基于激光扫描的接触网几何参数检测方法研究_张东
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3] 。 弓滑板的使用寿命 [
。
目前国内在接触网 参 数 检 测 方 面 的 测 量 方 法 主 要 有 两 种 : 接触式检测和非接触式检测 。 接触式检测通常是在受电弓滑 条 或弓架上安装传感器与高压接触线直接接触进行检测 , 这样 在 检测过程中就存在很大的安全隐患 , 而且测量精度较低 。 非 接 触式测量常用 C C D 成像 检 测 法,它 是 利 用 安 装 在 列 车 顶 部 的 高速摄像机对接触网进行拍摄 , 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 , 从而得到接触线的导高和拉出 值 等几何参数 。 这种方法因采集来的图像包含过多冗余信息及 算
2] 。 法过于复杂而影响系统稳定性 [
1 . 2 测量原理 激光扫描仪作为现 场 检 测 设 备 利 用 了 激 光 相 位 测 距 原 理 , 将测距装置与光学转动装置合成为激光扫描系统 。 相位测距 方 法是通过测量调 制 光 波 往 返 于 扫 描 仪 与 目 标 点 产 生 的 相 位 延 迟 , 间接测量调制光波运行的时间 , 测量出距离 , 角度测 量 是
图 1 Leabharlann Baidu量原理图
即 镜 面 正 对 扫 描 仪 底 部 时,扫 描 仪 会 输 出 一 个 棱镜旋转到 0 ° 低电平方波脉冲信号 , 计算机同步系统将该信号作为同步标 记 信号 。
。 接触导线的最大高度为 6 通过调节扫描仪分辨率来改变 ) 5 0 0 8 0 0 7 0 0 mm, 则 以 4 mm, 检测装置离轨 面 垂 直 距 离 大 约 为 1 4 4 mm, 再 等 间 0 1 mm 为半径画一个圆 , 圆的周 长 为 2 R =3 π 距采样 1 2次,采 样 间 隔 为 1 . 7 4 mm, 在 这 个 采 样 间 隔 完 7 3 5 全可以使激光扫描接触导线时采样一次以上 , 保证激光采样 距 离 d 的正确性 。
: , t r a c t I n v i e w o f t h e c u r r e n t e l e c t r i f i e d r a i l w a c a t e n a r e o m e t r a r a m e t e r s d a i l t e s t i n r e u i r e m e n t s t h i s a e r r o o s e s a c a t e A b s - y y g y p y g q p p p p , , n a r e o m e t r a r a m e t e r d e t e c t i o n m e t h o d b a s e d o n l a s e r s c a n n i n t h e c o m b i n a t i o n o f h a r d w a r e s u c h a s l a s e r s c a n n e r a n d i n d u s t r i a l c o n - y g y p g , , , t l h o t o e l e c t r i c e n c o d e r r o r a mm i n r o c e s s i n t o a c h i e v e t h e r e l e v a n t e o m e t r i c a r a m e t e r s o f t h e n o n-c o n t a c t s a m l i n s a m l i n r o p p g g p g g p p g p g , o i n t o s i t i o n i n a n d d a t a r o c e s s i n f o r c a t e n a r o f v a r i o u s e o m e t r i c a r a m e t e r s t h r o u h t h e e x e r i m e n t t h e m e t h o d c a n e f f e c t i v e l i m- p p g p g y g p g p y ,m e t h e c a t e n a r e o m e t r a r a m e t e r s d e t e c t i o n r e c i s i o n e a s u r e m e n t a c c u r a c i s±3mm, h a s r a c t i c a l s i n i f i c a n c e . r o v y g y p p y p g p : ; ; ; K e w o r d s c a t e n a r e o m e t r a r a m e t e r s l a s e r s c a n n i n h o t o e l e c t r i c e n c o d e r n o n-c o n t a c t d e t e c t i o n y g y p g p y
( ) / / : 文章编号 : 4 0 0 1 8 2 0 1 6 0 1 7 0. 1 6 5 2 6 . c n k i . 1 1-4 7 6 2 t . 2 0 1 6. 0 1. 0 1 5 中图分类号 : 6 . 8 1 6 7 U 2 2 5 9 0 5 4 O I 1 - - - D j p
[ 1]
测 。 导线高度是指接触 导 线 底 端 到 两 轨 道 水 平 面 的 垂 直 距 离 , 导高的大小要限定在一个合理的范围内 , 若导高过大则受电 弓 易与接触网脱离发生离线事故 , 导高过小时则容易发生钻弓 事 故 。 拉出值是指接触导 线 定 位 点 到 两 轨 道 中 心 线 的 水 平 距 离 , 该参数表明了接触导线 在 受 电 弓 滑 板 上 来 回 滑 动 的 距 离 范 围 , 若拉出值过大 , 在恶劣天气 ( 大风天气 ) 情况条件下 , 接 触 导 线容易超出受电弓的工作范围 , 发生钻弓事故 , 而拉出值过 小 时 , 接触导线就不能达到均匀磨耗滑板的目的 , 从而缩短受 电
基于激光扫描的接触网几何参数检测方法研究
张 东 , 余朝刚
) ( 上海工程技术大学 城市轨道交通学院 , 上海 2 6 2 0 0 1
摘要 : 针对当前电气化铁路接触网几何参数日常检测的需求 , 提出了一种基于激 光 扫 描 的 接 触 网 几 何 参 数 检 测 方 法 , 即 结 合 激 光 扫 描仪 、 光电编码器和工控机等硬件设备进行编程处理以实现相关几何参数的非接触式 采 集 、 采 样 点 定 位 和 数 据 处 理 以 获 得 接 触 网 的 各 个 几何参数 , 经试验该方法能有效的提高接触网几何参数检测精度 , 测量精度达到 ±3mm, 具有实际意义 。 关键词 : 接触网几何参数 ; 激光扫描 ; 光电编码器 ; 非接触式检测
4] 。 通过角位移传感器完成的 [
本文提出采用激光扫描仪对接触网的几何参数进行数据采 集 , 利用光电编码器得到行驶路程信息来对数据进行定位 , 并 通过对数据的过滤 、 处理并计算得到接触网的各个几何参数 。
测 量原理如图 1 所示 , 扫描仪通过均匀旋 O 为激光发射点 , 转棱镜使激光脉冲完成对某一定点截面的扫描 , 点 A 点B 为 扫 描到的两条轨道的位置 , 激光测距装置测量出激光发射点到接 触导线的距离 O D , 用 d 表示 , 角位移传感器则测量出从扫 描 中心点到接触导线棱 镜 旋 转 的 角 度θ ( 规定激光束与轨面垂直 ) , 时θ =0 O E 为激光发射点到轨道中心线C 的距离 , O F 为激光 发射点到轨道面 A B 的距离 。 导高 H , 即从接触线上 D 点到轨道面 A B 的距离 : ( ) H =O F +d×c 1 o s θ C 点 ) 的距离 : 拉出值 L, 即接触线到两轨道中心 ( ( ) L = d×s E 2 i n θ-O
测试与故障诊断
计算机测量与控制. 2 0 1 6. 2 4( 1) C o m u t e r M e a s u r e m e n t & C o n t r o l p
· 5 7 ·
文献标识码 : A
E、O F 为常数 , 由检测系统的外形尺 寸 确 定 。 当 其中 :O 接触线位于扫描仪的左侧时 L = d×s E。 i n θ+O
激光对接触导线进行扫描时 , 对输出距离信息进行高频 率 采样 , 扫描一周最 多 可 以 采 样 1 采样点个数可以 7 3 5 2个点 (
· 5 8 ·
( , , ) C o l l e e o f U r b a n R a i l w a T r a n s o r t a t i o n S h a n h a i U n i v e r s i t o f E n i n e e r i n S c i e n c e S h a n h a i 0 1 6 2 0, C h i n a 2 g y p g y g g g
e n a r G e o m e t r P a r a m e t e r D e t e c t i o n M e t h o d B a s e d o n L a s e r S c a n n i n C a t y y g
,Y Z h a n D o n u C h a o a n g g g g
0 引言
接触网是电气化铁路中重要的供电设备 , 列车运行时通 过 受电弓与接触 网 滑 动 接 触 , 向 车 辆 牵 引 系 统 及 其 附 属 设 备 供 电 。 接触网的几何参数直接影响着列车的行车安全和接触网 及 受电弓的使用寿命 。 为保证铁路系统的正常运营 , 需对接触 网 各项几何参数进行周期性检测 , 保证行车安全
1 测量原理分析
1 . 1 检测项目及意义 本系统主要是对接触网的导高和拉出值这两个参数进行检
; 。 收稿日期 : 5 5 2 0 1 2 0 1 0 7 1 3 0 8 2 5 修回日期 : - - - - 上海市研究生教育创新计划学位点引导布局 与 建 设 培 育 基金项目 : ) 。 项目 ( c 0 0 2 1 3 s , 张 东( 主要 男, 山 东 省 枣 庄 市 人, 硕 士 研 究 生, 作者简介 : 9 1 9 8 -) 从事轨道车辆状态检测方向的研究 。 , 男, 贵州 省 普 安 市 人 , 余朝刚 ( 副 教 授, 硕 士 研 究 生 导 师, 主 7 1 9 6 -) 要从事工业自动化方向的研究 。
计算机测量与控制
第2 4卷
成以及频率测量等任务 , 在这里主要完成移动位置数据采集 工 作 。 软件同样使用 N I公司研 发 的 L A B V I EW 开 发 环 境 编 写 实 时同步 程 序 完 成 扫 描 仪 的 2 D 数据与车体移动位置数据的 同步 。 2 . 2 系统工作原理 系统工作原理如图 3 所示 。 首 先 将 扫 描 仪 设 置 成 2 D 扫描 模式 , 并设置好相关参数 。 之后通过操纵面板给扫描仪发送 一 个低电平信号使扫描仪开始扫描记录二维坐标数据 。 每当反 射
。
目前国内在接触网 参 数 检 测 方 面 的 测 量 方 法 主 要 有 两 种 : 接触式检测和非接触式检测 。 接触式检测通常是在受电弓滑 条 或弓架上安装传感器与高压接触线直接接触进行检测 , 这样 在 检测过程中就存在很大的安全隐患 , 而且测量精度较低 。 非 接 触式测量常用 C C D 成像 检 测 法,它 是 利 用 安 装 在 列 车 顶 部 的 高速摄像机对接触网进行拍摄 , 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 , 从而得到接触线的导高和拉出 值 等几何参数 。 这种方法因采集来的图像包含过多冗余信息及 算
2] 。 法过于复杂而影响系统稳定性 [
1 . 2 测量原理 激光扫描仪作为现 场 检 测 设 备 利 用 了 激 光 相 位 测 距 原 理 , 将测距装置与光学转动装置合成为激光扫描系统 。 相位测距 方 法是通过测量调 制 光 波 往 返 于 扫 描 仪 与 目 标 点 产 生 的 相 位 延 迟 , 间接测量调制光波运行的时间 , 测量出距离 , 角度测 量 是
图 1 Leabharlann Baidu量原理图
即 镜 面 正 对 扫 描 仪 底 部 时,扫 描 仪 会 输 出 一 个 棱镜旋转到 0 ° 低电平方波脉冲信号 , 计算机同步系统将该信号作为同步标 记 信号 。
。 接触导线的最大高度为 6 通过调节扫描仪分辨率来改变 ) 5 0 0 8 0 0 7 0 0 mm, 则 以 4 mm, 检测装置离轨 面 垂 直 距 离 大 约 为 1 4 4 mm, 再 等 间 0 1 mm 为半径画一个圆 , 圆的周 长 为 2 R =3 π 距采样 1 2次,采 样 间 隔 为 1 . 7 4 mm, 在 这 个 采 样 间 隔 完 7 3 5 全可以使激光扫描接触导线时采样一次以上 , 保证激光采样 距 离 d 的正确性 。
: , t r a c t I n v i e w o f t h e c u r r e n t e l e c t r i f i e d r a i l w a c a t e n a r e o m e t r a r a m e t e r s d a i l t e s t i n r e u i r e m e n t s t h i s a e r r o o s e s a c a t e A b s - y y g y p y g q p p p p , , n a r e o m e t r a r a m e t e r d e t e c t i o n m e t h o d b a s e d o n l a s e r s c a n n i n t h e c o m b i n a t i o n o f h a r d w a r e s u c h a s l a s e r s c a n n e r a n d i n d u s t r i a l c o n - y g y p g , , , t l h o t o e l e c t r i c e n c o d e r r o r a mm i n r o c e s s i n t o a c h i e v e t h e r e l e v a n t e o m e t r i c a r a m e t e r s o f t h e n o n-c o n t a c t s a m l i n s a m l i n r o p p g g p g g p p g p g , o i n t o s i t i o n i n a n d d a t a r o c e s s i n f o r c a t e n a r o f v a r i o u s e o m e t r i c a r a m e t e r s t h r o u h t h e e x e r i m e n t t h e m e t h o d c a n e f f e c t i v e l i m- p p g p g y g p g p y ,m e t h e c a t e n a r e o m e t r a r a m e t e r s d e t e c t i o n r e c i s i o n e a s u r e m e n t a c c u r a c i s±3mm, h a s r a c t i c a l s i n i f i c a n c e . r o v y g y p p y p g p : ; ; ; K e w o r d s c a t e n a r e o m e t r a r a m e t e r s l a s e r s c a n n i n h o t o e l e c t r i c e n c o d e r n o n-c o n t a c t d e t e c t i o n y g y p g p y
( ) / / : 文章编号 : 4 0 0 1 8 2 0 1 6 0 1 7 0. 1 6 5 2 6 . c n k i . 1 1-4 7 6 2 t . 2 0 1 6. 0 1. 0 1 5 中图分类号 : 6 . 8 1 6 7 U 2 2 5 9 0 5 4 O I 1 - - - D j p
[ 1]
测 。 导线高度是指接触 导 线 底 端 到 两 轨 道 水 平 面 的 垂 直 距 离 , 导高的大小要限定在一个合理的范围内 , 若导高过大则受电 弓 易与接触网脱离发生离线事故 , 导高过小时则容易发生钻弓 事 故 。 拉出值是指接触导 线 定 位 点 到 两 轨 道 中 心 线 的 水 平 距 离 , 该参数表明了接触导线 在 受 电 弓 滑 板 上 来 回 滑 动 的 距 离 范 围 , 若拉出值过大 , 在恶劣天气 ( 大风天气 ) 情况条件下 , 接 触 导 线容易超出受电弓的工作范围 , 发生钻弓事故 , 而拉出值过 小 时 , 接触导线就不能达到均匀磨耗滑板的目的 , 从而缩短受 电
基于激光扫描的接触网几何参数检测方法研究
张 东 , 余朝刚
) ( 上海工程技术大学 城市轨道交通学院 , 上海 2 6 2 0 0 1
摘要 : 针对当前电气化铁路接触网几何参数日常检测的需求 , 提出了一种基于激 光 扫 描 的 接 触 网 几 何 参 数 检 测 方 法 , 即 结 合 激 光 扫 描仪 、 光电编码器和工控机等硬件设备进行编程处理以实现相关几何参数的非接触式 采 集 、 采 样 点 定 位 和 数 据 处 理 以 获 得 接 触 网 的 各 个 几何参数 , 经试验该方法能有效的提高接触网几何参数检测精度 , 测量精度达到 ±3mm, 具有实际意义 。 关键词 : 接触网几何参数 ; 激光扫描 ; 光电编码器 ; 非接触式检测
4] 。 通过角位移传感器完成的 [
本文提出采用激光扫描仪对接触网的几何参数进行数据采 集 , 利用光电编码器得到行驶路程信息来对数据进行定位 , 并 通过对数据的过滤 、 处理并计算得到接触网的各个几何参数 。
测 量原理如图 1 所示 , 扫描仪通过均匀旋 O 为激光发射点 , 转棱镜使激光脉冲完成对某一定点截面的扫描 , 点 A 点B 为 扫 描到的两条轨道的位置 , 激光测距装置测量出激光发射点到接 触导线的距离 O D , 用 d 表示 , 角位移传感器则测量出从扫 描 中心点到接触导线棱 镜 旋 转 的 角 度θ ( 规定激光束与轨面垂直 ) , 时θ =0 O E 为激光发射点到轨道中心线C 的距离 , O F 为激光 发射点到轨道面 A B 的距离 。 导高 H , 即从接触线上 D 点到轨道面 A B 的距离 : ( ) H =O F +d×c 1 o s θ C 点 ) 的距离 : 拉出值 L, 即接触线到两轨道中心 ( ( ) L = d×s E 2 i n θ-O
测试与故障诊断
计算机测量与控制. 2 0 1 6. 2 4( 1) C o m u t e r M e a s u r e m e n t & C o n t r o l p
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文献标识码 : A
E、O F 为常数 , 由检测系统的外形尺 寸 确 定 。 当 其中 :O 接触线位于扫描仪的左侧时 L = d×s E。 i n θ+O
激光对接触导线进行扫描时 , 对输出距离信息进行高频 率 采样 , 扫描一周最 多 可 以 采 样 1 采样点个数可以 7 3 5 2个点 (
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( , , ) C o l l e e o f U r b a n R a i l w a T r a n s o r t a t i o n S h a n h a i U n i v e r s i t o f E n i n e e r i n S c i e n c e S h a n h a i 0 1 6 2 0, C h i n a 2 g y p g y g g g
e n a r G e o m e t r P a r a m e t e r D e t e c t i o n M e t h o d B a s e d o n L a s e r S c a n n i n C a t y y g
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0 引言
接触网是电气化铁路中重要的供电设备 , 列车运行时通 过 受电弓与接触 网 滑 动 接 触 , 向 车 辆 牵 引 系 统 及 其 附 属 设 备 供 电 。 接触网的几何参数直接影响着列车的行车安全和接触网 及 受电弓的使用寿命 。 为保证铁路系统的正常运营 , 需对接触 网 各项几何参数进行周期性检测 , 保证行车安全
1 测量原理分析
1 . 1 检测项目及意义 本系统主要是对接触网的导高和拉出值这两个参数进行检
; 。 收稿日期 : 5 5 2 0 1 2 0 1 0 7 1 3 0 8 2 5 修回日期 : - - - - 上海市研究生教育创新计划学位点引导布局 与 建 设 培 育 基金项目 : ) 。 项目 ( c 0 0 2 1 3 s , 张 东( 主要 男, 山 东 省 枣 庄 市 人, 硕 士 研 究 生, 作者简介 : 9 1 9 8 -) 从事轨道车辆状态检测方向的研究 。 , 男, 贵州 省 普 安 市 人 , 余朝刚 ( 副 教 授, 硕 士 研 究 生 导 师, 主 7 1 9 6 -) 要从事工业自动化方向的研究 。
计算机测量与控制
第2 4卷
成以及频率测量等任务 , 在这里主要完成移动位置数据采集 工 作 。 软件同样使用 N I公司研 发 的 L A B V I EW 开 发 环 境 编 写 实 时同步 程 序 完 成 扫 描 仪 的 2 D 数据与车体移动位置数据的 同步 。 2 . 2 系统工作原理 系统工作原理如图 3 所示 。 首 先 将 扫 描 仪 设 置 成 2 D 扫描 模式 , 并设置好相关参数 。 之后通过操纵面板给扫描仪发送 一 个低电平信号使扫描仪开始扫描记录二维坐标数据 。 每当反 射