車載接觸網(wǎng)缺陷在線智能識別系統(tǒng)

陶巖

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

關鍵詞：車載接觸網(wǎng)；缺陷；圖像算法；智能識別

中圖分類號：U225；TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0051-02

0 引言

作為列車動力提供設備，接觸網(wǎng)的狀態(tài)直接關系著列車能否安全穩(wěn)定地運行。由于接觸網(wǎng)裝置暴露于自然環(huán)境中，會長期經(jīng)歷不同惡劣天氣的交替作用[1]，不可避免會產生接觸網(wǎng)零部件缺陷，缺陷長期累積將成為威脅電氣化車載接觸網(wǎng)正常運轉的潛在危險。隨著我國高速鐵路快速發(fā)展，為保障列車正常運行，維護國民出行安全，對加強接觸網(wǎng)缺陷檢測提出了進一步的需求。隨著計算機視覺、人工智能等技術地快速發(fā)展，智能化、實時化、非接觸的車載接觸網(wǎng)缺陷識別系統(tǒng)已逐漸成為一種主流趨勢[2-6]。

1 接觸網(wǎng)缺陷及檢測技術

幾何參數(shù)是接觸網(wǎng)主要檢測內容，包括導線拉出值和高度等參數(shù)檢測，主要有接觸式和非接觸式兩類檢測方法[7，8]。接觸式檢測技術檢測速度快、實時性強、技術相對較為成熟，但影響受電弓受流且維護困難。近年來，基于相機列陣和圖像處理技術的非接觸式檢測技術逐漸發(fā)展起來并廣泛應用于實際運營中。

除幾何參數(shù)檢測外，為了適應高速鐵路快速發(fā)展，某些鐵路段對檢測車綜合檢測系統(tǒng)（如圖1所示）提出了接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測需求，比如對接觸網(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、吊弦等的缺陷檢測功能。具體地，要求功能主要有：（1）精準定位接觸網(wǎng)腕臂安裝支柱（或吊柱）位置；（2）準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）自動識別接觸網(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、螺帽松動脫落、開口銷缺失、平衡線、斜拉線、等電位線、防風拉線缺失等；（5）準確記錄發(fā)現(xiàn)的接觸網(wǎng)缺陷并提供分類匯總報告；（6）對同一套腕臂歷史存檔圖像進行自動比對分析?；趥鹘y(tǒng)的圖像處理技術很難識別接觸網(wǎng)懸掛裝置中存在的以上缺陷，而基于機器學習的缺陷智能識別檢測技術可很好解決部分缺陷識別技術難題。

2 車載接觸網(wǎng)缺陷在線智能識別系統(tǒng)

基于圖像處理和人工智能技術，我們研發(fā)了車載接觸網(wǎng)缺陷在線智能識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由硬件和軟件系統(tǒng)組成，主要包括相機列陣、圖像采集服務器、圖像智能分析服務器、缺陷檢測結果呈現(xiàn)終端等，如圖3所示。圖像智能分析服務器是缺陷智能識別系統(tǒng)核心設備，它處理由圖像采集服務器通過相機列陣采集的圖像視頻數(shù)據(jù)，基于智能圖像識別算法對視頻數(shù)據(jù)圖像幀自動進行缺陷識別。檢測車安裝圖像智能分析服務器，對跑過的某個工區(qū)線路進行缺陷在線檢測，之后即刻生成該工區(qū)的缺陷，人工確認后，可立刻安排工區(qū)排查接觸網(wǎng)缺陷，大大提高工作效率。

圖像智能識別算法是實現(xiàn)車載接觸網(wǎng)缺陷在線智能識別系統(tǒng)的根本機制，該圖像識別算法通過構造目標檢測神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)，主要包括數(shù)據(jù)訓練階段和數(shù)據(jù)測試階段，如圖4所示。訓練階段：利用深度學習，對訓練數(shù)據(jù)集中的圖像進行分類訓練，得到調校好的網(wǎng)絡模型。測試階段：利用采集設備實時獲取圖像數(shù)據(jù)，進行目標檢測，獲取目標在實時圖像序列中的坐標位置，再利用目標識別神經(jīng)網(wǎng)絡可以對采集的實時數(shù)據(jù)進行特征提取等工作，進而實現(xiàn)對目標的識別與跟蹤。

3 應用案例

目前，該車載接觸網(wǎng)缺陷智能識別系統(tǒng)已實現(xiàn)的功能主要有絕緣子破損、絕緣子閃絡、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別。圖5（a-f）給出了該車載接觸網(wǎng)缺陷智能識別系統(tǒng)在實際運營中對缺陷的識別效果，可見該系統(tǒng)能準確識別接觸網(wǎng)懸掛支持裝置中的缺陷。

4 結語

本文基于圖像智能識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別系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自主高效、快速地識別車載接觸網(wǎng)懸掛裝置中存在的缺陷，為接觸網(wǎng)中缺陷排查、修復提供了便利和依據(jù)，能大幅度節(jié)約人工檢測的時間和成本。

參考文獻

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