接触轨融方法、装置及融冰系统

申请号 CN202311287424.6 申请日 2023-10-07 公开(公告)号 CN117587739A 公开(公告)日 2024-02-23
申请人 北京市轨道交通学会; 北京千驷驭电气有限公司; 发明人 杨广武; 张钢; 潘秀明; 王燕凯; 胡志强; 李宇杰; 刘志刚; 麻一萱; 梁宇超; 王晓亮; 邬春晖; 牟富强; 路亮; 霍涛; 武休明; 杨三资; 马振超; 刘琦; 李菲; 冉红玲; 李松;
摘要 本 申请 提供一种 接触 轨融 冰 方法、装置及融冰系统,可用于轨道交通领域。在该方法中,在融冰车行驶过程中, 工业控制计算机 实时通过拍摄设备获取接触轨图像,通过温湿度 传感器 获取环境 温度 、环境湿度,通过 车速传感器 获取车速,通过红外温度传感器获取接触轨温度,再确定接触轨所在侧。进而对接触轨图像进行 图像识别 处理,确定接触轨上的覆冰厚度;再结合 环境温度 、环境湿度、接触轨温度、车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率。最后控制与接触轨所在侧的融冰线圈连接的 开关 闭合,控制每个 电磁感应 电源以目标输出功率运行,实现 除冰 。本方案通过计算确定出电源的输出功率,并通过融冰线圈进行除冰,有效提高了除冰效率。
权利要求

1.一种接触轨融方法,其特征在于,应用于融冰车中的工业控制计算机,所述融冰车上安装有融冰系统,所述融冰系统包括发电机、与所述发电机连接的至少一个电磁感应电源和所述工业控制计算机,以及每个电池感应电源对应的两个开关、每个电池感应电源对应的两个融冰线圈、温湿度传感器、速度传感器、两个第一拍摄设备、第一红外温度传感器;
每个电磁感应电源通过对应的两个开关分别与对应的两个融冰线圈连接,每个电池感应电源对应的两个融冰线圈分别位于所述融冰车两侧;
所述工业控制计算机分别与每个电磁感应电源、每个开关、所述温湿度传感器、所述速度传感器、每个第一拍摄设备、所述第一红外温度传感器连接;所述两个第一拍摄设备分别位于所述融冰车两侧;
所述第一红外温度传感器用于测量进行融冰过程前接触轨的温度;
所述两个第一拍摄设备用于拍摄进行融冰过程前接触轨的侧面图像;
所述方法包括:
在所述融冰车的第一行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧;
对所述接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;
根据所述覆冰厚度、所述环境温度、所述环境湿度、所述接触轨温度、所述车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率;
控制与所述接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以所述目标输出功率运行。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对所述接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度,包括:
对所述接触轨图像进行图像识别,确定覆冰接触轨像素高度;
根据获取的当前位置,确定所述当前位置对应的接触轨像素高度;
根据所述覆冰接触轨像素高度和所述接触轨像素高度,确定所述覆冰厚度。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述对所述接触轨图像进行图像识别,确定覆冰接触轨像素高度,包括:
对所述接触轨图像进行灰度转换,得到灰度图像;
根据所述灰度图像的灰度值计算纵向梯度,得到梯度矩阵,所述梯度矩阵中的每个元素表示所述元素对应的像素点的纵向梯度;
根据所述灰度图像的灰度值计算得到前景划分阈值矩阵;
根据所述前景划分阈值矩阵和预设前景区域位置,对所述梯度矩阵进行更新,得到前景矩阵;
根据所述前景矩阵中的元素值,确定出所述接触轨图像中覆冰接触轨对应的至少一个连通区域;
对所述至少一个连通区域进行扩展融合,得到覆冰接触轨区域;
根据所述覆冰接触轨区域,确定出所述覆冰接触轨像素高度。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在所述融冰车的第一行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧之前,所述方法还包括:
获取多个覆冰厚度‑功率拟合数据、多个环境温度‑功率拟合数据、多个环境湿度‑功率拟合数据、多个接触轨温度‑功率拟合数据、多个车速‑功率拟合数据、多个功率权重拟合数据;其中,每个功率权重拟合数据包括覆冰厚度对应的功率、环境温度对应的功率、环境湿度对应的功率、接触轨温度对应的功率、车速对应的功率、电源输出功率;
根据所述多个覆冰厚度‑功率拟合数据构建覆冰厚度‑功率预测问题模型,根据所述多个环境温度‑功率拟合数据构建环境温度‑功率预测问题模型,根据所述多个环境湿度‑功率拟合数据构建环境湿度‑功率预测问题模型,根据所述多个接触轨温度‑功率拟合数据构建接触轨温度‑功率预测问题模型,根据所述多个车速湿度‑功率拟合数据构建车速‑功率预测问题模型;
使用粒子群优化算法对所述覆冰厚度‑功率预测问题模型进行求解,得到覆冰厚度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述环境温度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述环境湿度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境湿度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述接触轨温度‑功率预测问题模型进行求解,得到接触轨温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述车速‑功率预测问题模型进行求解,得到车速‑功率预测公式;
根据所述多个功率权重拟合数据进行拟合,得到覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重;
根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重,以及所述覆冰厚度‑功率预测公式、所述环境温度‑功率预测公式、所述环境湿度‑功率预测公式、所述接触轨温度‑功率预测公式、所述车速‑功率预测公式,生成所述功率计算公式并存储。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在所述融冰车的第一行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧之前,所述方法还包括:
在所述融冰车的第二行驶过程中,实时获取无冰接触轨图像,所述第二行驶过程中的接触轨上不存在覆冰;
对所述无冰接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨像素高度;
将所述接触轨像素高度与当前位置建立对应关系后存储。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
监测到车速大于预设超速阈值时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出超速告警信息;
对于每个电磁感应电源,监测到与所述电磁感应电源连接的两个开关均处于闭合状态时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出开关异常告警信息;
对于每个电磁感应电源,监测到所述电磁感应电源故障时,控制每个电磁感应电源和所述发电机停止运行,并输出电源故障告警信息。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述融冰系统还包括第二红外温度传感器、散热器,所述第二红外温度传感器和所述散热器与所述工业控制计算机连接,所述第二红外温度传感器用于测量进行融冰过程中接触轨的温度,所述水冷散热器用于对每个融冰线圈散热,所述方法还包括:
通过所述第二红外温度传感器,监测到融冰温度大于预设损坏温度阈值时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出过温告警信息;
监测到所述水冷散热器故障时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出散热器故障告警信息。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述融冰系统还包括两个第二拍摄设备,每个第二拍摄设备与所述工业控制计算机连接,所述两个第二拍摄设备分别位于所述融冰车两侧,每个第二拍摄设备用于拍摄进行融冰过程后接触轨的图像,所述方法还包括:
通过所述接触轨所在侧的第二拍摄设备获取融冰后接触轨图像;
对所述融冰后接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的剩余覆冰厚度;
根据所述剩余覆冰厚度,以及剩余覆冰厚度与融冰评价等级的对应关系,确定出目标融冰评价等级;
输出所述目标融冰评价等级。
9.一种接触轨融冰装置,其特征在于,包括:
获取模,用于在融冰车行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧;
处理模块,用于:
对所述接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;
根据所述覆冰厚度、所述环境温度、所述环境湿度、所述接触轨温度、所述车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率;
控制与所述接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以所述目标输出功率运行。
10.一种融冰系统,其特征在于,包括:
发电机、与所述发电机连接的至少一个电磁感应电源和工业控制计算机,以及每个电池感应电源对应的两个开关、每个电池感应电源对应的两个融冰线圈、温湿度传感器、速度传感器、两个第一拍摄设备、第一红外温度传感器;
每个电磁感应电源通过对应的两个开关分别与对应的两个融冰线圈连接,每个电池感应电源对应的两个融冰线圈分别位于融冰车两侧;
所述工业控制计算机分别与每个电磁感应电源、每个开关、所述温湿度传感器、所述速度传感器、每个第一拍摄设备、所述第一红外温度传感器连接;所述两个第一拍摄设备分别位于所述融冰车两侧;
所述第一红外温度传感器用于测量进行融冰过程前接触轨的温度;
所述两个第一拍摄设备用于拍摄进行融冰过程前接触轨的侧面图像。

说明书全文

接触轨融方法、装置及融冰系统

技术领域

[0001] 本申请涉及轨道交通领域,尤其涉及一种接触轨融冰方法、装置及融冰系统。

背景技术

[0002] 城市轨道交通作为关系国计民生的重要基础设施,受到人们的密切关注。在城市轨道交通中,接触轨是一个不可缺少的部件,接触轨是将电能传输到城市轨道交通系统中电牵引车辆上的装置。
[0003] 现有技术中,在寒冷天气下,接触轨可能会结冰,影响列车运行,就需要对接触轨进行除冰。对于除冰的方式,通常采用人工除冰,由工作人员携带工具对接触轨进行除冰,或者在接触轨上撒盐进行融冰。
[0004] 综上所述,现有的接触轨除冰方式通常是人工方式除冰,导致除冰效率较低。发明内容
[0005] 本申请实施例提供一种接触轨融冰方法、装置及融冰系统,用于解决现有的接触轨除冰方式通常是人工方式除冰,导致除冰效率较低的问题。
[0006] 第一方面,本申请实施例提供一种接触轨融冰方法,应用于融冰车中的工业控制计算机,所述融冰车上安装有融冰系统,所述融冰系统包括发电机、与所述发电机连接的至少一个电磁感应电源和所述工业控制计算机,以及每个电池感应电源对应的两个开关、每个电池感应电源对应的两个融冰线圈、温湿度传感器、速度传感器、两个第一拍摄设备、第一红外温度传感器;
[0007] 每个电磁感应电源通过对应的两个开关分别与对应的两个融冰线圈连接,每个电池感应电源对应的两个融冰线圈分别位于所述融冰车两侧;
[0008] 所述工业控制计算机分别与每个电磁感应电源、每个开关、所述温湿度传感器、所述速度传感器、每个第一拍摄设备、所述第一红外温度传感器连接;所述两个第一拍摄设备分别位于所述融冰车两侧;
[0009] 所述第一红外温度传感器用于测量进行融冰过程前接触轨的温度;
[0010] 所述两个第一拍摄设备用于拍摄进行融冰过程前接触轨的侧面图像;
[0011] 所述方法包括:
[0012] 在所述融冰车的第一行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧;
[0013] 对所述接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;
[0014] 根据所述覆冰厚度、所述环境温度、所述环境湿度、所述接触轨温度、所述车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率;
[0015] 控制与所述接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以所述目标输出功率运行。
[0016] 在一种具体实施方式中,所述对所述接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度,包括:
[0017] 对所述接触轨图像进行图像识别,确定覆冰接触轨像素高度;
[0018] 根据获取的当前位置,确定所述当前位置对应的接触轨像素高度;
[0019] 根据所述覆冰接触轨像素高度和所述接触轨像素高度,确定所述覆冰厚度。
[0020] 在一种具体实施方式中,所述对所述接触轨图像进行图像识别,确定覆冰接触轨像素高度,包括:
[0021] 对所述接触轨图像进行灰度转换,得到灰度图像;
[0022] 根据所述灰度图像的灰度值计算纵向梯度,得到梯度矩阵,所述梯度矩阵中的每个元素表示所述元素对应的像素点的纵向梯度;
[0023] 根据所述灰度图像的灰度值计算得到前景划分阈值矩阵;
[0024] 根据所述前景划分阈值矩阵和预设前景区域位置,对所述梯度矩阵进行更新,得到前景矩阵;
[0025] 根据所述前景矩阵中的元素值,确定出所述接触轨图像中覆冰接触轨对应的至少一个连通区域;
[0026] 对所述至少一个连通区域进行扩展融合,得到覆冰接触轨区域;
[0027] 根据所述覆冰接触轨区域,确定出所述覆冰接触轨像素高度。
[0028] 在一种具体实施方式中,所述在所述融冰车的第一行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧之前,所述方法还包括:
[0029] 获取多个覆冰厚度‑功率拟合数据、多个环境温度‑功率拟合数据、多个环境湿度‑功率拟合数据、多个接触轨温度‑功率拟合数据、多个车速‑功率拟合数据、多个功率权重拟合数据;其中,每个功率权重拟合数据包括覆冰厚度对应的功率、环境温度对应的功率、环境湿度对应的功率、接触轨温度对应的功率、车速对应的功率、电源输出功率;
[0030] 根据所述多个覆冰厚度‑功率拟合数据构建覆冰厚度‑功率预测问题模型,根据所述多个环境温度‑功率拟合数据构建环境温度‑功率预测问题模型,根据所述多个环境湿度‑功率拟合数据构建环境湿度‑功率预测问题模型,根据所述多个接触轨温度‑功率拟合数据构建接触轨温度‑功率预测问题模型,根据所述多个车速湿度‑功率拟合数据构建车速‑功率预测问题模型;
[0031] 使用粒子群优化算法对所述覆冰厚度‑功率预测问题模型进行求解,得到覆冰厚度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述环境温度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述环境湿度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境湿度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述接触轨温度‑功率预测问题模型进行求解,得到接触轨温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述车速‑功率预测问题模型进行求解,得到车速‑功率预测公式;
[0032] 根据所述多个功率权重拟合数据进行拟合,得到覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重;
[0033] 根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重,以及所述覆冰厚度‑功率预测公式、所述环境温度‑功率预测公式、所述环境湿度‑功率预测公式、所述接触轨温度‑功率预测公式、所述车速‑功率预测公式,生成所述功率计算公式并存储。
[0034] 在一种具体实施方式中,所述在所述融冰车的第一行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧之前,所述方法还包括:
[0035] 在所述融冰车的第二行驶过程中,实时获取无冰接触轨图像,所述第二行驶过程中的接触轨上不存在覆冰;
[0036] 对所述无冰接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨像素高度;
[0037] 将所述接触轨像素高度与当前位置建立对应关系后存储。
[0038] 在一种具体实施方式中,所述方法还包括:
[0039] 监测到车速大于预设超速阈值时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出超速告警信息;
[0040] 对于每个电磁感应电源,监测到与所述电磁感应电源连接的两个开关均处于闭合状态时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出开关异常告警信息;
[0041] 对于每个电磁感应电源,监测到所述电磁感应电源故障时,控制每个电磁感应电源和所述发电机停止运行,并输出电源故障告警信息。
[0042] 在一种具体实施方式中,所述融冰系统还包括第二红外温度传感器、散热器,所述第二红外温度传感器和所述散热器与所述工业控制计算机连接,所述第二红外温度传感器用于测量进行融冰过程中接触轨的温度,所述水冷散热器用于对每个融冰线圈散热,所述方法还包括:
[0043] 通过所述第二红外温度传感器,监测到融冰温度大于预设损坏温度阈值时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出过温告警信息;
[0044] 监测到所述水冷散热器故障时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出散热器故障告警信息。
[0045] 在一种具体实施方式中,所述融冰系统还包括两个第二拍摄设备,每个第二拍摄设备与所述工业控制计算机连接,所述两个第二拍摄设备分别位于所述融冰车两侧,每个第二拍摄设备用于拍摄进行融冰过程后接触轨的图像,所述方法还包括:
[0046] 通过所述接触轨所在侧的第二拍摄设备获取融冰后接触轨图像;
[0047] 对所述融冰后接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的剩余覆冰厚度;
[0048] 根据所述剩余覆冰厚度,以及剩余覆冰厚度与融冰评价等级的对应关系,确定出目标融冰评价等级;
[0049] 输出所述目标融冰评价等级。
[0050] 第二方面,本申请实施例提供一种接触轨融冰装置,包括:
[0051] 获取模,用于在融冰车行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧;
[0052] 处理模块,用于:
[0053] 对所述接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;
[0054] 根据所述覆冰厚度、所述环境温度、所述环境湿度、所述接触轨温度、所述车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率;
[0055] 控制与所述接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以所述目标输出功率运行。
[0056] 第三方面,本申请实施例提供一种融冰系统,包括:
[0057] 发电机、与所述发电机连接的至少一个电磁感应电源和工业控制计算机,以及每个电池感应电源对应的两个开关、每个电池感应电源对应的两个融冰线圈、温湿度传感器、速度传感器、两个第一拍摄设备、第一红外温度传感器;
[0058] 每个电磁感应电源通过对应的两个开关分别与对应的两个融冰线圈连接,每个电池感应电源对应的两个融冰线圈分别位于融冰车两侧;
[0059] 所述工业控制计算机分别与每个电磁感应电源、每个开关、所述温湿度传感器、所述速度传感器、每个第一拍摄设备、所述第一红外温度传感器连接;所述两个第一拍摄设备分别位于所述融冰车两侧;
[0060] 所述第一红外温度传感器用于测量进行融冰过程前接触轨的温度;
[0061] 所述两个第一拍摄设备用于拍摄进行融冰过程前接触轨的侧面图像。
[0062] 本申请实施例提供的接触轨融冰方法、装置及融冰系统,融冰系统中的工业控制计算机在融冰车行驶过程中,实时通过融冰系统中的拍摄设备获取接触轨图像,通过其中的温湿度传感器获取环境温度、环境湿度,通过其中的车速传感器获取车速,通过其中的红外温度传感器获取接触轨温度,并确定接触轨所在侧。进而对接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;再结合环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率。最后控制与接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以目标输出功率运行,实现除冰。本方案通过计算确定出电源的输出功率,并通过融冰线圈进行除冰,有效提高了除冰效率。附图说明
[0063] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0064] 图1为本申请提供的接触轨融冰方法的应用场景示意图;
[0065] 图2为本申请提供的融冰系统的结构示意图一;
[0066] 图3a为本申请提供的接触轨融冰方法实施例一的流程示意图;
[0067] 图3b为本申请提供的第一拍摄设备与接触轨的位置示意图;
[0068] 图3c为本申请提供的确定目标输出功率流程示意图;
[0069] 图4a为本申请提供的接触轨融冰方法实施例二的流程示意图;
[0070] 图4b为本申请提供的前景矩阵示意图;
[0071] 图5a为本申请提供的接触轨融冰方法实施例三的流程示意图;
[0072] 图5b为本申请提供的粒子群优化算法流程示意图;
[0073] 图5c为本申请提供的车速‑功率预测公式的函数曲线图;
[0074] 图6为本申请提供的接触轨融冰方法实施例四的流程示意图;
[0075] 图7为本申请提供的融冰系统的结构示意图二;
[0076] 图8为本申请提供的接触轨融冰方法实施例七的流程示意图;
[0077] 图9为本申请提供的融冰系统的结构示意图二;
[0078] 图10为本申请提供的接触轨融冰装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0079] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在根据本实施例的启示下作出的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
[0080] 本申请的说明书权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0081] 城市轨道交通作为关系国计民生的重要基础设施,其安全性和稳定性受到人们的关注。城市轨道交通系统中电力牵引车辆需要接触轨向其传输电能,电力牵引车辆才能运行。
[0082] 在寒冷天气下,接触轨可能会结冰,影响列车运行,严重时将导致受流器和接触轨的损坏等严重事故,这就需要对接触轨进行除冰。对于除冰的方式,通常采用人工除冰,由工作人员携带工具对接触轨进行除冰,或者在接触轨上撒盐进行融冰,会导致除冰效率低下的问题。
[0083] 针对现有技术中存在的问题,发明人在对接触轨融冰方法进行研究的过程中发现,为了提高除冰效率,可设计一种融冰车,融冰车上安装有融冰系统,融冰系统包括工业控制计算机、电磁感应电源、融冰线圈、温湿度传感器、速度传感器、拍摄设备、红外温度传感器。在融冰车行驶过程中,通过融冰系统中的设备确定出覆冰厚度、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧,进而输入至功率计算公式,确定目标输出功率;进而控制电磁感应电源以目标输出功率运行,融冰线圈工作,实现除冰。基于上述发明构思,设计了本申请中的接触轨融冰方案。
[0084] 示例性的,图1为本申请提供的接触轨融冰方法的应用场景示意图,如图1所示,该应用场景可以包括:行驶轨11、接触轨12、接触轨13和融冰车14。
[0085] 示例性的,在图1所示的应用场景中,融冰车14可在行驶钢轨11上行驶,融冰车14中的融冰系统中具有多个电磁感应电源,每个电磁感应电源与对应的个融冰线圈连接,每个电磁感应电源对应的两个融冰线圈分别安装在融冰车左右两侧,融冰线圈位于接触轨的正上方。融冰车两侧还安装有拍摄设备和红外传感设备,图1中圆圈表示拍摄设备,拍摄设备可拍摄接触轨侧面图像;图1中多边形表示红外传感设备,用于车辆接触轨温度。
[0086] 在融冰车14行驶过程中,通过拍摄设备拍摄侧面的接触轨图像,通过红外传感器获取接触轨温度,由于融冰系统中还包括温湿度传感器和速度传感器,所以还可以获取环境温度和环境湿度,以及获取车速;另外,还需要确定出接触轨所在侧,接触轨所在指的是融冰车运行方向的左侧或右侧。
[0087] 进而对接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;再根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率。
[0088] 最后控制与接触轨所在侧的融冰线圈工作,控制每个电磁感应电源以目标输出功率运行,进行除冰。
[0089] 需要说明的是,图1仅是本申请实施例提供的一种应用场景的示意图,本申请实施例不对图1中包括的各种设备的实际形态进行限定,也不对图1中设备之间的交互方式进行限定,在方案的具体应用中,可以根据实际需求设定。
[0090] 下面,通过具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明。需要说明的是,下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
[0091] 图2为本申请提供的融冰系统的结构示意图一,如图2所示,融冰系统包括:发电机201、与发电机连接的至少一个电磁感应电源(图2中仅示出了两个电磁感应电源,分别为电磁感应电源202和电磁感应电源203)和工业控制计算机204,以及每个电池感应电源对应的两个开关(图2中仅示出了四个开关,分别为电磁感应电源202对应的开关205、开关206,以及电磁感应电源203对应的开关207、开关208)、每个电池感应电源对应的两个融冰线圈(图
2中仅示出了四个融冰线圈,分别为电磁感应电源202对应的融冰线圈209、融冰线圈210,以及电磁感应电源203对应的融冰线圈211、融冰线圈212)、温湿度传感器213、速度传感器
214、两个第一拍摄设备(分别为第一拍摄设备215和第一拍摄设备216)、第一红外温度传感器217;
[0092] 每个电磁感应电源通过对应的两个开关分别与对应的两个融冰线圈连接,每个电池感应电源对应的两个融冰线圈分别位于融冰车两侧。融冰系统还包括每个电池感应电源对应的两个变压器(图2中仅示出了四个变压器,分别为电磁感应电源202对应的变压器218、变压器219,以及电磁感应电源203对应的变压器220、变压器221),电磁感应电源202依次通过变压器218、开关205与融冰线圈209连接;电磁感应电源202依次通过变压器219、开关206与融冰线圈210连接;电磁感应电源203依次通过变压器220、开关207与融冰线圈211连接;电磁感应电源203依次通过变压器221、开关208与融冰线圈212连接。
[0093] 融冰系统还包括开关柜222,发电机201与开关柜217连接,开关柜222分别与工业控制计算机214、电磁感应电源202、电磁感应电源203连接,开关柜222用于控制发电机217与工业控制计算机214之间、控制发电机217与电磁感应电源202之间、控制发电机217与电磁感应电源203之间的导通与断开。
[0094] 工业控制计算机分别与每个电磁感应电源、每个开关、温湿度传感器、速度传感器、每个第一拍摄设备、第一红外温度传感器连接;两个第一拍摄设备分别位于融冰车两侧。工业控制计算机204与电磁感应电源202、电磁感应电源203、开关205、开关206、开关207、开关208、温湿度传感器213、速度传感器214、第一拍摄设备215、第一拍摄设备216、第一红外温度传感器217连接。
[0095] 第一红外温度传感器217用于测量进行融冰过程前接触轨的温度;
[0096] 第一拍摄设备215、第一拍摄设备216用于拍摄进行融冰过程前接触轨的侧面图像。
[0097] 工业控制计算机还可以与每个变压器连接,用于控制变压器是否工作。
[0098] 需要说明的是,第一拍摄设备可以是高速互补金属化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称:CMOS)线阵摄像机。
[0099] 工业控制计算机可采用4U机架式工控机,支持ATX/uATX工业主板,同时配备16位的AD采集板卡,以及隔离型的IO板卡。
[0100] 速度传感器可采用TQG15型光电转速传感器,用于测量融冰车运行速度。
[0101] 温湿度传感器可采用DHT11温湿度传感器,用于测量环境温度和环境湿度。
[0102] 第一红外温度传感器采用LHl958红外传感器,用于测量接触轨温度。
[0103] 速度传感器、温湿度传感器与第一红外温度传感器可通过RS485通信总线与工业控制计算机相连并上传采集数据。
[0104] 在融冰系统启动时,首先启动发电机,开关柜控制发电机与工业控制计算机、电磁感应电源导通,进而确定出接触所在侧,再控制与接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,启动每个电磁感应电源。
[0105] 在融冰系统关闭时,首先关闭每个电磁感应电源,进而控制与接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关断开,开关柜控制发电机与工业控制计算机、电磁感应电源断开,最后关闭发电机。
[0106] 融冰系统中包括发电机,可对融冰系统独立供电,能保证在接触轨不供电的状态下全天候进行作业。
[0107] 工业控制计算机可通过拍摄设备拍摄侧面的接触轨图像,通过红外传感器获取接触轨温度,通过温湿度传感器获取环境温度和环境湿度,通过速度传感器获取车速;另外,还需要确定出接触轨所在侧。
[0108] 进而对接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;再根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率。控制与接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以目标输出功率运行,与接触轨所在侧的融冰线圈即可工作,可实现除冰。
[0109] 结合图2,下面对本申请提供的接触轨融冰方法进行说明。
[0110] 图3a为本申请提供的接触轨融冰方法实施例一的流程示意图,本申请实施例对工业控制计算机确定出目标输出功率,进而控制每个电磁感应电源以目标输出功率运行,融冰线圈工作实现除冰的情况进行说明。本实施例中的方法可以通过软件硬件或者软硬件结合的方式来实现。如图3a所示,该接触轨融冰方法具体包括以下步骤:
[0111] S301:在融冰车的第一行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧。
[0112] 在本步骤中,融冰车在行驶钢轨上行驶,可实现边行驶边除冰。在融冰车的第一行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧。
[0113] 由于第一拍摄设备位于融冰车两侧,可拍摄接触轨的侧面图像,示例性的,图3b为本申请提供的第一拍摄设备与接触轨的位置示意图,如图3b所示,第一拍摄设备在接触轨的侧面,第一拍摄设备可与接触轨相距10厘米,可拍摄接触轨的侧面图像,也就是接触轨图像。
[0114] 工业控制计算机可通过温湿度传感器获取到环境温度和环境湿度,可通过车速传感器获取到车速,通过第一红外温度传感器获取接触轨温度。
[0115] 对于获取到接触轨所在侧、接触轨图像,可以是通过两个第一拍摄设备进行拍摄,由于融冰车两侧不可能同时出现接触轨,所以拍摄得到的两张图像中仅有一张图像中包含接触轨,所以对两张图像进行识别,识别到接触轨的图像作为接触轨图像,并将拍摄接触轨图像的第一拍摄设备所在侧,作为接触轨所在侧。
[0116] 还可以是,接触轨所在侧与位置存在对应关系,所以可获取当前位置,根据当前位置确定出接触轨所在侧,进而控制接触轨所在侧的第一拍摄设备进行拍摄,得到接触轨图像。
[0117] 还可以是,融冰车上安装有接触轨所在侧检测装置,工业控制计算机通过该装置确定出接触轨所在侧,进而控制接触轨所在侧的第一拍摄设备进行拍摄,得到接触轨图像。本申请实施例不对获取接触轨所在侧、接触轨图像的方式进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0118] 需要说明的是,第一红外温度传感器的数量可以是两个,分别在融冰车两侧,工业控制计算机确定出接触轨所在侧后,进而控制接触轨所在侧的第一红外温度传感器工作,得到接触轨温度。
[0119] S302:对接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度。
[0120] 在本步骤中,工业控制计算机获取到接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧后,可接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度。
[0121] S303:根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率。
[0122] 在本步骤中,工业计算机确定出覆冰厚度后,可根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率。
[0123] 具体地,功率计算公式为其中,p
表示目标输出功率,w1表示覆冰厚度对应的权重,w2表示环境温度对应的权重,w3表示环境湿度对应的权重,w4表示接触轨温度对应的权重,w5表示车速对应的权重,x1表示覆冰厚度,x2表示环境温度,x3表示环境湿度,x4表示接触轨温度,x5表示车速,a1至a5、m1至m5、n1至n5、τ1至τ5、w1至w5均为预先确定出的常数。
[0124] 示例性的,图3c为本申请提供的确定目标输出功率流程示意图,如图3c所示,将覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速带入至功率计算公式中,即可得到目标输出功率。
[0125] S304:控制与接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以目标输出功率运行。
[0126] 在本步骤中,工业控制计算机确定出目标输出功率后,即可控制与接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以目标输出功率运行,接触轨所在侧的融冰线圈工作,进行除冰。
[0127] 本实施例提供的接触轨融冰方法,通过实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧后,对接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;进而结合环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率;最后控制与接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以目标输出功率运行,实现除冰。相较于现有技术中使用人工方式除冰,本方案使用融冰车除冰,提高了除冰效率。另外通过计算目标输出功率,并控制每个电磁感应电源以目标输出功率运行,使得能够满足除冰要求的同时,还可以节省能源损耗。
[0128] 图4a为本申请提供的接触轨融冰方法实施例二的流程示意图,在上述实施例的基础上,本申请实施例对工业控制计算机对接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度的情况进行说明。如图4a所示,该接触轨融冰方法具体包括以下步骤:
[0129] S401:对接触轨图像进行图像识别,确定覆冰接触轨像素高度。
[0130] 在本步骤中,工业计算机获取到接触轨图像后,可先对接触轨图像进行图像识别,确定覆冰接触轨像素高度。
[0131] 具体的,对接触轨图像进行灰度转换,得到灰度图像;
[0132] 根据灰度图像的灰度值计算纵向梯度,得到梯度矩阵,梯度矩阵中的每个元素表示元素对应的像素点的纵向梯度。
[0133] 可根据灰度图像,生成灰度矩阵,灰度图像中每个像素点的灰度值,为灰度矩阵中相应位置的元素值。进而使用预设纵向梯度算子矩阵左乘灰度矩阵,可得到梯度矩阵。
[0134] 进而根据灰度图像的灰度值计算得到前景划分阈值矩阵。
[0135] 根据公式 计算前景划分阈值矩阵。其中t表示前景划分阈值矩阵,Sxy=∑exy,exy=(ex+ey)·I(x,y),ex=e1·I(x,y),ey=e2·I(x,y),
其中,e1表示预设横向算子矩阵,e2表示预设纵向算子矩阵,I(x,y)表示灰度矩阵,∑J表示矩阵J内的所有元素之和。示例性的 本申请实施例
不对预设横向算子矩阵和预设纵向算子矩阵进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0136] 根据前景划分阈值矩阵和预设前景区域位置,对梯度矩阵进行更新,得到前景矩阵。对于梯度矩阵中的每个元素,确定出其在梯度矩阵中的目标位置,若该元素大于或等于前景划分阈值矩阵中目标位置的元素,将该元素更新为0,得到过程矩阵,进而再将过程矩阵中预设前景区域位置外的元素更新为0,得到前景矩阵。
[0137] 根据前景矩阵中的元素值,确定出接触轨图像中覆冰接触轨对应的至少一个连通区域。根据前景矩阵中的非0元素,确定出非0元素所构成的连通区域,对于每个连通区域内,该连通区域内的每两个元素,可通过该连通区域内的元素进行连接,并且连接线上的相邻的两个元素在连通区域内也是相邻的。不同连通区域内的元素不相邻。
[0138] 对至少一个连通区域进行扩展融合,得到覆冰接触轨区域。可做一个能够包含所有连通区域的最小矩形,该矩形在前景矩阵中的位置就是覆冰接触轨区域。
[0139] 根据覆冰接触轨区域,确定出覆冰接触轨像素高度。将覆冰接触轨区域包括的元素中,每一列元素的个数,确定为覆冰接触轨像素高度。
[0140] 示例性的,图4b为本申请提供的前景矩阵示意图。如图4b所示,图中虚线框表示连通区域,实线框表示接触轨区域。连通区域内的元素不为0,不同连通区域内的元素不相邻。接触轨区域为包括连通区域的最小矩形框。
[0141] S402:根据获取的当前位置,确定当前位置对应的接触轨像素高度。
[0142] 在本步骤中,工业控制计算机确定出覆冰接触轨像素高度后,由于在进行除冰前,工业控制计算机已经确定出行驶路线中每个位置对应的接触轨像素高度,所以可根据获取的当前位置,确定当前位置对应的接触轨像素高度。
[0143] 需要说明的是,若当前位置存在对应的接触轨像素高度,直接获取即可;若当前位置不存在接触轨像素高度,则从所有接触轨像素高度中,确定出对应的位置与当前位置距离最近的接触轨像素高度,将其作为本步骤中确定的接触轨像素高度。
[0144] 需要说明的是,步骤S401与步骤S402的执行顺序,可以是先执行步骤S401,再执行步骤S402;还可以是先执行步骤S402,再执行步骤S401;还可以是步骤S401与步骤S402同时执行。本申请实施例不对步骤S401与步骤S402的执行顺序进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0145] S403:根据覆冰接触轨像素高度和接触轨像素高度,确定覆冰厚度。
[0146] 在本步骤中,工业控制计算机得到覆冰接触轨像素高度和接触轨像素高度后,可计算覆冰接触轨像素高度与接触轨像素高度的差值,进而将该差值乘以预设比例系数,可得到覆冰厚度。
[0147] 需要说明的是,预设比例系数可以是10、20、30等,本申请实施例不对预设比例系数进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0148] 本实施例提供的接触轨融冰方法,通过对接触轨图像进行图像识别,得到确定覆冰接触轨像素高度,进而结合接触轨像素高度,确定出覆冰后的,可有效提高确定覆冰厚度的准确性。
[0149] 图5a为本申请提供的接触轨融冰方法实施例三的流程示意图,在上述实施例的基础上,本申请实施例对除冰前,确定功率计算公式并存储的情况进行说明。如图5a所示,该接触轨融冰方法具体包括以下步骤:
[0150] S501:获取多个覆冰厚度‑功率拟合数据、多个环境温度‑功率拟合数据、多个环境湿度‑功率拟合数据、多个接触轨温度‑功率拟合数据、多个车速‑功率拟合数据、多个功率权重拟合数据。
[0151] 由于在除冰过程中,需要使用功率计算公式,所以需要在除冰前,将功率计算公式确定出来。
[0152] 在本步骤中,工业控制计算机需要获取多个覆冰厚度‑功率拟合数据、多个环境温度‑功率拟合数据、多个环境湿度‑功率拟合数据、多个接触轨温度‑功率拟合数据、多个车速‑功率拟合数据、多个功率权重拟合数据。其中,每个功率权重拟合数据包括覆冰厚度对应的功率、环境温度对应的功率、环境湿度对应的功率、接触轨温度对应的功率、车速对应的功率、电源输出功率。
[0153] 需要说明的是,多个覆冰厚度‑功率拟合数据是在环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度固定的情况下进行测试得到的;多个环境温度‑功率拟合数据是在覆冰厚度、环境湿度、车速、接触轨温度固定的情况下进行测试得到的;多个环境湿度‑功率拟合数据是在覆冰厚度、环境温度、车速、接触轨温度固定的情况下进行测试得到的;多个车速‑功率拟合数据是在覆冰厚度、环境湿度、环境温度、接触轨温度固定的情况下进行测试得到的;多个接触轨温度‑功率拟合数据是在覆冰厚度、环境湿度、车速、环境温度固定的情况下进行测试得到的。
[0154] S502:根据多个覆冰厚度‑功率拟合数据构建覆冰厚度‑功率预测问题模型,根据多个环境温度‑功率拟合数据构建环境温度‑功率预测问题模型,根据多个环境湿度‑功率拟合数据构建环境湿度‑功率预测问题模型,根据多个接触轨温度‑功率拟合数据构建接触轨温度‑功率预测问题模型,根据多个车速湿度‑功率拟合数据构建车速‑功率预测问题模型。
[0155] 在本步骤中,工业控制计算机得到拟合数据后,即可根据多个覆冰厚度‑功率拟合数据构建覆冰厚度‑功率预测问题模型,根据多个环境温度‑功率拟合数据构建环境温度‑功率预测问题模型,根据多个环境湿度‑功率拟合数据构建环境湿度‑功率预测问题模型,根据多个接触轨温度‑功率拟合数据构建接触轨温度‑功率预测问题模型,根据多个车速湿度‑功率拟合数据构建车速‑功率预测问题模型。
[0156] 具 体 地 ,覆 冰 厚 度 ‑ 功 率 预 测 问 题 模 型 中 ,目 标 函 数 为其中,N表示覆冰厚度‑功率拟合数据的数量,ci表示第i个覆冰厚度‑功率拟合数据中的功率,bi表示第i个覆冰厚度‑功率拟合数据中的覆冰厚度,a1,m1,n1,τ1为待求解的参数。
[0157] 环境温度‑功率预测问题模型中,目标函数为其中,N表示环境温度‑功率拟合数据的数量,di表
示第i个环境温度‑功率拟合数据中的功率,ei表示第i个环境温度‑功率拟合数据中的覆冰厚度,a2,m2,n2,τ2为待求解的参数。
[0158] 环境湿度‑功率预测问题模型中,目标函数为其中,N表示环境湿度‑功率拟合数据的数量,fi表
示第i个环境湿度‑功率拟合数据中的功率,gi表示第i个环境湿度‑功率拟合数据中的覆冰厚度,a3,m3,n3,τ3为待求解的参数。
[0159] 接触轨温度‑功率预测问题模型中,目标函数为其中,N表示接触轨温度‑功率拟合数据的数量,hi
表示第i个接触轨温度‑功率拟合数据中的功率,ji表示第i个接触轨温度‑功率拟合数据中的覆冰厚度,a4,m4,n4,τ4为待求解的参数。
[0160] 车速‑功率预测问题模型中,目标函数为其中,N表示车速‑功率拟合数据的数量,ki表示第i个车速‑功率拟合数据中的功率,li表示第i个车速‑功率拟合数据中的覆冰厚度,a5,m5,n5,τ5为待求解的参数。
[0161] S503:使用粒子群优化算法对覆冰厚度‑功率预测问题模型进行求解,得到覆冰厚度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对环境温度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对环境湿度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境湿度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对接触轨温度‑功率预测问题模型进行求解,得到接触轨温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对车速‑功率预测问题模型进行求解,得到车速‑功率预测公式。
[0162] 在本步骤中,工业控制计算机得到预测问题模型后,可使用粒子群优化算法对覆冰厚度‑功率预测问题模型进行求解,得到覆冰厚度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对环境温度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对环境湿度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境湿度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对接触轨温度‑功率预测问题模型进行求解,得到接触轨温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对车速‑功率预测问题模型进行求解,得到车速‑功率预测公式。
[0163] 具体地,对于车速‑功率预测问题模型,设定粒子群优化算法中的结束条件为:更新次数与预设结束次数相等。图5b为本申请提供的粒子群优化算法流程示意图,如图5b所示,首先需要初始化每个粒子的位置和速度。每个粒子对应的初始速度和初始位置为可随机选择。
[0164] 进而确定每个粒子的历史最优位置和群体的历史最优位置,此时次数更新次数为0,再判断是否满足结束条件,若满足结束条件,则将全局历史位置确定为需要求解的参数,得到a5,m5,n5,τ5。若不满足结束条件,则更新每个粒子的速度和位置,并将更新次数加一,并计算每个粒子的函数适应值后,根据每个粒子的函数适应值,更新每个粒子的历史最优位置和群体的历史最优位置,进而再次判断是否满足结束条件,若满足结束条件,则将全局最优位置确定为需要求解的参数,得到a5,m5,n5,τ5。若不满足结束条件,则重复上述过程,直到满足结束条件,得到a5,m5,n5,τ5。
[0165] 进而得到车速‑功率预测公式为 其中,p5表示车速对应的功率,x5表示车速。
[0166] 需要说明的是,预设结束次数可以是100、200、500等,本申请实施例不对预设结束次数进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0167] 示例性的,图5c为本申请提供的车速‑功率预测公式的函数曲线图,如图5c所示,车速越快,对应的功率越大。
[0168] 需要说明的是,对于使用粒子群优化算法对环境温度‑功率预测问题模型、环境湿度‑功率预测问题模型、接触轨温度‑功率预测问题模型、覆冰厚度‑功率预测问题模型进行求解的过程与上述过程类似,此处不在进行赘述。
[0169] 环境温度‑功率预测公式为 其中,p2表示环境温度对应的功率,x2表示环境温度。
[0170] 环境湿度‑功率预测公式为 其中,p3表示环境湿度对应的功率,x3表示环境湿度。
[0171] 接触轨温度‑功率预测公式为 其中,p4表示接触轨温度对应的功率,x4表示接触轨温度。
[0172] 覆冰厚度‑功率预测公式为 其中,p1表示覆冰厚度对应的功率,x1表示覆冰厚度。
[0173] S504:根据多个功率权重拟合数据进行拟合,得到覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重。
[0174] 在本步骤中,工业控制计算机得到多个功率权重拟合数据后,还需要根据多个功率权重拟合数据进行拟合,得到覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重。
[0175] 由于每个功率权重拟合数据包括覆冰厚度对应的功率、环境温度对应的功率、环境湿度对应的功率、接触轨温度对应的功率、车速对应的功率、电源输出功率,使用这些数据进行拟合,拟合目标为得到将公式p=w1·p1+w2·p2+w3·p3+w4·p4+w5·p5中的w1,w2,w3,w4,w5确定出来,并且w1+w2+w3+w4+w5=1,w1表示覆冰厚度对应的权重,w2表示环境温度对应的权重,w3表示环境湿度对应的权重,w4表示接触轨温度对应的权重,w5表示车速对应的权重。p表示电源输出功率,p1表示覆冰厚度对应的功率,p2表示环境温度对应的功率,p3表示环境湿度对应的功率,p3表示接触轨温度对应的功率,p5表示车速对应的功率。
[0176] 需要说明的是,步骤S502‑步骤S503与步骤S504的执行顺序,可以是先执行步骤S502‑步骤S503,再执行步骤S504;还可以是先执行步骤S504,再执行步骤S502‑步骤S503;还可以是步骤S502‑步骤S503与步骤S504同时执行。本申请实施例不对步骤S502‑步骤S503与步骤504的执行顺序进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0177] S505:根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重,以及覆冰厚度‑功率预测公式、环境温度‑功率预测公式、环境湿度‑功率预测公式、接触轨温度‑功率预测公式、车速‑功率预测公式,生成功率计算公式并存储。
[0178] 在本步骤中,工业控制计算机得到预设公式和权重后,即可根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重,以及覆冰厚度‑功率预测公式、环境温度‑功率预测公式、环境湿度‑功率预测公式、接触轨温度‑功率预测公式、车速‑功率预测公式,生成功率计算公式并存储。
[0179] 具体的,功率计算公式为其中,p
表示目标输出功率,w1表示覆冰厚度对应的权重,w2表示环境温度对应的权重,w3表示环境湿度对应的权重,w4表示接触轨温度对应的权重,w5表示车速对应的权重,x1表示覆冰厚度,x2表示环境温度,x3表示环境湿度,x4表示接触轨温度,x5表示车速,a1至a5、m1至m5、n1至n5、τ1至τ5、w1至w5为使用粒子群优化算法对预测问题模型进行求解得到的参数。
[0180] 本实施例提供的接触轨融冰方法,通过根据多个覆冰厚度‑功率拟合数据、多个环境温度‑功率拟合数据、多个环境湿度‑功率拟合数据、多个接触轨温度‑功率拟合数据、多个车速‑功率拟合数据,构建预测问题模型并进行求解得到对应的预测公式;再根据多个功率权重拟合数据进行拟合得到对应的权重,最后将对应的预测公式与对应的权重相乘后相加,即可得到功率计算公式,功率计算公式更准确。使用该功率计算公式计算电源的输出功率,可有效提高输出功率的准确性。
[0181] 图6为本申请提供的接触轨融冰方法实施例四的流程示意图,在上述实施例的基础上,本申请实施例对除冰前确定运行路线中每个位置对应的接触轨像素高度的情况进行说明。如图6所示,该接触轨融冰方法具体包括以下步骤:
[0182] S601:在融冰车的第二行驶过程中,实时获取无冰接触轨图像。
[0183] 在除冰过程中需要计算覆冰厚度,计算覆冰厚度需要接触轨像素高度,这样就需要在除冰前使用融冰车沿运行路线行驶一趟,并且行驶过程中的接触轨上不存在覆冰,在行驶过程中确定接触轨像素高度。
[0184] 在本步骤中,在融冰车的第二行驶过程中,工业控制计算机通过第一拍摄设备实时获取无冰接触轨图像,第二行驶过程中的接触轨上不存在覆冰。
[0185] S602:对无冰接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨像素高度。
[0186] 在本步骤中,工业控制计算机获取到无冰接触轨图像后,对无冰接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨像素高度。
[0187] 需要说明的是,本步骤与实施例二中的步骤S401类似,此处不再进行赘述。
[0188] S603:将接触轨像素高度与当前位置建立对应关系后存储。
[0189] 在本步骤中,工业控制计算机在得到接触轨像素高度后,获取当前位置,将接触轨像素高度与当前位置建立对应关系后存储。
[0190] 本实施例提供的接触轨融冰方法,通过在除冰前确定运行路线中每个位置对应的接触轨像素高度,使得在除冰过程中可确定出覆冰厚度,保证了除冰过程的正常运行。
[0191] 下面对除冰过程中,工业控制计算机还可进行超速告警、开关异常告警和电源故障告警的情况进行说明。
[0192] 在除冰过程中,工业控制计算机可监测车速,监测到车速大于预设超速阈值时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出超速告警信息。
[0193] 需要说明的是,预设超速阈值可以是25km/h、40km/h、50km/h等,本申请实施例不对预设超速阈值进行限定。
[0194] 在除冰过程中,工业控制计算机可对于每个电磁感应电源,监测到与该电磁感应电源连接的两个开关的状态,若两个开关均处于闭合状态时,说明开关异常,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出开关异常告警信息。
[0195] 在除冰过程中,工业控制计算机可对于每个电磁感应电源进行监测,可通过监测电源发送的运行状态实现,运行状态为故障状态时,即可监测到电磁感应电源故障,控制每个电磁感应电源和发电机停止运行,并输出电源故障告警信息。
[0196] 需要说明的是,输出超速告警信息、开关异常告警信息、电源故障告警信息的方式可以是通过扬声器播放;还可以是将告警信息发送至工作人员的终端设备;还可以是在显示屏上显示告警信息。本申请实施例不对输出超速告警信息、开关异常告警信息、电源故障告警信息的方式进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0197] 本实施例提供的接触轨融冰方法,通过在融冰车超速、开关异常、电源故障时进行告警,并且控制每个电磁感应电源停止运行,在电源故障时,还需要控制发电机停止运行,有效保证了融冰车的安全。
[0198] 下面对除冰过程中,工业控制计算机还可进行接触轨过温告警、散热器故障告警的情况进行说明。
[0199] 示例性的,在图2的基础上,图7为本申请提供的融冰系统的结构示意图二,如图7所示,融冰系统还包括第二红外温度传感器223、水冷散热器224,第二红外温度传感器223和散热器224与工业控制计算机204连接,第二红外温度传感器223用于测量进行融冰过程中接触轨的温度,水冷散热器204用于对每个融冰线圈散热。
[0200] 需要说明的是,第二红外温度传感器的数量可以是两个,分别在融冰车两侧。
[0201] 在除冰过程中,工业控制计算机通过第二红外温度传感器,监测到融冰温度大于预设损坏温度阈值时,说明继续进行除冰可能会造成接触轨损坏,需要控制每个电磁感应电源停止运行,并输出过温告警信息。
[0202] 需要说明的是,预设损坏温度阈值可以是100摄氏度、110摄氏度、190摄氏度等,本申请实施例不对预设损坏温度阈值进行限定。
[0203] 在除冰过程中,工业控制计算机监测到水冷散热器故障时,继续进行除冰可能会造成融冰线圈损坏,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出散热器故障告警信息。
[0204] 需要说明的是,输出过温告警信息、散热器故障告警信息的方式可以是通过扬声器播放;还可以是将告警信息发送至工作人员的终端设备;还可以是在显示屏上显示告警信息。本申请实施例不对输出过温告警信息、散热器故障告警信息的方式进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0205] 本实施例提供的接触轨融冰方法,通过在接触轨过温、散热器故障时进行告警,并且控制每个电磁感应电源停止运行,有效保证了融冰车的安全。
[0206] 图8为本申请提供的接触轨融冰方法实施例七的流程示意图,在上述实施例的基础上,本申请实施例对工业控制计算机可对融冰情况进行评价的情况进行说明。如图8所示,该接触轨融冰方法具体包括以下步骤:
[0207] S801:通过接触轨所在侧的第二拍摄设备获取融冰后接触轨图像。
[0208] 融冰车进行融冰过程中还可以进行融冰情况的评价。示例性的,在图2的基础上,图9为本申请提供的融冰系统的结构示意图二,融冰系统还包括两个第二拍摄设备,分别为第二拍摄设备225和第二拍摄设备226,每个第二拍摄设备与工业控制计算机连接,两个第二拍摄设备分别位于融冰车两侧,每个第二拍摄设备用于拍摄进行融冰过程后接触轨的图像。两个第二拍摄设备可位于融冰车车尾部分,两个第一拍摄设备可位于融冰车车头部分。第二拍摄设备在接触轨的侧面,可拍摄接触轨的侧面图像。
[0209] 在本步骤中,工业控制计算机通过接触轨所在侧的第二拍摄设备获取融冰后接触轨图像。
[0210] S802:对融冰后接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的剩余覆冰厚度。
[0211] 需要说明的是,本步骤与实施例二类似,此处不在进行赘述。
[0212] S803:根据剩余覆冰厚度,以及剩余覆冰厚度与融冰评价等级的对应关系,确定出目标融冰评价等级。
[0213] 在本步骤中,工业控制计算机确定出剩余覆冰厚度后,可根据剩余覆冰厚度,以及剩余覆冰厚度与融冰评价等级的对应关系,确定出目标融冰评价等级。
[0214] 示例性的,表1为本申请提供的剩余覆冰厚度与融冰评价等级的对应关系表。
[0215] 表1
[0216]
[0217]
[0218] 如表1所示,当剩余覆冰厚度属于[0,1)时,融冰评价等级为优;当剩余覆冰厚度属于[1,3)时,融冰评价等级为良;当剩余覆冰厚度属于[3,+∞)时,融冰评价等级为差。
[0219] 需要说明的是,表1仅是对剩余覆冰厚度与融冰评价等级的对应关系进行示例,本申请不对剩余覆冰厚度与融冰评价等级的对应关系进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0220] S804:输出目标融冰评价等级。
[0221] 在本步骤中,工业控制计算机得到目标融冰评价等级后,即可输出目标融冰评价等级,以便工作人员获知除冰情况。
[0222] 需要说明的是,输出目标融冰评价等级的方式可以是通过扬声器播放目标融冰评价等级;还可以是将目标融冰评价等级发送至工作人员的终端设备;还可以是在显示屏上显示目标融冰评价等级。本申请实施例不对输出目标融冰评价等级的方式进行限定,可根据实际情况进行设置。
[0223] 本实施例提供的接触轨融冰方法,通过在除冰过程中确定剩余覆冰厚度,可实现对除冰情况的评价。
[0224] 下述为本申请装置实施例,可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节,请参照本申请方法实施例。
[0225] 图10为本申请提供的接触轨融冰装置实施例的结构示意图;该装置可以集成于上述方法实施例中的融冰车中,也可以通过上述方法实施例中的融冰车实现。如图10所示,该接触轨融冰装置1000包括:
[0226] 获取模块1001,用于在融冰车行驶过程中,实时获取接触轨图像、环境温度、环境湿度、车速、接触轨温度、接触轨所在侧;
[0227] 处理模块1002,用于:
[0228] 对所述接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的覆冰厚度;
[0229] 根据所述覆冰厚度、所述环境温度、所述环境湿度、所述接触轨温度、所述车速,以及存储的功率计算公式,确定目标输出功率;
[0230] 控制与所述接触轨所在侧的融冰线圈连接的开关闭合,控制每个电磁感应电源以所述目标输出功率运行。
[0231] 进一步地,所述处理模块1002,具体用于:
[0232] 对所述接触轨图像进行图像识别,确定覆冰接触轨像素高度;
[0233] 根据获取的当前位置,确定所述当前位置对应的接触轨像素高度;
[0234] 根据所述覆冰接触轨像素高度和所述接触轨像素高度,确定所述覆冰厚度。
[0235] 进一步地,所述处理模块1002,具体还用于:
[0236] 对所述接触轨图像进行灰度转换,得到灰度图像;
[0237] 根据所述灰度图像的灰度值计算纵向梯度,得到梯度矩阵,所述梯度矩阵中的每个元素表示所述元素对应的像素点的纵向梯度;
[0238] 根据所述灰度图像的灰度值计算得到前景划分阈值矩阵;
[0239] 根据所述前景划分阈值矩阵和预设前景区域位置,对所述梯度矩阵进行更新,得到前景矩阵;
[0240] 根据所述前景矩阵中的元素值,确定出所述接触轨图像中覆冰接触轨对应的至少一个连通区域;
[0241] 对所述至少一个连通区域进行扩展融合,得到覆冰接触轨区域;
[0242] 根据所述覆冰接触轨区域,确定出所述覆冰接触轨像素高度。
[0243] 进一步地,所述获取模块1001,还用于获取多个覆冰厚度‑功率拟合数据、多个环境温度‑功率拟合数据、多个环境湿度‑功率拟合数据、多个接触轨温度‑功率拟合数据、多个车速‑功率拟合数据、多个功率权重拟合数据;其中,每个功率权重拟合数据包括覆冰厚度对应的功率、环境温度对应的功率、环境湿度对应的功率、接触轨温度对应的功率、车速对应的功率、电源输出功率;
[0244] 进一步地,所述处理模块1002,还用于:
[0245] 根据所述多个覆冰厚度‑功率拟合数据构建覆冰厚度‑功率预测问题模型,根据所述多个环境温度‑功率拟合数据构建环境温度‑功率预测问题模型,根据所述多个环境湿度‑功率拟合数据构建环境湿度‑功率预测问题模型,根据所述多个接触轨温度‑功率拟合数据构建接触轨温度‑功率预测问题模型,根据所述多个车速湿度‑功率拟合数据构建车速‑功率预测问题模型;
[0246] 使用粒子群优化算法对所述覆冰厚度‑功率预测问题模型进行求解,得到覆冰厚度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述环境温度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述环境湿度‑功率预测问题模型进行求解,得到环境湿度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述接触轨温度‑功率预测问题模型进行求解,得到接触轨温度‑功率预测公式,使用粒子群优化算法对所述车速‑功率预测问题模型进行求解,得到车速‑功率预测公式;
[0247] 根据所述多个功率权重拟合数据进行拟合,得到覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重;
[0248] 根据覆冰厚度、环境温度、环境湿度、接触轨温度、车速分别对应的权重,以及所述覆冰厚度‑功率预测公式、所述环境温度‑功率预测公式、所述环境湿度‑功率预测公式、所述接触轨温度‑功率预测公式、所述车速‑功率预测公式,生成所述功率计算公式并存储。
[0249] 进一步地,所述获取模块1001,还用于在所述融冰车的第二行驶过程中,实时获取无冰接触轨图像,所述第二行驶过程中的接触轨上不存在覆冰;
[0250] 进一步地,所述处理模块1002,还用于:
[0251] 对所述无冰接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨像素高度;
[0252] 将所述接触轨像素高度与当前位置建立对应关系后存储。
[0253] 进一步地,所述处理模块1002,还用于:
[0254] 监测到车速大于预设超速阈值时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出超速告警信息;
[0255] 对于每个电磁感应电源,监测到与所述电磁感应电源连接的两个开关均处于闭合状态时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出开关异常告警信息;
[0256] 对于每个电磁感应电源,监测到所述电磁感应电源故障时,控制每个电磁感应电源和所述发电机停止运行,并输出电源故障告警信息。
[0257] 进一步地,所述处理模块1002,还用于:
[0258] 通过第二红外温度传感器,监测到融冰温度大于预设损坏温度阈值时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出过温告警信息;
[0259] 监测到水冷散热器故障时,控制每个电磁感应电源停止运行,并输出散热器故障告警信息。
[0260] 进一步地,所述获取模块1001,还用于通过所述接触轨所在侧的第二拍摄设备获取融冰后接触轨图像;
[0261] 进一步地,所述处理模块1002,还用于:
[0262] 对所述融冰后接触轨图像进行图像识别处理,确定接触轨上的剩余覆冰厚度;
[0263] 根据所述剩余覆冰厚度,以及剩余覆冰厚度与融冰评价等级的对应关系,确定出目标融冰评价等级;
[0264] 输出所述目标融冰评价等级。
[0265] 本实施例提供的接触轨融冰装置,用于执行前述任一方法实施例中的技术方案,其实现原理和技术效果类似,在此不再赘述。
[0266] 本申请实施例还提供一种可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一方法实施例提供的技术方案。
[0267] 本申请实施例还提供一种计算机程序产品,包括计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时用于实现前述任一方法实施例提供的技术方案。
[0268] 本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时,执行包括上述各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0269] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或对其中部分或全部技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
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