地铁接触网电弧闪光的视频检测方法

宋大治 陆思文

1.南京地铁建设有限责任公司，江苏 南京 210000；

2.东南大学信息科学与工程学院，江苏 南京 210000

地铁作为现代的一种重要出行方式，具有行驶速度快、不堵车、运量大等优点，但同时也存在着无法避免的隐患，电弧闪光就是其中极为重要的一种。

轨道交通地铁接触网网上的电压波动范围大约为1000～1800V，最大持续电流有效值大约为3000A，供给电客车的电流经过走行轨返回牵引变电所，接触网阶牵引变电所正极，走行轨接牵引变电所负极。接触网作为牵引供电系统向电客车提供电能的最直接环节，其状态直接影响着地铁的运营安全[1,2]。电客车电弓与接触网线接触会对接触网线产生机械磨损和电气磨损，并导致电接触不良等现象，使得接触网线会产生电火花或电弧。同时，随着地铁运行速度的不断提高，车体的振动加剧，受电弓和接触线的良好接触遭到破坏，容易造成弓网脱离，从未引起电弧闪光[3,4]。为了避免由此引起的重大损失，电弧闪光的检测具有重要意义。

本文提出一种通过视频图像对电弧闪光现象进行检测的方法，主要对整个系统的架构及其中的关键性算法进行介绍。

1 电弧闪光检测系统架构

图1为地铁接触网电弧闪光检测系统的主要组成框图。首先，利用架设在地铁轨道附近的视频监控摄像机实时采集接触网的视频画面，将视频传入视频解码器进行解码，并将解码后的视频信号传输至核心处理模块进行处理。核心处理模块主要完成对电弧闪光的检测（具体检测方法见后续），检测中涉及的一些参数及相应配置存放在存储模块，以便系统断电重启后可以恢复关闭前的状态。若核心处理模块检测到电弧闪光发生，则报警器给出安全警示。同时，将闪光发生的相应信息，包括发生电弧闪光的时间、路段名称通过有线或无线网络传递给后方控制台。同时，对捕捉到的电弧闪光的图像和视频进行保存。控制台主要完成接收、查看、处理、删除报警信号等功能。

图1 地铁电弧闪光检测系统主要组成框图

2 电弧闪光检测算法

在上述的系统构架中，核心处理模块主要完成对地铁接触网电弧闪光现象的检测，其中的电弧闪光检测算法是整套系统的核心。

根据经验，电弧闪光出现的时间极为短暂。出现前和出现后的画面图像基本一致，只有在电弧闪光发生的瞬间图像亮度才会出现集体上升，电弧闪光的检测算法主要基于这一特性完成。

图2是电弧闪光检测算法的主要流程图，主要包括以下几个步骤。

图2 电弧闪光检测算法流程图

（1）系统初始化。完成设备以及一些主要参数的初始化，使系统处于正常工作状态。

（2）配置或读取相关参数。如果是第一次对当前区域进行检测时，需要设定一些基本参数，如感兴趣区域的左右边界等。如果已经对该监控区域设定过相关参数，则可直接进行读取。

（3）针对每帧图像计算单帧状态图。提取每帧图像的灰度信息，对其进行相应计算得到单帧状态图，反映的是每帧图像各点的灰度信息。

（4）针对每帧图像计算四帧状态图。四帧状态图由当前帧图像以及前三帧图像的单帧状态图计算得到，反映的是每帧图像中各点的变化情况。

（5）根据四帧状态图判断闪光是否发生。若发生，则发送警报信号，并将发生电弧闪光的时间、地点通过有线或无线网络传递给后方控制台。同时，将捕捉到的电弧闪光的图像以及视频证据进行保存，以供后续查看。

在测试时，使用闪光灯模拟真正的电弧闪光。图3为抓拍到的模拟闪光抓拍实例。由图3可见，每次抓拍均由4幅图像构成。其中，第一、第二幅图像为闪光发生前的图像，第三幅图像为闪光发生时的图像，第四幅图像为闪光发生后的图像。通过这四幅图像，可清晰地看出模拟闪光发生的全过程。

图3 模拟闪光抓拍实例

3 结语

地铁接触网的电弧闪光检测是一项具有重要现实意义的研究内容。本文主要通过架设在地铁附近的摄像机对接触网进行监控，将采集到的视频信号进行解码得到每帧图片的灰度信息。通过每帧图片的灰度信息以及前后帧图片对应位置间的灰度关系，判断电弧闪光是否发生。若判断电弧闪光发生，则发出报警信息并将相应报警信息传回控制台，同时，将图片及视频证据进行保存以供工作人员后续处理。