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高速相机在非接触式接触网定位器坡度
自动检测中的应用
随着京津城际铁路、武广高速铁路、郑西高速铁路、沪宁城际高速铁路等相继开通运营，中国铁路正式进入了高铁时代。由于高铁具有大幅缩短旅行时间，显著促进沿线城市经济发展等优点而备受广泛青睐。与此同时，也正是由于高铁列车行车速度较快，跨越地域线路较长，特别是2011年“7·23”甬温线发生特别重大铁路交通事故后，高铁的安全运行问题也越来越成为大众关注的焦点。
目前，我国高速铁路动车组时速可达250公里/小时以上，每秒速度达到70米。在如此高速的运行速度下，对高速列车、轨道和线路基础等高铁安全保障体系的各项关键指标实时监测就变得分外重要，尤其是对为高铁机车提供电能的弓网和出现意外故障时确保列车及时停下来的转向架的监测。非接触式接触网定位器坡度检测是弓网监测的核心，传统的人工定位器坡度检测方法费时耗力，效率低下。迫切需要一种在不停电且不扰乱正常高铁运输秩序的情况下，能动态检测定位器的坡度的自动化监测手段，成功实现整个高铁线路高铁电力线支架定位器的快速精确检测，为高铁接触网运行品质和安全可靠性提供依据，确保高铁接触网的健康运行。
在高铁运行过程中，在机车的顶部用可见光或红外高速相机以一定的安装角度实时拍摄铁轨两侧的铁路支柱以及支柱上悬挂的定位器，然后通过图像处理加人工辅助的方式检查弓网是否正常，以判定是否存在故障隐患。
汇众思壮图像技术有限公司针对该应用提出非接触式图像测量方案，该方案利用线结构光三维视觉原理，通过将线激光器和高速数字摄像机安装在车顶进行测量。线激光器倾斜一定的角度，向接触线照射，高速数字摄像机向上拍摄光条在接触线上的畸变图像，通过成像位置计算出接触线相对摄像机的高度和横向偏移，在根据摄像机安装在车体上的位置，换算定位器坡度的倾斜值。采用这种测量方法，不易受外界干扰，检测精度高。
系统结构图如下：
该系统由高速工业相机、镜头、激光光源、三脚架及服务器组成。系统运行时，部署在服务器上的采集模块实时的把高速拍摄到的熔池图像进行实时显示和存储到主控服务器内部高速存储模块。保存在存储单元中的试验数据可通过服务器上的回放解析模块，查找到有用的试验数据，然后转存为本地的BMP、JPEG等格式文件。
三、硬件解决方案
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设备名称 |
设备构成 |
型号 |
配置 |
数 量 |
单价 |
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高速图像采集存储系统 |
高速相机 |
HXC13 |
1280*1024 |
1 |
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镜头 |
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1 |
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激光光源 |
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高速存储系统 |
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512GB存储，长时间高速存储系统包含采集存储模块以及回放解析模块。 工控机尺寸大小30*30*16cm |
1 |
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设备安装箱 |
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1 |
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总计 |
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四、软件解决方案
s 整个系统包含2个软件子系统，即图像采集与存储系统和回放解析系统。 子系统均部署在同一台工控机。
1、 采集与存储子系统
主要完成图像的采集、显示、实时存储。
其指标可达：
? 实时存储图像数据
? 存储容量为512GB，存储时间可达16个小时。
可具体实现：
? 可灵活控制高速相机输出信号的采集开始和停止、存储的开始和停止。
? 可灵活配置相机图像高度、宽度以及相机曝光模式、曝光值以及增益；
? 可灵活配置可采集卡图像高度、宽度、曝光模式、帧频、缓存、偏移量；
? 可灵活配置存储路径等参数。
采集的图像文件，按照一帧一帧的方式，保存成指定的流文件格式：
在存储开始之前，弹出一个对话框，可允许用户输入需存储的该路段的公里数信息，存储的文件将以:存储路段开始公里数-存储开始年-存储开始月-存储开始日-存储开始时-存储开始分-存储开始秒.dat，可方便用户进行分段图像信息处理。
采集界面如下图所示：
2、 回放解析系统
回放解析系统是事后处理系统，实现对采集存储软件存储的图像文件的回放功能。可实现：
? 支持多个存储的图像流文件的同步或异步播放；
? 支持流文件的图像可放大、缩小，可查看每个像素点的实际像素值，并能对流文件进行管理；
? 能以三种显示方式：图像、表格、曲线（单行或单列）进行图像文件显示；
? 支持显示任意位置任意区域图像的源码以及直方图、方差、统计图；支持任意选定区域内的亮度、对比度调整以及自动对比度、自动色阶等处理；
? 支持图像的漫游和任意局部显示；
? 支持图像显示位置标定功能和跳转定位功能；
? 支持从图像数据帧中分离辅助数据，并按甲方给定的格式进行辅助数据译码显示并存储为文本文件；按照选区或自定义范围特定区域图像文件分割、抽取（行、列降维抽取）、拼接（多传感器图像拼接为大图，支持X、Y两个方向错位量的设置）；
? 支持将存储的图像文件中的任意起始位置转存为BMP、TIFF、JPG、AVI、Raw等格式文件。
回放解析程序主界面如下：