西南交通大学电气工程学院教授刘志刚

 

 

　　我从偏理论的方面做一次汇报。我的汇报主要有五部分，第一部分是非接触图像检测主要问题，第二部分是现在传统的弓网的自动识别方法，第三部分是新型识别方法，第四部分是全三维的弓网检测系统平台的搭建，第五个部分是就是关于接触网它性能的评估。

 

 

　　现在最重要的就是6C系统，我认为存在主要问题主要就是两大问题：

 

　　第一个问题，数据图像采集的质量受环境的影响很大。实际上就是说如果我们这个图片是白天在太阳光下，或者说在学天下雨天拍的，实际上这个图像是不能用的这是第一个问题

 

　　第二个问题就是我们如果采集了大量图像，那么还是一张一张，比如说几万张是不是安排人去人工一张一张的看，目前基本上是这样的。那么就是说大量复杂的图片，它无法进行一个自动识别，那么需要去人工识别效率比较低。比如说下面的这两张图片是比较复杂的，那么就是说实际上是计算机很难把故障和不正常的状态检测出来，我们需要人工识别。

 

 

　　传统的方法非常多，包括了几何的方法、光学定位的方法、边缘的方法。比如说我们对受电弓的滑板进行一个检测，这个检测的方法有很多。那么还有一些很简单的比如说Radon变化，那么用直线的方法也可以很简单的提出来，定位器可以对坡度进行检测，那么它的方法比较传统，就是直线的检测，还有磨耗的检测。

 

 

　　那么直线的检测还有利用什么呢，我们利用红外图象进行一个Hough变换方法的介绍，这是直线的检测方法，这是传统的检测方法，无法就是通过直线，通过我们的这种几何三角关系检测。我们看一下新型的弓网图像的智能方法，怎么从一个复杂的图像把这个相关的一些信息，把它图出来。第一个最重要的就是图元，这块扣出来就是图元分解，怎么把一个它的铰链处抠出来，需要一个相关的图元分解，我可以一步一步的提出来，最后提出一个结果可以看最后的，就是这个箭头的标识。

 

　　还有一个我们的小波方法，这是一个比较常用的方法。比如说我对图片边缘的检测，那么当然比Hough变化，比Radon变化，比我们直线的分析好很多，这是我们对它的绝缘子的检测。首先我们把这个绝缘子通过图元的分析方法抠出来，接下来我们进行一个模板匹配，因为这个绝缘子可以从不同的角度可以从45度90度等等不同的角度，怎么样不同的角度进行一个模板匹配，我们可以用一些方法。然后再根据我们拍摄它的照片反射点，可以把这个中心提出来。最后我再进行一个绝缘子异物的检测，我可以通过相关的分解，很快自动识别出来。

 

　　还有一个比较新的就是曲波的方法，这是尺度的方法，我们可以进行一个局部的放大，尤其对一些暴光时间比较长的一些照片，比如说受电弓的照片进行一个处理，那么也可以得到一个小的效果。比如说这是对传统的这种，我们滑板的检测，可以通过边缘的提取缺陷，这个螺钉，裂纹、接缝和划痕都可以很清楚的，如果说这个照片像我们这种是非常清楚的识别出来，可以通过窗口进行一个相关的识别。

 

　　我们可以把这种方法用在什么呢，用在我们绝缘子比如说它的破损，异物的检测，这种方法叫做形态学的能量边缘的破损检测。最右边的图把破损的处可以很清楚的检测出来，还可以用角点的方法。比如说我们可以利用这个不是很清楚，我们可以利用这种方法，把比较复杂的这种接触网悬挂装置的绝缘子，很清楚把它的破损或者说把它的异物检测出来。

 

　　最后进行一个统计曲线的分析，当然了还有很多的方法，我们可以通过复杂的这种自身装置，可以定点的定位1234，然后通过一些算法把它识别出来，当然这是相关的一些仿射的异物检测方法。

 

　　我们可以用尺度不变的特征提取，可以提取什么呢，提取我们绝缘子，我们的接触网中比较复杂的这种，比如说双耳处断裂，这种方法我们基于这局部特征提取不变特征提取的方法，那么实际上它的效果非常好。当然了我们可以对它进行一个改进，比如说我们对它一个分析，比如说它断裂是断裂什么程度，那么它是不是有裂纹，然后它断裂的角度是什么，我们可以根据后面的结果识别出来。还有在这种方法基础上有一个快速的算法叫做SURF算法，这个算法我们用在绝缘子的识别上面，这个效果也是比较好的，这是它一个匹配的示意图。

 

 

　　6C实际上二维的。那么我们想能不能做一个三维的？

 

　　三维有三个好处：设计的、可以检测和可进行三维培训。拍的照片是通过三维进行重构就是可以检测，可以把我们相关的牵引供电的监测系统设到三维的系统中，还有运行的维护。比如说哪一个地方出现灾害，就把这个实时的三维的图调出来，可以做一些它的一个运营维护，比如说制定就在的方案等等。三维培训指的是我们的供电段职工上岗之前进行三维培训，它不是说我只是一个简单的文字，或者说一个图片，而是一个面向全景式的。

 

　　我们建立的一个电力系统的相关三维图，我们接触网的设计，接触网的弓网的检测，各个零部件的三维的检测，还有牵引供电系统整个的建模可以实现这样的一个功能这是我们的想法。我们目前做出来的是什么呢，我们做出来的是三维建模，那么我们做了一些初步的研究，比如说我们通过一个双目的摄像机，可以把所拍摄的照片进行一个三维化，那么三维化就是说它采用的技术就是三维建模的技术。那么我们做一个例子，这个例子实际上在一个职业学校已经使用了，就是虚拟平台的三维化。

 

　　比如说测量导高，不需要现场专门做，可以用三维的模拟，就是说你测这个方法，就是测导高的方法对不对，然后做一个判断。那比如说这个是它的一个补偿装置的一个培训方法，能不能进行一个三维的一个操作，这是我们做的一个虚拟实训平台的应用。我们可以把这个接触网本身这种打弓模拟出来，我们可以让职工看这个培训的时候，可以看到实际上没有发生，但是我可以把这个打弓的故障清晰的用三维的方式，把它描述出来。我们对变电所本身里面设备的三维化的建模，我们操作过程中，直接对三维进行操作，那么相应的结果它是不是对，那都可以显示出来这是三维的。比如说三维的这种轨道车的仿真也可以把它做出来，比如说这是我们的这种培训，或者说教育的平台也可以把它三维化这是虚拟实训平台的方式。

 

 

　　我们做接触网系统就是希望这个接触网系统本身的状态怎么样。这个接触网和我现在运行的接触网，和我前一年运行的接触网和后年运行的接触网，性能是不是匹配。实际上接触网对接触面来说只是三维的一个变化。比如说拉出值的变化，比如说上下振动的变化，比如说纵线的变化，能不能按照这个变化成立一个评判的函数或者说曲线，评判的好坏。

 

　　比如说我可以做京沪线100公里在相同速度下的接触网，我们叫做接触网线谱的比较，这个图可以很清楚的看到。在不同的规划里面看它的谱是不一样的，说明这两条线在同样的速度下，它的接触网的性能是不一样的，那么具体怎么提出指标，哪一个好坏，需要很多的数据验证。

 

　　以沪昆线为例，在50公里和100公里的接触网线谱也是不一样的，但是它们的趋势是一样的，这给我们一个很好的启示。那么我们这样就可以划出什么呢，划出同一条线不同速度下等级的接触网线谱，就是说可以划什么100公里，150公里，250公里，300公里，350公里，不同的接触网线谱，就是说我们通过这个谱就可以知道，在不同速度下，这个接触网本身的状态是什么样子的。同一条线可以很明显，基本上它的谱是相同的，但是它对应的频率和谱是相同的，但是谱的大小是不同，可能会有一些变化，这个我们要通过这个变化来找出在不同速度下，它接触网的状态。当然了我们还可以做一些不同弓的项目，比如说采用JSA250弓的接触网线谱，那么我采用SS400+受电弓不同的结果，我们可以看一下，实际上它们对相同的线路来说，它们这个线谱是不一样的。在不同的频率上面它是不一样的，就是说我可以通过微小的频谱的变化可以知道，就是哪一个更好。那么我还可以做什么呢，可以做风的情况，这是一个仿真，风很难测，风的情况下相同的接触网不同的影响，这是无风的情况下。我们可以看20米每秒风的情况下，它的接触网线谱，虽然趋势一样，但是它的值是完全不一样的。就是说我可以评估在不同的风速情况下，这个接触线系统，那么它的性能。我们提出了接触网抬升谱和受电弓抬升谱的概念，那么我们也可以做一个相同的一个比较，我们通过这个比较可以发现它本身这种接触系统，它的一个状态和性能。

 

　　比如说我们可以做一个弓网的抬升谱，比如说在这个抬升谱这是250，采用这样的受电弓，这是380的受电弓。那么我们可以看出来，就是在这个受电弓的情况下它已经离线了，也就是说我采用了这个弓跑300公里的时候，这个弓是不合适的，不同的弓不同的网匹配是不一样的，怎么用定量的指标表述它呢，比如说我提出了一个系数，相关性的系数，可以算具体的值可以看出来最好的弓是SS400+，把以前认为定性的表述方式改为定量化，这是我们采用接触网线谱一个很重要的原因。

 

　　我们除了接触网线谱评估我们还知道在接触线高速铁路中，列车的速度受到波动速度的影响，波动速度是500公里，这个列车只能跑到70%，这是一个经验值，怎么样做一个理论的分析呢，我就用这个谱的方式，比如说我的速度跑300公里，那么这个波动的速度，这个300公里指整个接触网线系统是25%，52%的波动速度，那么跑400公里，就是70%的波动速度，跑500公里，跑550公里，就是说我这个车能不能跑多少，这个具体的值是多少，可以用这个谱的方式把它定量化，虽然现在目前来说我们做的还没有一个具体的数字，但是我们这个最后分析的结果可以看出来，就是说实际上你从300、500、550，相关的谱不一样，我可以用相关的谱值来定位算这个值是多少。就是说这个列车最高的速度是多少，380还是390，这是它的另外一个用途，这是我们的接触网线谱。这是我们做的一个弓网图象识别的研究发明专利，还有申请相关制作。