西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授劉志剛

 

 

　　我從偏理論的方面做一次匯報(bào)。我的匯報(bào)主要有五部分，第一部分是非接觸圖像檢測(cè)主要問題，第二部分是現(xiàn)在傳統(tǒng)的弓網(wǎng)的自動(dòng)識(shí)別方法，第三部分是新型識(shí)別方法，第四部分是全三維的弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)的搭建，第五個(gè)部分是就是關(guān)于接觸網(wǎng)它性能的評(píng)估。

 

 

　　現(xiàn)在最重要的就是6C系統(tǒng)，我認(rèn)為存在主要問題主要就是兩大問題：

 

　　第一個(gè)問題，數(shù)據(jù)圖像采集的質(zhì)量受環(huán)境的影響很大。實(shí)際上就是說如果我們這個(gè)圖片是白天在太陽(yáng)光下，或者說在學(xué)天下雨天拍的，實(shí)際上這個(gè)圖像是不能用的這是第一個(gè)問題

 

　　第二個(gè)問題就是我們?nèi)绻杉舜罅繄D像，那么還是一張一張，比如說幾萬(wàn)張是不是安排人去人工一張一張的看，目前基本上是這樣的。那么就是說大量復(fù)雜的圖片，它無(wú)法進(jìn)行一個(gè)自動(dòng)識(shí)別，那么需要去人工識(shí)別效率比較低。比如說下面的這兩張圖片是比較復(fù)雜的，那么就是說實(shí)際上是計(jì)算機(jī)很難把故障和不正常的狀態(tài)檢測(cè)出來，我們需要人工識(shí)別。

 

 

　　傳統(tǒng)的方法非常多，包括了幾何的方法、光學(xué)定位的方法、邊緣的方法。比如說我們對(duì)受電弓的滑板進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)，這個(gè)檢測(cè)的方法有很多。那么還有一些很簡(jiǎn)單的比如說Radon變化，那么用直線的方法也可以很簡(jiǎn)單的提出來，定位器可以對(duì)坡度進(jìn)行檢測(cè)，那么它的方法比較傳統(tǒng)，就是直線的檢測(cè)，還有磨耗的檢測(cè)。

 

 

　　那么直線的檢測(cè)還有利用什么呢，我們利用紅外圖象進(jìn)行一個(gè)Hough變換方法的介紹，這是直線的檢測(cè)方法，這是傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，無(wú)法就是通過直線，通過我們的這種幾何三角關(guān)系檢測(cè)。我們看一下新型的弓網(wǎng)圖像的智能方法，怎么從一個(gè)復(fù)雜的圖像把這個(gè)相關(guān)的一些信息，把它圖出來。第一個(gè)最重要的就是圖元，這塊扣出來就是圖元分解，怎么把一個(gè)它的鉸鏈處摳出來，需要一個(gè)相關(guān)的圖元分解，我可以一步一步的提出來，最后提出一個(gè)結(jié)果可以看最后的，就是這個(gè)箭頭的標(biāo)識(shí)。

 

　　還有一個(gè)我們的小波方法，這是一個(gè)比較常用的方法。比如說我對(duì)圖片邊緣的檢測(cè)，那么當(dāng)然比Hough變化，比Radon變化，比我們直線的分析好很多，這是我們對(duì)它的絕緣子的檢測(cè)。首先我們把這個(gè)絕緣子通過圖元的分析方法摳出來，接下來我們進(jìn)行一個(gè)模板匹配，因?yàn)檫@個(gè)絕緣子可以從不同的角度可以從45度90度等等不同的角度，怎么樣不同的角度進(jìn)行一個(gè)模板匹配，我們可以用一些方法。然后再根據(jù)我們拍攝它的照片反射點(diǎn)，可以把這個(gè)中心提出來。最后我再進(jìn)行一個(gè)絕緣子異物的檢測(cè)，我可以通過相關(guān)的分解，很快自動(dòng)識(shí)別出來。

 

　　還有一個(gè)比較新的就是曲波的方法，這是尺度的方法，我們可以進(jìn)行一個(gè)局部的放大，尤其對(duì)一些暴光時(shí)間比較長(zhǎng)的一些照片，比如說受電弓的照片進(jìn)行一個(gè)處理，那么也可以得到一個(gè)小的效果。比如說這是對(duì)傳統(tǒng)的這種，我們滑板的檢測(cè)，可以通過邊緣的提取缺陷，這個(gè)螺釘，裂紋、接縫和劃痕都可以很清楚的，如果說這個(gè)照片像我們這種是非常清楚的識(shí)別出來，可以通過窗口進(jìn)行一個(gè)相關(guān)的識(shí)別。

 

　　我們可以把這種方法用在什么呢，用在我們絕緣子比如說它的破損，異物的檢測(cè)，這種方法叫做形態(tài)學(xué)的能量邊緣的破損檢測(cè)。最右邊的圖把破損的處可以很清楚的檢測(cè)出來，還可以用角點(diǎn)的方法。比如說我們可以利用這個(gè)不是很清楚，我們可以利用這種方法，把比較復(fù)雜的這種接觸網(wǎng)懸掛裝置的絕緣子，很清楚把它的破損或者說把它的異物檢測(cè)出來。

 

　　最后進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)計(jì)曲線的分析，當(dāng)然了還有很多的方法，我們可以通過復(fù)雜的這種自身裝置，可以定點(diǎn)的定位1234，然后通過一些算法把它識(shí)別出來，當(dāng)然這是相關(guān)的一些仿射的異物檢測(cè)方法。

 

　　我們可以用尺度不變的特征提取，可以提取什么呢，提取我們絕緣子，我們的接觸網(wǎng)中比較復(fù)雜的這種，比如說雙耳處斷裂，這種方法我們基于這局部特征提取不變特征提取的方法，那么實(shí)際上它的效果非常好。當(dāng)然了我們可以對(duì)它進(jìn)行一個(gè)改進(jìn)，比如說我們對(duì)它一個(gè)分析，比如說它斷裂是斷裂什么程度，那么它是不是有裂紋，然后它斷裂的角度是什么，我們可以根據(jù)后面的結(jié)果識(shí)別出來。還有在這種方法基礎(chǔ)上有一個(gè)快速的算法叫做SURF算法，這個(gè)算法我們用在絕緣子的識(shí)別上面，這個(gè)效果也是比較好的，這是它一個(gè)匹配的示意圖。

 

 

　　6C實(shí)際上二維的。那么我們想能不能做一個(gè)三維的？

 

　　三維有三個(gè)好處：設(shè)計(jì)的、可以檢測(cè)和可進(jìn)行三維培訓(xùn)。拍的照片是通過三維進(jìn)行重構(gòu)就是可以檢測(cè)，可以把我們相關(guān)的牽引供電的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)到三維的系統(tǒng)中，還有運(yùn)行的維護(hù)。比如說哪一個(gè)地方出現(xiàn)災(zāi)害，就把這個(gè)實(shí)時(shí)的三維的圖調(diào)出來，可以做一些它的一個(gè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)，比如說制定就在的方案等等。三維培訓(xùn)指的是我們的供電段職工上崗之前進(jìn)行三維培訓(xùn)，它不是說我只是一個(gè)簡(jiǎn)單的文字，或者說一個(gè)圖片，而是一個(gè)面向全景式的。

 

　　我們建立的一個(gè)電力系統(tǒng)的相關(guān)三維圖，我們接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)，接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)的檢測(cè)，各個(gè)零部件的三維的檢測(cè)，還有牽引供電系統(tǒng)整個(gè)的建模可以實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)功能這是我們的想法。我們目前做出來的是什么呢，我們做出來的是三維建模，那么我們做了一些初步的研究，比如說我們通過一個(gè)雙目的攝像機(jī)，可以把所拍攝的照片進(jìn)行一個(gè)三維化，那么三維化就是說它采用的技術(shù)就是三維建模的技術(shù)。那么我們做一個(gè)例子，這個(gè)例子實(shí)際上在一個(gè)職業(yè)學(xué)校已經(jīng)使用了，就是虛擬平臺(tái)的三維化。

 

　　比如說測(cè)量導(dǎo)高，不需要現(xiàn)場(chǎng)專門做，可以用三維的模擬，就是說你測(cè)這個(gè)方法，就是測(cè)導(dǎo)高的方法對(duì)不對(duì)，然后做一個(gè)判斷。那比如說這個(gè)是它的一個(gè)補(bǔ)償裝置的一個(gè)培訓(xùn)方法，能不能進(jìn)行一個(gè)三維的一個(gè)操作，這是我們做的一個(gè)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用。我們可以把這個(gè)接觸網(wǎng)本身這種打弓模擬出來，我們可以讓職工看這個(gè)培訓(xùn)的時(shí)候，可以看到實(shí)際上沒有發(fā)生，但是我可以把這個(gè)打弓的故障清晰的用三維的方式，把它描述出來。我們對(duì)變電所本身里面設(shè)備的三維化的建模，我們操作過程中，直接對(duì)三維進(jìn)行操作，那么相應(yīng)的結(jié)果它是不是對(duì)，那都可以顯示出來這是三維的。比如說三維的這種軌道車的仿真也可以把它做出來，比如說這是我們的這種培訓(xùn)，或者說教育的平臺(tái)也可以把它三維化這是虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的方式。

 

 

　　我們做接觸網(wǎng)系統(tǒng)就是希望這個(gè)接觸網(wǎng)系統(tǒng)本身的狀態(tài)怎么樣。這個(gè)接觸網(wǎng)和我現(xiàn)在運(yùn)行的接觸網(wǎng)，和我前一年運(yùn)行的接觸網(wǎng)和后年運(yùn)行的接觸網(wǎng)，性能是不是匹配。實(shí)際上接觸網(wǎng)對(duì)接觸面來說只是三維的一個(gè)變化。比如說拉出值的變化，比如說上下振動(dòng)的變化，比如說縱線的變化，能不能按照這個(gè)變化成立一個(gè)評(píng)判的函數(shù)或者說曲線，評(píng)判的好壞。

 

　　比如說我可以做京滬線100公里在相同速度下的接觸網(wǎng)，我們叫做接觸網(wǎng)線譜的比較，這個(gè)圖可以很清楚的看到。在不同的規(guī)劃里面看它的譜是不一樣的，說明這兩條線在同樣的速度下，它的接觸網(wǎng)的性能是不一樣的，那么具體怎么提出指標(biāo)，哪一個(gè)好壞，需要很多的數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

 

　　以滬昆線為例，在50公里和100公里的接觸網(wǎng)線譜也是不一樣的，但是它們的趨勢(shì)是一樣的，這給我們一個(gè)很好的啟示。那么我們這樣就可以劃出什么呢，劃出同一條線不同速度下等級(jí)的接觸網(wǎng)線譜，就是說可以劃什么100公里，150公里，250公里，300公里，350公里，不同的接觸網(wǎng)線譜，就是說我們通過這個(gè)譜就可以知道，在不同速度下，這個(gè)接觸網(wǎng)本身的狀態(tài)是什么樣子的。同一條線可以很明顯，基本上它的譜是相同的，但是它對(duì)應(yīng)的頻率和譜是相同的，但是譜的大小是不同，可能會(huì)有一些變化，這個(gè)我們要通過這個(gè)變化來找出在不同速度下，它接觸網(wǎng)的狀態(tài)。當(dāng)然了我們還可以做一些不同弓的項(xiàng)目，比如說采用JSA250弓的接觸網(wǎng)線譜，那么我采用SS400+受電弓不同的結(jié)果，我們可以看一下，實(shí)際上它們對(duì)相同的線路來說，它們這個(gè)線譜是不一樣的。在不同的頻率上面它是不一樣的，就是說我可以通過微小的頻譜的變化可以知道，就是哪一個(gè)更好。那么我還可以做什么呢，可以做風(fēng)的情況，這是一個(gè)仿真，風(fēng)很難測(cè)，風(fēng)的情況下相同的接觸網(wǎng)不同的影響，這是無(wú)風(fēng)的情況下。我們可以看20米每秒風(fēng)的情況下，它的接觸網(wǎng)線譜，雖然趨勢(shì)一樣，但是它的值是完全不一樣的。就是說我可以評(píng)估在不同的風(fēng)速情況下，這個(gè)接觸線系統(tǒng)，那么它的性能。我們提出了接觸網(wǎng)抬升譜和受電弓抬升譜的概念，那么我們也可以做一個(gè)相同的一個(gè)比較，我們通過這個(gè)比較可以發(fā)現(xiàn)它本身這種接觸系統(tǒng)，它的一個(gè)狀態(tài)和性能。

 

　　比如說我們可以做一個(gè)弓網(wǎng)的抬升譜，比如說在這個(gè)抬升譜這是250，采用這樣的受電弓，這是380的受電弓。那么我們可以看出來，就是在這個(gè)受電弓的情況下它已經(jīng)離線了，也就是說我采用了這個(gè)弓跑300公里的時(shí)候，這個(gè)弓是不合適的，不同的弓不同的網(wǎng)匹配是不一樣的，怎么用定量的指標(biāo)表述它呢，比如說我提出了一個(gè)系數(shù)，相關(guān)性的系數(shù)，可以算具體的值可以看出來最好的弓是SS400+，把以前認(rèn)為定性的表述方式改為定量化，這是我們采用接觸網(wǎng)線譜一個(gè)很重要的原因。

 

　　我們除了接觸網(wǎng)線譜評(píng)估我們還知道在接觸線高速鐵路中，列車的速度受到波動(dòng)速度的影響，波動(dòng)速度是500公里，這個(gè)列車只能跑到70%，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，怎么樣做一個(gè)理論的分析呢，我就用這個(gè)譜的方式，比如說我的速度跑300公里，那么這個(gè)波動(dòng)的速度，這個(gè)300公里指整個(gè)接觸網(wǎng)線系統(tǒng)是25%，52%的波動(dòng)速度，那么跑400公里，就是70%的波動(dòng)速度，跑500公里，跑550公里，就是說我這個(gè)車能不能跑多少，這個(gè)具體的值是多少，可以用這個(gè)譜的方式把它定量化，雖然現(xiàn)在目前來說我們做的還沒有一個(gè)具體的數(shù)字，但是我們這個(gè)最后分析的結(jié)果可以看出來，就是說實(shí)際上你從300、500、550，相關(guān)的譜不一樣，我可以用相關(guān)的譜值來定位算這個(gè)值是多少。就是說這個(gè)列車最高的速度是多少，380還是390，這是它的另外一個(gè)用途，這是我們的接觸網(wǎng)線譜。這是我們做的一個(gè)弓網(wǎng)圖象識(shí)別的研究發(fā)明專利，還有申請(qǐng)相關(guān)制作。