陶巖

摘 要：為適應(yīng)電氣化鐵路快速發(fā)展，接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測(cè)監(jiān)測(cè)裝置對(duì)接觸網(wǎng)懸掛裝置缺陷檢測(cè)提出了需求。為實(shí)現(xiàn)高效、及時(shí)地檢測(cè)車載接觸網(wǎng)中存在的缺陷，本文結(jié)合圖像智能識(shí)別技術(shù)，提出了一種車載接觸網(wǎng)缺陷在線智能識(shí)別系統(tǒng)，并介紹了該智能識(shí)別系統(tǒng)的基本構(gòu)成及相關(guān)圖像智能識(shí)別算法原理。該缺陷智能識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用實(shí)例表明該系統(tǒng)能高效地進(jìn)行缺陷檢測(cè)，很大程度上節(jié)約了人工檢測(cè)的時(shí)間和成本，為更快發(fā)現(xiàn)、排查及修復(fù)車載接觸網(wǎng)懸掛裝置缺陷提供了便利。

關(guān)鍵詞：車載接觸網(wǎng)；缺陷；圖像算法；智能識(shí)別

中圖分類號(hào)：U225；TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0051-02

0 引言

作為列車動(dòng)力提供設(shè)備，接觸網(wǎng)的狀態(tài)直接關(guān)系著列車能否安全穩(wěn)定地運(yùn)行。由于接觸網(wǎng)裝置暴露于自然環(huán)境中，會(huì)長(zhǎng)期經(jīng)歷不同惡劣天氣的交替作用[1]，不可避免會(huì)產(chǎn)生接觸網(wǎng)零部件缺陷，缺陷長(zhǎng)期累積將成為威脅電氣化車載接觸網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的潛在危險(xiǎn)。隨著我國(guó)高速鐵路快速發(fā)展，為保障列車正常運(yùn)行，維護(hù)國(guó)民出行安全，對(duì)加強(qiáng)接觸網(wǎng)缺陷檢測(cè)提出了進(jìn)一步的需求。隨著計(jì)算機(jī)視覺、人工智能等技術(shù)地快速發(fā)展，智能化、實(shí)時(shí)化、非接觸的車載接觸網(wǎng)缺陷識(shí)別系統(tǒng)已逐漸成為一種主流趨勢(shì)[2-6]。

1 接觸網(wǎng)缺陷及檢測(cè)技術(shù)

幾何參數(shù)是接觸網(wǎng)主要檢測(cè)內(nèi)容，包括導(dǎo)線拉出值和高度等參數(shù)檢測(cè)，主要有接觸式和非接觸式兩類檢測(cè)方法[7，8]。接觸式檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、技術(shù)相對(duì)較為成熟，但影響受電弓受流且維護(hù)困難。近年來(lái)，基于相機(jī)列陣和圖像處理技術(shù)的非接觸式檢測(cè)技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)并廣泛應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)營(yíng)中。

除幾何參數(shù)檢測(cè)外，為了適應(yīng)高速鐵路快速發(fā)展，某些鐵路段對(duì)檢測(cè)車綜合檢測(cè)系統(tǒng)（如圖1所示）提出了接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測(cè)需求，比如對(duì)接觸網(wǎng)懸掛支持裝置零部件（如圖2所示）、硬橫跨、軟橫跨、上跨橋及線夾、吊弦等的缺陷檢測(cè)功能。具體地，要求功能主要有：（1）精準(zhǔn)定位接觸網(wǎng)腕臂安裝支柱（或吊柱）位置；（2）準(zhǔn)確拍攝腕臂組成的清晰圖像；（3）連續(xù)采集相鄰支柱（或吊柱）間接觸線及懸掛的清晰圖像；（4）自動(dòng)識(shí)別接觸網(wǎng)懸掛部件典型缺陷，比如絕緣子及支座裂損、線夾螺母脫落、管帽脫落、螺帽松動(dòng)脫落、開口銷缺失、平衡線、斜拉線、等電位線、防風(fēng)拉線缺失等；（5）準(zhǔn)確記錄發(fā)現(xiàn)的接觸網(wǎng)缺陷并提供分類匯總報(bào)告；（6）對(duì)同一套腕臂歷史存檔圖像進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)分析?；趥鹘y(tǒng)的圖像處理技術(shù)很難識(shí)別接觸網(wǎng)懸掛裝置中存在的以上缺陷，而基于機(jī)器學(xué)習(xí)的缺陷智能識(shí)別檢測(cè)技術(shù)可很好解決部分缺陷識(shí)別技術(shù)難題。

2 車載接觸網(wǎng)缺陷在線智能識(shí)別系統(tǒng)

基于圖像處理和人工智能技術(shù)，我們研發(fā)了車載接觸網(wǎng)缺陷在線智能識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由硬件和軟件系統(tǒng)組成，主要包括相機(jī)列陣、圖像采集服務(wù)器、圖像智能分析服務(wù)器、缺陷檢測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)終端等，如圖3所示。圖像智能分析服務(wù)器是缺陷智能識(shí)別系統(tǒng)核心設(shè)備，它處理由圖像采集服務(wù)器通過(guò)相機(jī)列陣采集的圖像視頻數(shù)據(jù)，基于智能圖像識(shí)別算法對(duì)視頻數(shù)據(jù)圖像幀自動(dòng)進(jìn)行缺陷識(shí)別。檢測(cè)車安裝圖像智能分析服務(wù)器，對(duì)跑過(guò)的某個(gè)工區(qū)線路進(jìn)行缺陷在線檢測(cè)，之后即刻生成該工區(qū)的缺陷，人工確認(rèn)后，可立刻安排工區(qū)排查接觸網(wǎng)缺陷，大大提高工作效率。

圖像智能識(shí)別算法是實(shí)現(xiàn)車載接觸網(wǎng)缺陷在線智能識(shí)別系統(tǒng)的根本機(jī)制，該圖像識(shí)別算法通過(guò)構(gòu)造目標(biāo)檢測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，主要包括數(shù)據(jù)訓(xùn)練階段和數(shù)據(jù)測(cè)試階段，如圖4所示。訓(xùn)練階段：利用深度學(xué)習(xí)，對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的圖像進(jìn)行分類訓(xùn)練，得到調(diào)校好的網(wǎng)絡(luò)模型。測(cè)試階段：利用采集設(shè)備實(shí)時(shí)獲取圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，獲取目標(biāo)在實(shí)時(shí)圖像序列中的坐標(biāo)位置，再利用目標(biāo)識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取等工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別與跟蹤。

3 應(yīng)用案例

目前，該車載接觸網(wǎng)缺陷智能識(shí)別系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)的功能主要有絕緣子破損、絕緣子閃絡(luò)、底座開口銷反插、底座開口銷缺失、U型管開口銷缺失、U型管缺失、定位器電連接線缺失、線夾螺母缺失等缺陷智能識(shí)別。圖5（a-f）給出了該車載接觸網(wǎng)缺陷智能識(shí)別系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中對(duì)缺陷的識(shí)別效果，可見該系統(tǒng)能準(zhǔn)確識(shí)別接觸網(wǎng)懸掛支持裝置中的缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于圖像智能識(shí)別算法提出了一種車載接觸網(wǎng)懸掛裝置缺陷在線智能識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自主高效、快速地識(shí)別車載接觸網(wǎng)懸掛裝置中存在的缺陷，為接觸網(wǎng)中缺陷排查、修復(fù)提供了便利和依據(jù)，能大幅度節(jié)約人工檢測(cè)的時(shí)間和成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 王杰.電氣化鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)方式探討[J].江西建材，2017（13）：139+141.

[2] 安鵬.包神電氣化鐵路牽引供電接觸網(wǎng)智能動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].神華科技，2009，7（05）：63-67.

[3] 西安交通大學(xué).電氣化鐵路接觸網(wǎng)線夾過(guò)熱故障智能診斷方法及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[P].陜西：CN102589612A，2012-07-18.

[4] 朱挺.基于接觸網(wǎng)支柱號(hào)在線智能識(shí)別定位技術(shù)研究[J].上海鐵道科技，2015（01）：24-25+17.

[5] 張春春.基于OpenCV的接觸網(wǎng)定位線夾狀態(tài)智能檢測(cè)[D].西南交通大學(xué)，2016.

[6] 張毅.深度學(xué)習(xí)在接觸網(wǎng)定位器缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018，27（03）：15-19.

[7] 劉寅秋.基于圖像處理的接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)測(cè)量研究[D].中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2012.

[8] 張少華.基于圖像處理的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)方法研究[D].上海工程技術(shù)大學(xué)，2015.