肖冰語，徐恒巍，孫藝洋

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130113）

在科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展的大時代背景下，我國電氣化鐵路管理水平出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。隨著人們生活水平的逐漸提高，城市架構(gòu)內(nèi)部的交通軌道系統(tǒng)及鐵路對高速接觸網(wǎng)動態(tài)特性的要求也隨之提升，經(jīng)過科研人員的不斷研發(fā)和探索，管理人員通過特定方式對弓網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行多元檢測，尤其是在動態(tài)檢測試驗中，其利用適量的激光測量方法，經(jīng)過相關(guān)人員的不斷優(yōu)化和調(diào)整，采用導(dǎo)高方式能夠?qū)⒄w測量誤差降至1 ～2cm,進(jìn)一步了解后發(fā)現(xiàn)，管理人員還可利用雷達(dá)激光方法確定拉出值的數(shù)據(jù)信息，整體測量誤差降至1cm 左右。為了全面提升弓網(wǎng)檢測的真實性和準(zhǔn)確性，高速鐵路管理部門應(yīng)摒棄傳統(tǒng)的弓網(wǎng)檢測方法，順應(yīng)時代發(fā)展潮流，積極利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，在引進(jìn)適量的高清攝像頭設(shè)備后，進(jìn)一步對攝像頭拍攝的圖像信息進(jìn)行識別，掌握視距內(nèi)弓網(wǎng)接觸部位所形成的輪廓曲線存在規(guī)律后，在各個部門周密分析的基礎(chǔ)上，制定科學(xué)合理的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)目的的非接觸式檢測方案，為后期拉出值及導(dǎo)線測量工作的獲取創(chuàng)設(shè)諸多有利條件。

1 弓網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容分析

1.1 地鐵車輛弓網(wǎng)系統(tǒng)

眾所周知，接觸網(wǎng)和受電弓是地鐵車輛的重要組成部分，例如，首先，在地鐵運輸軌道上方架設(shè)是現(xiàn)實接觸網(wǎng)主要安設(shè)的形式之一，此個架構(gòu)主要是將大量電能及時輸送至正在移動的牽引自系統(tǒng)架構(gòu)中，采用特定模式滿足地鐵車輛牽引的實際需求。一般情況下，可以將接觸網(wǎng)分為柔性懸掛和剛性懸掛兩種方式，柔性懸掛主要是通過支柱、接觸線、吊弦及承力索等重要元器件組成的，而旋轉(zhuǎn)底座、絕緣子、匯流排和接觸線等重要零部件則是剛性懸掛的重要組成部分，在不同的接觸網(wǎng)架構(gòu)中發(fā)揮著相應(yīng)的作用；其次，針對受電弓等架構(gòu)，是地鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)中重要的受流設(shè)備，在現(xiàn)實生活中，全面連接地鐵車輛及相關(guān)接觸網(wǎng)，主要是與接觸網(wǎng)緊密連接后達(dá)到電能快速傳輸?shù)男Ч?/p>

1.2 弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)的主要方式

（1）人工檢測。管理人員應(yīng)采用人工登頂測量方式，采用特定方式及時獲取弓網(wǎng)系統(tǒng)的測量參數(shù)數(shù)據(jù)信息。大量實踐表明，人工檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果相對準(zhǔn)確可靠，然而，在實際的檢測過程中，需要管理人員進(jìn)行停車對相關(guān)部位進(jìn)行檢測，相關(guān)部門需要投入大量的人力物力資源才能完成此項工作，整個檢測的效率相對較低，不能滿足現(xiàn)實地鐵在線檢測的工作要求。

（2）接觸式檢測。此種檢測方式的操作原理如下：管理人員妥善運用地鐵車輛弓網(wǎng)系統(tǒng)的溫度、速度及加裝壓力傳感器，及時更新并學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論知識，切實應(yīng)用完整的弓網(wǎng)間數(shù)學(xué)關(guān)系后，采用相關(guān)方式將傳感器內(nèi)部的參數(shù)信息轉(zhuǎn)換成測量數(shù)據(jù)信息，大量實踐表明，此種檢測方式在應(yīng)用后，內(nèi)部的傳感器在標(biāo)記期間會受到外界客觀環(huán)境因素的影響，抗干擾效果較差的基礎(chǔ)上，不利于接觸式檢測方式的普及和推廣。

（3）非接觸式檢測。據(jù)有關(guān)資料顯示，通過地鐵車輛的基礎(chǔ)視覺采集單元對特定圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理時非接觸式檢測方法的主要形式，檢測人員在反復(fù)優(yōu)化、調(diào)整后，緊密聯(lián)系先進(jìn)的圖像加工處理方法，實時獲取相對準(zhǔn)確的參數(shù)檢測結(jié)果，非接觸式檢測方法在實際應(yīng)用中，具備抗干擾性較強(qiáng)且實時性較高的諸多優(yōu)勢，受到了相關(guān)行業(yè)管理人員的一致好評。與此同時，有關(guān)資料顯示，國內(nèi)外檢測人員通過大量研究出適量的智能弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)，確保對弓網(wǎng)點進(jìn)行檢測、幾何參數(shù)檢驗等諸多工作的順利進(jìn)行。

2 智能識別簡介

管理人員利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，在快速獲取大量圖像信息后，對內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面分析、處理及整合，從不同角度對不同形式的圖像進(jìn)行技術(shù)加工處理即可稱為圖像識別技術(shù)。一般情況下，在實際的工業(yè)生產(chǎn)期間，操作人員應(yīng)利用適量的工業(yè)相機(jī)拍攝的圖片，引進(jìn)相關(guān)軟件系統(tǒng)對整個圖像的像素差進(jìn)行統(tǒng)一識別操作，在利用相關(guān)人工智能識別技術(shù)后，獲取精準(zhǔn)的識別參數(shù)信息。例如，動態(tài)檢測系統(tǒng)應(yīng)用過程中，管理人員不但要及時收集大量的原始圖像，還應(yīng)同時獲取相應(yīng)的接觸線目標(biāo)信息，在統(tǒng)一收集諸多干擾目標(biāo)信息后，保證檢測系統(tǒng)能夠全面對原始圖像進(jìn)行收集和處理，從而完整的對接觸線目標(biāo)圖像的起始點和終止點予以確定，在得出相應(yīng)的接觸線目標(biāo)圖像寬度，并根據(jù)最終得出的接觸線圖，結(jié)合算法定位出目標(biāo)，采用統(tǒng)一方式獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 算法架構(gòu)分析

針對高速鐵路車輛的弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)，經(jīng)過科研人員周密分析的基礎(chǔ)上，通常會將弓網(wǎng)檢測攝像頭安裝在弓正前方1 ～2m 處，利用相關(guān)元器件構(gòu)建完整的弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)。例如，在受電弓架構(gòu)科學(xué)完整的情況下，操作人員應(yīng)采用特定模式對圖像中受電弓具體位置進(jìn)行確定后，應(yīng)利用自身知識，緊密聯(lián)系受電弓前期標(biāo)定情況，獲取準(zhǔn)確的導(dǎo)高數(shù)據(jù)信息，與此同時，管理人員應(yīng)全面識別接觸網(wǎng)和受電弓的交叉點部位，及時計算獲取中心點的實際距離，由此可以看出，針對弓網(wǎng)圖像的識別處理，應(yīng)高度重視查找交叉點和定位受電弓等方面。

（1）管理人員應(yīng)妥善利用先進(jìn)的圖像濾波處理技術(shù)，對攝像頭拍取的圖像信息進(jìn)行加工處理，采用此種處理方式的主要原因有兩個：第一，圖像識別特征模式大多是由抽出的特征作為主要組成部分的；第二，可以及時地消除圖像在數(shù)字化處理過程中摻雜的噪聲因素干擾。值得注意的是，采用此種方法應(yīng)盡量避免對圖像邊緣信息和重要輪廓的破壞，管理人員應(yīng)及時更新并學(xué)習(xí)相應(yīng)的高斯濾波線性平滑處理方式，實際的二維處理函數(shù)應(yīng)用如下計算公式表示：

通過以上計算公式可以得出，在受電弓定位期間，主要運用了模板匹配算法。具體操作流程如下：管理人員應(yīng)提前對左右弓頭圖像進(jìn)行截取，在確保與高斯濾波后的圖像完全匹配后，采用特定方式對直方圖進(jìn)行均衡化，其次，通過特定的匹配計算方法獲取兩個弓頭位的導(dǎo)高數(shù)據(jù)信息；最后，應(yīng)高度重視高速列車進(jìn)入隧道時弓網(wǎng)的狀態(tài)，例如，在高曝光的空間下，整個弓網(wǎng)的周身結(jié)構(gòu)為白色，背景主要為黑色，在此種情況下，弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)的弓頭完全匹配存在一定困難，因此，為了全面提升精準(zhǔn)效果，且能夠完全適應(yīng)黑夜高曝光的空間環(huán)境，操作人員可以采用canny 邊緣檢測方式對截取分弓頭和視頻圖像進(jìn)行集中處理，同時利用適量的輪廓圖像進(jìn)一步進(jìn)行匹配處理，繼而排除外界客觀環(huán)境對其的干擾。

（2）在定位弓網(wǎng)接觸點具體位置時，管理人員應(yīng)及時關(guān)注承力索等因素在圖像中的干擾狀況，利用高度差產(chǎn)生的成像粗細(xì)效果繼而對接觸線位置、承力索存在形式進(jìn)行分析。例如，在此個算法中，應(yīng)提前對受電弓進(jìn)行定位，進(jìn)一步獲取交叉點的大概位置后，統(tǒng)一規(guī)劃出實際的感興趣區(qū)域，隨后相關(guān)人員通過閉運算的方式對此個區(qū)域進(jìn)行處理，通過先膨脹比后腐蝕運算的方法得出相關(guān)數(shù)據(jù)信息，實際數(shù)學(xué)表達(dá)公式如下：

上述等式中，處理圖像結(jié)果由dst 表示，原圖像由src 表示，處理內(nèi)核由element 代表。管理人員應(yīng)通過參數(shù)調(diào)整方式，妥善利用大量的閉運算處理方法消除較細(xì)的承力索圖像，在確保僅僅保存接觸線的基礎(chǔ)上，方便相關(guān)人員在短時間內(nèi)及時定位接觸點。

首先，統(tǒng)一對整塊感興趣區(qū)域進(jìn)行角分檢測，確保接觸點主要呈現(xiàn)L 型角點，使用harris 算法提前的角度精度相對較高，采用大量的試驗?zāi)M方法后發(fā)現(xiàn)，兩種測算方法在定位計算過程中都會存在一定誤差，進(jìn)一步證實后發(fā)現(xiàn)，在對整段直線路線進(jìn)行提取過程中，采用直線檢測方法能夠及時排除外界各種干擾因素，在誤差逐漸縮小的同時，使用直線檢測方式對背景環(huán)境的干擾不會產(chǎn)生過多敏感。例如，管理人員可以每隔52m，促使弓網(wǎng)與支柱重疊一次，在此種模式下，角點檢測期間會產(chǎn)生大量誤差，此種檢測方法不利于誤差的排除和縮小，假如接觸線的檢測點位在沒有重疊區(qū)域被檢測出來，也不會影響交出點位的準(zhǔn)確度。因此，在實際的檢測過程中，利用霍夫變換算法在opencv中可以直接調(diào)用，在相關(guān)接觸線被完全定位后，管理人員只需要對檢驗路段的交叉點像素坐標(biāo)值充分確定后，和中心點位進(jìn)行對比即可得出相應(yīng)的拉出值。

其次，在工況不穩(wěn)定的情況下，弓網(wǎng)檢測的環(huán)境會發(fā)生大量變化，光照、天氣因素、隧道結(jié)構(gòu)都會從一定程度上影響圖像識別的準(zhǔn)確性。因此，在現(xiàn)實生活中，應(yīng)保證系統(tǒng)檢測參數(shù)處于可以調(diào)節(jié)的狀態(tài)，管理人員應(yīng)采用適當(dāng)方式確保其能滿足弓網(wǎng)系統(tǒng)正常檢測的運行條件，以上檢測程序需要全面調(diào)整的參數(shù)主要包含以下兩個方面：首先，應(yīng)及時對整體圖像邊緣檢測用來與弓頭匹配時的滯后閾值進(jìn)行規(guī)劃；其次，在閉運算過程中，應(yīng)高度重視內(nèi)核矩陣尺寸的參數(shù)信息。

最后，為了確保誤差逐漸減少，應(yīng)通過排除背景環(huán)境的干擾因素，采用適當(dāng)?shù)追蔯anny 邊緣檢測方式獲取相關(guān)輪廓圖像，達(dá)到視頻圖像輪廓能夠和弓頭完全匹配的效果。然而，在現(xiàn)實生活中，大霧、雨雪等自然氣候等外界因素會造成圖像在成像期間的形成條件相對復(fù)雜，管理人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)的canny 檢測方法對滯后閾值進(jìn)行調(diào)整。

4 測試結(jié)果與對比

首先，通過大量實踐表明，采用以上檢測方法形成的圖像，大量細(xì)小的承力索被完全濾除，不會輕易被人們觀測到，管理人員全面記錄接觸線的兩條邊界；其次，管理人員應(yīng)采用適當(dāng)方法對邊界線段進(jìn)行綜合分析，確保其能夠位于弓網(wǎng)交點的平均值即接觸點的坐標(biāo)，與此同時，在隧道環(huán)境檢測過程中，當(dāng)隧道內(nèi)部出現(xiàn)大量的曝光燈照時，雖然背景環(huán)境出現(xiàn)明顯的變化，在部分時間流逝后，還能進(jìn)一步檢測出接觸線。

5 新算法優(yōu)勢與不足

此種算法的優(yōu)勢如下：在復(fù)雜多變的外界環(huán)境下，此種算法應(yīng)用范圍較廣，管理人員應(yīng)不斷進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，通過大量的視頻圖像來拓寬弓網(wǎng)檢測的實際范圍，并且通過大量試驗對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，能夠全面減少運行程序的響應(yīng)時間。由于匹配過程中進(jìn)行輪廓提取時，可能受到其他異物在鏡頭前的干擾，繼而可能產(chǎn)生強(qiáng)大的抗干擾因素影響；其次，在標(biāo)定過程中，知橫豎兩邊的像素所代表的距離通過一把刻有標(biāo)度的直尺就可獲得，在后期硬件準(zhǔn)備過程中應(yīng)用很方便。

然而，此種算法也存在諸多不足之處，例如，首先，在進(jìn)行軟硬橫跨過程中，背景輪廓發(fā)生變化會受到過多因素干擾，形成的圖像在直線檢測中會產(chǎn)生較大誤差；其次，當(dāng)高速列車在隧道進(jìn)出口經(jīng)過時，光線發(fā)生強(qiáng)烈變化時，視頻圖像會產(chǎn)生2 ～3s 的完全黑屏或者白屏現(xiàn)象，產(chǎn)生此種狀況后，管理人員不能通過對程序進(jìn)行改進(jìn)解決此類問題，只能應(yīng)用較好的攝像頭硬件完成檢測工作；最后，在隧道中，由于探照燈造成的接觸線背部的陰影同樣會影響到檢測精度。

6 結(jié)語

總而言之，弓網(wǎng)檢測識別算法會受到諸多外界因素的干擾，相關(guān)人員應(yīng)積極利用先進(jìn)的檢測技術(shù)和智能處理技術(shù)，安裝質(zhì)量較好的監(jiān)控攝像頭后，構(gòu)建完整的弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)，在具體問題具體分析后，采用適宜的檢測算法，達(dá)到預(yù)設(shè)的工作效果。