与方法，包括燃弧检测模块、热成像模块、定位模块、工控机模块及无线通信模块，通过燃弧检测模块与燃弧检测模块中的所述高清工业相机配合，可以实时拍照记录下燃弧发生瞬间的画面；通过燃弧检测模块与所述热成像模块中的高清红外相机配合，可以实时记录下燃弧发生瞬间燃弧中心的温度。通过燃弧检测模块与所述定位模块配合，可以实时记录下燃弧发生瞬间列车的具体位置；通过无线通信设备实现车地实时通信，对弓网运行状态进行监测。本技术方案不仅解决现有燃弧检测系统与方法中存在的不能实时检测燃弧的发生的问题，又能对燃弧发生点进行定位，本发明有灵活检测，精准判断的特点。断的特点。断的特点。


技术研发人员：吕明朝 王奎 赵晓敏
受保护的技术使用者：上海天链轨道交通检测技术有限公司
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/8/23