ТЕЛЕВИЗИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ ОСНОВНЫХ СТЕРЖНЕЙ ФИКСАТОРОВ НА ОПОРАХ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Настоящая полезная модель относится к области диагностики состояния проводной контактной сети электрифицированных железных дорог, и более конкретно, к телевизионному устройству для измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах контактной сети, которое устанавливается на вагоне-лаборатории для оценки состояния контактной сети электрифицированных железных дорог постоянного и переменного токов.
Уровень техники
Для обеспечения безотказного функционирования сети железных дорог необходимо постоянно контролировать их рабочее состояние. В частности, необходимо подвергать контролю проводную контактную сеть железных дорог для детектирования отклонений от номинальных значений оцениваемых параметров контактной сети, что позволит своевременно спланировать и произвести необходимые работы по ремонту или замене износившихся или поврежденных участков сети.
Проводная воздушная контактная сеть (далее - КС) включает в себя провода КС (контактный провод, несущий трос, усиливающий провод), опоры, поддерживающие устройства (консоли, гибкие и жесткие поперечины) и изоляторы. КС обеспечивает передачу электрической энергии от тяговых и совмещенных тягово-понизительных подстанций к токоприёмникам электроподвижного состава на электрифицированных железных дорогах.
В отличие от других устройств электроснабжения КС не имеет резерва, поэтому к ее надежности предъявляют повышенные требования, которые учитываются как при проектировании и монтаже КС, так и при осуществлении последующего технического обслуживания и ремонта КС. В частности, необходимо регулярно (не менее 1 раза в год) выполнять оценку состояния КС, для чего, как правило, используются вагоны-лаборатории, оснащенные средствами технической диагностики.
Контактный провод (далее - КП) является единственным проводом КС, осуществляющим непосредственный контакт с токоприёмниками (пантографами) электроподвижного состава в процессе токосъема. Поэтому, целью диагностики КС обычно является оценка состояния КП. В данной области техники известно множество устройств, устанавливаемых в/на вагоне-лаборатории для определения различных параметров КП, в частности, износа КП (например, патент RU 2120866 C1 озаглавленный «Устройство для замера и регистрации износа контактного провода»; патент RU 2430331 C2, озаглавленный «Устройство для измерения износа контактного провода путем обработки изображения») и высоты подвеса КП (например, патент RU 2180621 C2, озаглавленный «Способ оптического измерения высоты контактного провода», патент RU 2137622 C1, озаглавленный «Устройство для измерения параметров контактного провода»).
Однако кроме оценки состояния КП для полноценной и достоверной диагностики КС необходимо также измерение высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС. Более конкретно, необходимо контролировать расстояние между рабочим КП и основным стержнем фиксатора. Однако, как уже отмечалось, системы для измерения высоты подвеса КП известны, поэтому задачей настоящей полезной модели является измерение высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС.
Фиксатором КП называется устройство для фиксации положения КП в горизонтальной плоскости относительно оси токоприёмника. Фиксаторы КП бывают несочлененные и сочлененные. Несочлененный фиксатор состоит из одного основного стержня, оттягивающего КП от оси токоприёмника к или от опоры на размер зигзага. Данный вид фиксаторов на электрифицированных железных дорогах применяется редко, так как при их использовании на КП образуется «жесткая точка», что ухудшает условия токосъема. Сочлененный фиксатор состоит из трех элементов: основного стержня, стойки и дополнительного стержня, на конце которого крепится фиксирующий зажим КП. Сочлененные фиксаторы бывают двух типов: прямые и обратные. Прямой сочлененный фиксатор КП имеет основной стержень, который крепится к фиксаторному изолятору и двумя струнами подвешивается к несущему тросу цепной контактной подвески. Таким образом, масса основного стержня не передаётся на КП, и он воспринимает нагрузку только от части веса, направленного от опоры дополнительного стержня с фиксирующим зажимом. Уменьшение нагрузки, соответственно, улучшает качество токосъема. Обратный сочлененный фиксатор имеет более длинный основной стержень, к которому крепится дополнительный стержень, направленный к опоре, при этом нагрузка на КП также уменьшается.
Однако при малом расстоянии между основным стержнем фиксатора и КП часть дополнительного стержня может располагаться ниже уровня подвеса КП. В такой ситуации возникает вероятность контакта (соударения) токоприёмника с дополнительным стержнем при осуществлении токосъема, что в свою очередь может привести к отрыву дополнительного стержня (и соответственно, нарушению зигзага подвеса КП и провисанию КП) и/или повреждению и отрыву токоприёмника. Поэтому, наряду с высотой подвеса КП необходимо контролировать расстояние по вертикали от основного стержня фиксатора до КП. Это расстояние и называется высотой основного стержня фиксатора относительно КП.
Из уровня техники известно устройство, описанное в патенте Японии JP 3891730 B2 («Trolley line supporting metаl fitting mounting аngle meаsuring device»), для измерения угла крепления дополнительного стержня фиксатора на опорах КС с движущегося с высокой скоростью вагона-лаборатории. В указанном устройстве используется оптическая система, состоящая из трех установленных на крыше вагона-лаборатории линейных лазерных источников (пространственно вытянутых излучателей, обеспечивающих плоские лазерные лучи), фотодетектора и телевизионной камеры. Источники устанавливаются на крыше вагона-лаборатории с ориентацией в продольном направлении (вдоль оси движения вагона) и с разнесением на некоторое расстояние в поперечном направлении. Таким образом, обеспечиваются три излучаемых вертикально вверх от крыши вагона-лаборатории и разнесенных в поперечном направлении плоских луча лазерного излучения, которые проецируются на дополнительный стержень фиксатора (самый низкий, т.е. наиболее близкий к крыше вагона-лаборатории, элемент фиксатора) при прохождении вагоном-лабораторией опоры, и отражаются от него. Регистрация фотодетектором отраженного от дополнительного стержня луча служит триггером для фотографирования дополнительного стержня телекамерой, расположенной под известным углом к плоскости крыши. Длина каждого из плоских лучей обеспечивает подсветку соответствующей точки падения этого луча на дополнительный стержень фиксатора на время прохода источника под ним, что фиксируется телекамерой в изображении. Далее устройство, описанное в JP 3891730 B2, соединяет три точки падения лучей на полученном изображении прямой линией, по наклону которой вычисляют угол крепления дополнительного стержня фиксатора. Однако измеренный таким образом угол крепления дополнительного стержня фиксатора даже в сочетании с известной высотой подвеса КП не обеспечивает исчерпывающей информации о расстоянии между основным стержнем фиксатора и КП, которая необходима для оценки состояния КС. Кроме того, данное известное устройство не обеспечивает высокой точности измерения угла крепления дополнительного стержня фиксатора, поскольку измерение основано только на одном изображении, получаемом телекамерой во время прохода вагоном-лабораторией опоры (когда вагон может быть подвержен тряске или раскачиванию). Также недостатком является конструктивная сложность (следовательно, высокая стоимость) данного устройства.
В качестве прототипа заявленной полезной модели рассматривается решение, раскрытое в патенте RU 128587 U1 («Телевизионная система измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах контактной сети»), причём данное решение раскрывает систему измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах проводной КС электрифицированных железных дорог постоянного и переменного токов, выполненную с возможностью установки в вагоне-лаборатории. Известная система содержит оптический модуль из двух цифровых однострочных телевизионных камер с фотоприемниками на линейках ПЗС, модуль сигнальной обработки на базе микропроцессорного контроллера с буфером накопления поступающих от оптического модуля отсчетов, на основе которых формируется на плоскости с осями «путь» (в метрах) и «угловое положение» (в пикселях линейки ПЗС) двумерное изображение точек-отсчетов, расположенных по одной линии, содержащее координаты элементов, зарегистрированных одной камерой. Аналогично обрабатываются отсчеты, получаемые от второй телевизионной камеры. Вычислительный модуль по полученным координатам точек выбранной линии определяет посредством статистической обработки тангенс наклона этой линии относительно оси «угловое положение», который с точностью до коэффициента соответствует высоте расположения основного стержня фиксатора на опоре КС. Кроме того, вычислительный модуль может определять положение опоры на пути вагона-лаборатории по положению прямой линии на оси «путь». Однако данная система неработоспособна в условиях произошедших изменений в конструкции подвеса КП. Суть проблемы заключается в том, что ранее использовалась изолированная консоль крепления основного стержня фиксатора и изоляторы, располагавшиеся на опоре, не попадали в поле зрения телевизионных камер. В текущее время используются неизолированные консоли, а изоляторы устанавливаются между консолью и основным стержнем фиксатора, а также между консолью и несущим (поддерживающим) тросом цепной контактной подвески. Вследствие такой конструкции с большой вероятностью изоляторы могут попадать в поле зрения телевизионных камер и, ввиду их значительных габаритов и большой рельефности формы, создавать помехи в виде создания многочисленных пиксельных отсчетов, хаотически расположенных на плоскости «путь/угловое положение», не позволяющих однозначно идентифицировать положение элементов КС на вышеуказанной плоскости и, следовательно, производить измерение высоты основных стержней фиксаторов. Кроме того данная система не позволяет измерять угол наклона основного стержня фиксатора относительно плоскости полоза токоприёмника вагона-лаборатории, который также является важным параметром состояния КС.
Задачей настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей телевизионных систем измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС. В частности, настоящее решение направлено на обеспечение устройства со следующими преимуществами по сравнению с известными решениями: возможность измерения угла наклона основного стержня фиксатора относительно плоскости полоза токоприёмника вагона-лаборатории, повышение помехоустойчивости измерения высоты основных стержней фиксаторов и повышение точности измерения высоты основных стержней фиксаторов и высоты подвеса контактного провода.
Сущность полезной модели
Поставленная задача разрешается за счёт обеспечения устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС, устанавливаемого на крыше вагона, в частности вагона-лаборатории, и содержащего две синхронизированные цифровые матричные телевизионные камеры, которые фиксируют изображения основного стержня фиксатора и других элементов КС с разных ракурсов, и блока обработки, выполненного с возможностью наложения виртуальной отградуированной пиксельной сетки на полученное цифровое изображение токоприёмника и выделенных элементов КС (в частности, основного стержня фиксатора) для последующего определения расстояния от базовых точек полоза токоприёмника до основного стержня фиксатора и измерения высоты этих элементов относительно крыши вагона.
Устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах контактной сети относительно крыши вагона содержит оптический блок, включающий в себя левую цифровую матричную телевизионную камеру и правую цифровую матричную телевизионную камеру, выполненные с возможностью регистрации изображений в поле зрения камер во время движения вагона, при этом поле зрения левой и правой цифровых матричных телевизионных камер ориентированы вдоль оси движения вагона в сторону расположения полоза токоприёмника таким образом, чтобы получать изображения с разных ракурсов элементов контактной сети, расположенных вблизи вертикальной плоскости полоза токоприёмника; осветительный блок, включающий в себя левый прожектор, выполненный с возможностью подсветки элементов контактной сети в поле зрения левой цифровой матричной телевизионной камеры, и правый прожектор, выполненный с возможностью подсветки элементов в поле зрения правой цифровой матричной телевизионной камеры; блок синхронизации, выполненный с возможностью синхронизации работы левой и правой цифровых матричных телевизионных камер оптического блока таким образом, чтобы камеры оптического блока регистрировали изображения элементов контактной сети одновременно; и блок обработки, выполненный с возможностью получения первого изображения от левой цифровой матричной телевизионной камеры и второго изображения от правой цифровой матричной телевизионной камеры, зарегистрированных одновременно, выделения элементов контактной сети на полученных первом и втором изображениях, наложения на упомянутые изображения отградуированной пиксельной координатной сетки с равно отстоящими друг от друга по высоте горизонтальными линиями градации, определения координат в пикселях выделенных элементов контактной сети, определения высоты в пикселях полоза токоприёмника относительно крыши вагона и определения, находится ли основной стержень фиксатора в одной вертикальной плоскости с полозом токоприёмника, причём, если определено, что основной стержень фиксатора находится в одной вертикальной плоскости с полозом токоприёмником, тогда блок обработки дополнительно выполнен с возможностью определения высоты в пикселях основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника и суммирования определенной высоты в пикселях полоза токоприёмника относительно крыши вагона и высоты в пикселях основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника для получения высоты в пикселях основного стержня фиксатора на опоре контактной сети относительно крыши вагона, и блок обработки дополнительно выполнен с возможностью пересчета высоты в пикселях полоза токоприёмника относительно крыши вагона и высоты в пикселях основного стержня фиксатора на опоре контактной сети относительно крыши вагона в метрические линейные единицы (например, в миллиметры) по соответствующим калибровочным таблицам.
Технический результат, достигаемый посредством использования настоящей полезной модели, заключается в реализации назначения заявленного устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС.
Краткое описание чертежей
Эти и другие признаки и преимущества настоящей полезной модели станут очевидны после прочтения нижеследующего описания и просмотра сопроводительных чертежей, на которых:
На Фиг. 1 представлен общий вид устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 2 представлена блок-схема устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 3 представлен вид сверху на крышу вагона, на которой установлено устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 4(а) представлен пример первого цифрового изображения элементов КС, полученного левой цифровой матричной телевизионной камерой устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 4(б) представлен пример второго цифрового изображения элементов КС, полученного правой цифровой матричной телевизионной камерой устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 5(а) представлен пример обработанного первого изображения с наложенной виртуальной отградуированной пиксельной координатной сеткой согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 5(б) представлен пример обработанного второго изображения с наложенной виртуальной отградуированной пиксельной координатной сеткой согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 6(а) представлен пример обработанного первого изображения с измеренной высотой основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 6(б) представлен пример обработанного второго изображения с измеренной высотой основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 7 представлена блок-схема устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно другому варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 8 представлен вид сверху на крышу вагона, на которой установлено устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно другому варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 9(а) представлен график изменения высоты подвеса КП, полученный с помощью устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 9(б) представлены графики изменения положения КП и несущего троса в горизонтальной плоскости (зигзаг), полученные с помощью устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
На Фиг. 9(в) отображены положения конструктивных элементов несущих опор КС вдоль пройденного пути, полученные с помощью устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
Осуществление полезной модели
Заявленная полезная модель описывается в дальнейшем более подробно со ссылкой на чертежи. В контексте настоящей полезной модели под вагоном подразумевается вагон-лаборатория или любой вагон, приспособленный для установки устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах контактной сети (КС), описанного ниже.
На Фиг. 1 представлен общий вид устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах контактной сети (КС), которое устанавливается на крыше вагона для оценки состояния КС электрифицированных железных дорог постоянного и переменного токов. Рассматриваемое устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС содержит корпус 1, который включает в себя оптический блок и осветительный блок. Оптический блок состоит из двух цифровых матричных телевизионных камер 2 – левой и правой, каждая из которых может быть снабжена соответствующей щеткой 3 стеклоочистителя, как описано ниже. Цифровые матричные телевизионные камеры 2 выполнены с возможностью регистрации изображений элементов КС в поле зрения камер во время движения вагона, в частности, с возможностью фиксации изображения основного стержня фиксатора с разных ракурсов. Осветительный блок состоит из двух прожекторов 4 – левого и правого, используемых для подсветки КС при функционировании устройства в темное время суток. В частности, левый прожектор выполнен с возможностью подсветки элементов в поле зрения левой цифровой матричной телевизионной камеры, а правый прожектор выполнен с возможностью подсветки элементов в поле зрения правой цифровой матричной телевизионной камеры. При этом прожекторы представляют собой сверхъяркие светодиодные прожекторы.
В корпусе устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС также содержатся блок 5 синхронизации, выполненный с возможностью синхронизации работы двух цифровых матричных телевизионных камер 2 оптического блока, и блок 6 обработки, выполненный с возможностью управления работой блока 5 синхронизации, прожекторов 4 осветительного блока и обработки изображений, полученных от двух цифровых матричных телевизионных камер 2 оптического блока. На Фиг. 2 представлена соответствующая блок-схема устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
На Фиг. 3 представлен вид сверху на крышу вагона, на которой установлено устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели. На крыше вагона также расположен токоприёмник 7, который предназначен для приема и передачи электрической энергии от КП к электрическому оборудованию электроподвижного состава. Как наглядно изображено на фигуре, каждая из камер 2 установлена таким образом, чтобы в поле ее зрения попадал токоприёмник 7 в точке соприкосновения его полоза с КП и чтобы соответственно фиксировать изображения основного стержня фиксатора с разных ракурсов. Прожекторы 4, соответственно, также направлены таким образом, чтобы освещать участки, находящиеся в поле зрении каждой камеры.
В частности, блок 6 обработки сначала фиксирует положение вертикальной плоскости полоза токоприёмника на изображениях, полученных от цифровых матричных телевизионных камер 2, в которой будут измеряться высота подвеса КП и высота основных стержней фиксаторов относительно крыши вагона. Цифровые матричные телевизионные камеры затем дополнительно фокусируются на эту плоскость с целью получения наиболее четких изображений элементов КС в момент их нахождения вблизи плоскости полоза токоприёмника.
На Фиг. 4(а) представлен пример первого цифрового изображения элементов КС, полученного левой цифровой матричной телевизионной камерой устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели, а на Фиг. 4(б) представлен пример второго цифрового изображения элементов КС, полученного правой цифровой матричной телевизионной камерой устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели, причём первое и второе цифровые изображения получены в один и тот же момент времени за счет того, что работа левой и правой цифровых матричных телевизионных камер 2 оптического блока синхронизирована посредством блока 5 синхронизации.
Полученные синхронизированными матричными телевизионными камерами 2 цифровые изображения элементов КС затем передаются в блок 6 обработки для дальнейшей обработки. В частности, блок 6 обработки выполнен с возможностью определения координат в пикселях точек пересечения изображений элементов КС с изображением полоза токоприёмника на синхронных кадрах первого и второго изображений, полученных от телевизионных камер 2, и выделения элементов КС, в частности, изображения КП (или двух параллельных КП). В частности, с целью уменьшения токовой нагрузки на КП часто используются два параллельных контактных провода, как изображено в примере на Фиг. 4(а) и Фиг. 4(б), Фиг. 5(а) и Фиг. 5(б), а также Фиг. 6(а) и Фиг. 6(б), и, следовательно, используются один основной стержень фиксатора и два дополнительных стержня фиксатора, поддерживающих два КП. Выделение изображения КП осуществляется методом фильтрации, основанным на сравнении координат точек пересечения изображений всех элементов КС с изображением полоза токоприёмника на синхронных кадрах первого и второго изображений, полученных от телевизионных камер 2. Расстояние от края полоза токоприёмника до точек пересечения изображения полоза токоприёмника с изображением соприкасающегося с ним КП на обоих синхронных кадрах правого и левого изображений будут одинаковыми, в то время как аналогичные расстояния точек пересечения изображения полоза токоприёмника с изображениями других элементов КС, не соприкасающихся с полозом токоприёмника, будут различными, что наглядно показано на Фиг. 6 (а) и Фиг. 6 (б).
После выделения в процессе фильтрации элементов КС на обработанных первом и втором изображениях блок 6 обработки накладывает на данные обработанные первое и второе изображения виртуальную отградуированную пиксельную координатную сетку с равно отстоящими друг от друга по высоте горизонтальными линиями градации. Координатная сетка накладывается таким образом, что она совмещена с вертикальной плоскостью полоза токоприёмника, а нулевой уровень отсчёта привязан к базовой поверхности системы (например, полозу токоприёмника, как изображено на Фиг. 5(а) и 5(б)). На Фиг. 5(а) представлен пример обработанного первого изображения с наложенной виртуальной отградуированной пиксельной координатной сеткой согласно вышеописанному варианту осуществления, а на Фиг. 5(б) - пример обработанного второго изображения с наложенной виртуальной отградуированной пиксельной координатной сеткой.
Затем блок 6 обработки определяет высоту в пикселях полоза токоприёмника относительно крыши вагона (расстояние от крыши вагона до полоза токоприёмника), причём эта определенная высота одновременно является и высотой подвеса КП над крышей вагона, и пересчитывает определенную высоту в пикселях по калибровочным таблицам в метрические линейные единицы, например, в миллиметры.
Пересчет высоты в пикселях в метрические линейные единицы (например, в миллиметры) осуществляется блоком 6 обработки с помощью калибровочных таблиц, причём для каждой камеры 2 предназначена своя отдельная калибровочная таблица, содержащая информацию о количестве пикселей в получаемом телевизионном изображении, приходящихся на одну метрическую линейную единицу изображаемого элемента. Поскольку каждая телевизионная камера 2 отъюстирована таким образом, чтобы ее оптическая ось проходила через середину полоза токоприёмника, каждая оптическая ось находится под углом к вертикальной плоскости полоза токоприёмника, и, следовательно, расстояние от объектива каждой телевизионной камеры до разных точек наблюдаемого элемента, находящегося в этой плоскости, будет различным. По законам оптики, изображение наблюдаемых элементов одинаковых линейных размеров в кадре телевизионного изображения, находящихся на разных расстояниях от объектива телевизионной камеры, будут иметь различные размеры, а именно, чем ближе элемент, тем больше изображение элемента в кадре телевизионного изображения и тем больше пикселей приходится на линейную единицу, что иллюстрируется на Фиг. 6(а) и Фиг. (б). Это обстоятельство должно быть учтено при составлении калибровочных таблиц пересчета количества пикселей изображения в исходные метрические линейные единицы (размеры) наблюдаемого элемента. А именно, в левой части изображения, получаемого от левой телевизионной камеры (см. Фиг. 6(а)), приходится большее количество пикселей на единицу линейного размера высоты H1 основного стержня фиксатора КС относительно полоза токоприёмника, чем на изображении, получаемом от правой телевизионной камеры (см. Фиг. 6(б)). И наоборот, в правой части изображения, получаемого от левой телевизионной камеры (см. Фиг. 6(а)), приходится меньшее количество пикселей на единицу линейного размера высоты H2 основного стержня фиксатора КС относительно полоза токоприёмника, чем в правой части изображения, получаемого от правой телевизионной камеры (см. Фиг. 6(б)). Следовательно, при пересчете количества пикселей в метрические линейные единицы для каждой точки полоза токоприёмника, относительно которой измеряется высота основного стержня фиксатора, используется свой коэффициент пересчета.
Далее блок обработки измеряет высоту основного стержня фиксатора относительно крыши вагона путем анализа синхронных кадров первого и второго цифровых изображений, полученных в момент нахождения основного стержня фиксатора в вертикальной плоскости полоза токоприёмника, как изображено в примере на Фиг. 4(а) и Фиг. (б), Фиг. 5(а) и Фиг. (б), а также Фиг. 6(а) и Фиг. (б). Этот момент времени определяется блоком 6 обработки следующим образом. КП поддерживается дополнительными стержнями фиксатора, соединенными верхними концами с основным стержнем фиксатора, а на их нижних концах имеются зажимы, к которым крепится КП. Во время осуществления фильтрации элементов КС блок 6 обработки выполнен с возможностью фиксирования попадания зажима крепления КП в вертикальную плоскость полоза токоприёмника, причём блок 6 обработки определяет, являются ли координаты точек пересечения изображения зажима крепления КП с изображением КП одинаковыми на синхронных кадрах обоих, первом и втором, изображениях, получаемых от синхронизированных матричных телевизионных камер 2 в один момент времени. При определении, что координаты точек пересечения являются одинаковыми, блок 6 обработки выявляет, что основной и дополнительный стержень фиксатора (или два дополнительных стержня фиксатора) находятся в одной вертикальной плоскости с полозом токоприёмника (см. Фиг. 5(а) и Фиг. 5(б)).
На Фиг. 6(а) представлен пример обработанного первого изображения с измеренной высотой основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника, а на Фиг. 6 (б) - пример обработанного второго изображения с измеренной высотой основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника. Желтым цветом на обработанных изображениях выделены двойной КП и соответствующие два несущих троса, а также вспомогательный усиливающий провод (крайний справа), красным цветом выделены два дополнительных стрежня фиксатора, сиреневым цветом выделен основной стержень фиксатора с поддерживающей струной, зеленым цветом выделен полоз токоприёмника и часть основного стержня фиксатора, располагающаяся над выделенным полозом токоприёмника. Блок 6 обработки выполнен с возможностью анализа полученных первого и второго цифровых изображений, на которых определено, например, что дополнительный и основной стержни фиксатора находятся в одной вертикальной плоскости с полозом токоприёмника, для определения высоты в пикселях основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника в любых требуемых точках полоза токоприёмника. В частности, в качестве примера в настоящей заявке рассматривается определение высоты в пикселях основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника в двух крайних точках полоза токоприёмника, выделенных на Фиг. 6(а) и 6(б) красным и синим кругами соответственно. Блок 6 обработки дополнительно выполнен с возможностью пересчета определенной высоты в пикселях по калибровочным таблицам в метрические линейные единицы, например, в миллиметры.
Затем блок 6 обработки вычисляет высоту в пикселях основного стержня фиксатора относительно крыши вагона в двух упомянутых крайних точках полоза токоприёмника, т.е. возвышение основного стержня фиксатора над крышей вагона в этих точках, посредством суммирования высоты в пикселях полоза токоприёмника относительно крыши вагона и определенной высоты в пикселях основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника в двух крайних точках токоприёмника соответственно (см. Фиг. 6(а) и 6(б)), с последующим пересчетом с помощью калибровочных таблиц этой высоты в пикселях в высоту в метрических линейных единицах по вышеописанной методике.
Помимо измерения высоты основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника блок 6 обработки выполнен с возможностью определения угла Y наклона основного стержня фиксатора относительно горизонтальной плоскости (в предположении, что полоз токоприёмника расположен горизонтально) по разности пересчитанных в метрические линейные единицы, например, в миллиметры, высот основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника, например, высот H1 и H2 основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника, измеренных в крайних (базовых) точках полоза токоприёмника (см. Фиг. 6(а) и 6(б)), причём в данном случае угол Y наклона основного стержня фиксатора относительно горизонтальной плоскости определяется по следующей формуле:
Y=arctg((H1- H2)/L),
где L – расстояние в метрических линейных единицах, например, в миллиметрах, между двумя точками полоза токоприёмника, относительно которых измеряется высота основного стержня фиксатора (в данном случае – между двумя крайними точками полоза), причём знак угла Y показывает направление наклона. Высоты H1 и H2 основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника, измеренные в крайних точках полоза токоприёмника, используются для достижения наиболее точного измерения угла Y наклона, однако измерение также может быть произведено и с использованием высот основного стержня фиксатора относительно полоза токоприёмника, измеренных в двух других точках полоза токоприёмника.
Блок 6 обработки также дополнительно выполнен с возможностью аналогичным образом контролировать параметры и других элементов КС, например, несущего троса, струн подвеса фиксатора к несущему тросу и т.п.
Для обеспечения работы устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС в темное время суток оптический модуль имеет встроенные системы адаптации к изменяющимся условиям освещенности. В частности, цифровые матричные телевизионные камеры 2 выполнены с возможностью функционирования с негативным сигналом в светлое время суток и позитивным сигналом в темное время суток. Кроме того, осветительный блок, включающий в себя два прожектора 4, которые используются для подсветки КС, также обеспечивает возможность эксплуатации упомянутого устройства в темное время суток.
Для эксплуатации упомянутого устройства в плохих погодных условиях (мороз, дождь, повышенная влажность и т.п.) оптический модуль дополнительно оснащен средствами защиты цифровых матричных телевизионных камер 2 от атмосферных воздействий. В частности, этими средствами защиты опционально являются одно или все из следующих средств: защитное стекло с электрообогревом, защитное стекло со щеткой 3 стеклоочистителя, защитное стекло со щеткой 3 стеклоочистителя и омывающим средством и т. п. Дополнительно поверх защитного стекла может устанавливаться крышка с приводом для защиты цифровых матричных телевизионных камер 2, снабженных защитным стеклом, от атмосферных воздействий и механических повреждений в нерабочем состоянии, т. е. в данном варианте осуществления блок 6 обработки дополнительно выполнен с возможностью предписания приводу автоматически закрывать крышку при завершении эксплуатации устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС и автоматически открывать крышку при начале эксплуатации этого устройства. Кроме того, упомянутое устройство также может быть дополнительно оборудовано встроенной системой обогрева для эксплуатации устройства при низкой температуре окружающей среды и системой вентиляции для эксплуатации устройства при высокой температуре окружающей среды.
На Фиг. 7 представлена блок-схема устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно другому варианту осуществления настоящей полезной модели. В частности, согласно этому другому варианту осуществления устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС может быть выполнено дополнительно содержащим дополнительный оптический блок и дополнительный осветительный блок, причём осветительный блок, содержащий прожекторы 4, и оптический блок, содержащий цифровые матричные телевизионные камеры 2, будут устанавливаться с одной стороны от токоприёмника на крыше вагона, а дополнительный осветительный блок, содержащий прожекторы 4’, и дополнительный оптический блок, содержащий цифровые матричные телевизионные камеры 2’ – с противоположной по продольной оси вагона стороны симметрично относительно токоприёмника. Как камеры 2 оптического блока, так и камеры 2’ дополнительного блока направлены в сторону потенциальной точки пересечения полоза токоприёмника с контактным проводом. Согласно данному варианту осуществления блок 5 синхронизации выполнен с возможностью синхронизации всех четырех камер – двух цифровых матричных телевизионных камер 2 оптического блока и двух цифровых матричных телевизионных камер 2’ дополнительного оптического блока, таким образом, в блок 6 обработки поступают четыре цифровых изображения элементов КС, полученных одновременно и «спереди», и «сзади» токоприёмника в один момент времени. Следовательно, блок 6 обработки измеряет высоту основных стержней фиксаторов на опорах относительно крыши вагона и высоту других элементов КС относительно крыши вагона с обеих сторон по оси пути, что повышает точность измерения высоты элементов КС относительно крыши вагона. На Фиг. 8 представлен вид сверху на крышу вагона, на которой установлено устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно другому варианту осуществления настоящей полезной модели. Согласно данному варианту осуществления блок 5 синхронизации и блок 6 обработки могут быть установлены либо внутри вагона, либо в одном из корпусов: корпусе 1, включающем в себя оптический блок и осветительный блок, или корпусе 1’, включающем в себя дополнительный оптический блок и дополнительный осветительный блок.
Опционально, на крыше вагона аналогичным образом может быть установлено два устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно первому варианту осуществления, каждое из которых установлено с разных сторон токоприёмника по продольной оси вагона симметрично относительно токоприёмника, и поле зрение цифровых матричных телевизионных камер которых направлено на упомянутый токоприёмник в точке, обозначенной ранее. В данном случае устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС может быть дополнительно снабжено блоком беспроводной передачи данных для передачи данных от одного устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС к другому для обработки одним из блоков обработки цифровых изображений элементов КС, полученных одновременно и «спереди», и «сзади» токоприёмника в один момент времени, как это описано выше, или для передачи полученных данных во внешнее устройство для дальнейшей обработки.
Кроме того, при установке на крышу вагона двух устройств измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно первому варианту осуществления или устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно описанному другому варианту осуществления в случае прямого попадания в объективы цифровых матричных телевизионных камер одного оптического блока яркого солнечного света, которое приведет этот оптический блок в нерабочее состояние, второе из устройств измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах согласно первому варианту осуществления или устройство измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах согласно описанному другому варианту осуществления продолжат свою работу посредством цифровых матричных телевизионных камер другого оптического блока, в объективы цифровых матричных телевизионных камер которого в этот же момент времени не может попасть этот яркий солнечный свет, что повышает надежность измерения парой устройств измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах согласно описанному первому варианту осуществления или устройством измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах согласно описанному другому варианту осуществления.
На Фиг. 9 (а) представлен график изменения высоты подвеса КП относительно крыши вагона, полученный с помощью устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС. По вертикальной оси указано расстояние пройденного пути в метрах, а по горизонтальной оси - измеренная высота в пикселях подвеса КП относительно крыши вагона.
Кроме того, с помощью описанного устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС можно определить параметры зигзага подвеса КП в горизонтальной плоскости, т.е. отклонения КП от его продольной оси (от середины полоза токоприёмника) в горизонтальной плоскости, путем фиксирования на плоскости изображения с координатами «вдоль пути» (вдоль оси вагона) и «поперек пути» (вдоль полоза токоприёмника) измеренных координат положения точек соприкосновения КП с полозом токоприёмника.
На Фиг. 9(б) представлены графики зигзага - изменения положения двух параллельных КП и несущего троса в горизонтальной плоскости с координатами «вдоль пути» (вдоль оси вагона) в метрах и «поперек пути» (вдоль полоза токоприёмника) в пикселях, полученные с помощью заявленного устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС, причём красные линии отображают положение КП и несущего троса, полученные от левой телевизионной камеры, а синие линии отображают положение КП и несущего троса, полученные от правой телевизионной камеры. Поскольку несущий трос возвышается над полозом токоприёмника и не контактирует с ним, линии положения несущего троса, полученные от разных телевизионных камер, отображаются соответственно сдвинутыми вправо и влево относительно КП, а линии положения КП, полученные от разных телевизионных камер, совпадают. Отдельные точки на графике являются отметками отраженных сигналов от прочих элементов КС, не представляющих интереса при проведении заявляемых измерений.
На Фиг. 9(в) отображены положения конструктивных элементов несущих опор КС вдоль пройденного пути, полученные с помощью устройства измерения высоты основных стержней фиксаторов на опорах КС согласно варианту осуществления настоящей полезной модели. В частности, на данной фигуре представлены отображения положений основного стержня фиксатора и других конструктивных элементов несущих опор КС, находящихся в одной вертикальной плоскости с полозом токоприёмника (консоли, гибкие и жесткие поперечины, поддерживающие струны и т.п.), причем, аналогично Фиг. 9(б), по вертикальной оси указано расстояние пройденного пути в метрах, а по горизонтальной оси - измеренная высота в пикселях конструктивных элементов несущих опор КС относительно крыши вагона, а цвета соответствуют телевизионным камерам, с помощью которых были получены эти данные.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что по мере необходимости количество структурных блоков устройства может изменяться. Кроме того, специалисты в данной области техники должны понимать, что показанное расположение блоков устройства является примерным и, по мере необходимости, может быть изменено для достижения большей эффективности в конкретном применении. Предполагается, что объем охраны настоящей полезной модели охватывает все возможные различные расположения указанных выше конструктивных блоков устройства.