CN104742937B - 轨道运行过程参数动态检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道运行过程参数动态检测平台，包括机械安装与位置高度调节机构，图像采集单元、图像高速采集压缩处理单元和图像高精度处理单元；其中，机械安装与位置高度调节机构用于安装传感器和调节检测单元左右水平位置，图像采集单元用于对检测平台内的钢轨横断面进行照射，并采集钢轨表面形成钢轨断面特征图形；图像高速采集压缩处理单元用于对采集的图像进行透镜畸变校正、几何纠正、图像拼接处理后再压缩发送给图像高精度处理单元；所述图像高精度处理单元包括计算机和图像处理软件，所述计算机通过网络接收并存储图像高速采集压缩处理单元发送的压缩图像，所述图像处理软件进行图像高精度处理和标定还原，进一步提高系统测量精度。

Description

轨道运行过程参数动态检测平台

技术领域

本发明涉及轨道检测技术领域，具体地说，特别涉及到一种轨道运行过程参数动态检测平台的模型建立。

背景技术

轨道作为列车运行基础，它的作用是平稳、安全地引导列车行驶方向，直接承受车轮传来的机车车辆的压力，并把压力扩散到路基或桥遂结构物上。轨道交通向高速度、高密度的方向发展，交通运营安全保障工作变得越来越艰巨，行车安全和舒适问题已成为运输生产中的关键问题。在铁路基础设施中，轨道一直是薄弱环节，因此城市轨道动态检测成为一项重要措施。

目前国内轨道交通的轨道检测仍以轨检车为主，自动化和信息化程度不高，检测技术尚不完善，一定程度上制约了检测的精度和可靠性。

在行车速度或检测速度提高以后，国内轨检车的不适应日益突出，已有的轨检车技术发展思路与国外先进的轨检车技术发展方向不一致，必将影响检查结果的客观与公正，与先进国家轨检车技术的差距将越来越大。

发明内容

本发明实际需要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种轨道运行过程参数动态检测平台的模型，包括图像采集单元、图像高速采集压缩处理单元和图像高精度处理单元，提高了轨道检测的精度和可靠性。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

轨道运行过程参数动态检测平台，其特征在于：它包括图像采集单元、图像高速采集压缩处理单元和图像高精度处理单元；

所述图像采集单元包括安装支架、激光传感器、图像采集卡、旋转编码器和导向台；所述安装支架包括两根金属杆，所述两根金属杆的一端与列车底部连接固定，两根金属杆的另一端分别位于钢轨的两侧，在所述金属杆的近钢轨侧均安装有激光传感器和图像采集卡，所述激光传感器用于对钢轨内侧进行照射，所述图像采集卡用于采集钢轨表面形成钢轨断面特征图形；两根金属杆的端部还分别安装有旋转编码器和导向台，所述旋转编码器的数据输出端口与激光传感器连接，用于精确控制激光传感器移动距离，所述导向台用于保证金属杆的移动范围在激光传感器的侦测范围内；

所述图像高速采集压缩处理单元用于对图像采集单元采集到的图像进行图进行透镜畸变校正、几何纠正、图像拼接处理，获得满足轨道检测要求的大范围、高分辨率图像，然后对钢轨断面特征图形进行缓冲压缩处理，并将压缩图像发送给图像高精度处理单元；所述图像拼接处理为将两个激光传感器发射的激光扫描线通过实验方法重合，得出最佳测量数据的方法确定传感器安装位置，并对图像进行拼接处理；

所述图像高精度处理单元包括计算机和图像处理软件，所述计算机通过网络接收并存储图像高速采集压缩处理单元发送的压缩图像，所述图像处理软件进行图像高精度处理和标定还原，进一步提高系统测量精度；所述图像高精度处理是根据所获取的图像，经过通过实验方法建立的数学模型得出数据结果。

进一步的，还包括运动与位置控制系统，所述运动与位置控制系统包括伺服电机、丝杆、滑台和滑轮；所述伺服电机的输出轴与丝杆的一端连接，用于将伺服电机的转动转换为直线运动；所述丝杆上安装有一能沿丝杆轴向方向移动的滑台，所述滑台具有安装槽，安装槽中设置有连接支架；所述连接支架包括平行设置的第一龙骨和第二龙骨，第一龙骨和第二龙骨之间设置有若干定位杆，在第一龙骨和第二龙骨的端部设有安装组件，所述滑轮通过安装组件固定于连接支架的另一端。

进一步的，所述安装支架为C型结构框，用于安装激光传感器、图像采集卡和导向台。

进一步的，所述激光传感器分别安装于C型结构框的左右两侧，激光传感器的最大扫射角为120°，两个激光传感器的夹角为90°，用于实现180°全面覆盖。

所述C型结构框一端的端部安装有可调节高度的滑轮平台，滑轮平台的下方安装有2个导向轮，导向轮的接地面设有橡胶包覆层；

所述C型结构框另一端的端部安装有导向台，所述导向台通过联轴器与伺服电机的驱动丝杆联动，用于控制C型结构框整体匀速运动；

所述导向台的一侧还安装有旋转编码器，该旋转编码器的数据输出端口与激光传感器连接，用于判断C型结构框整体行进距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

通过特别设计的机械安装与调节机构，融合图像采集单元、图像高速采集压缩处理单元和图像高精度处理单元的结构设计，测量精度和测量结果可靠性高，测量数据更为全面且直观。

附图说明

图1为本发明所述的轨道运行过程参数动态检测平台的结构框图。

图2为本发明所述的图像采集单元的结构示意图。

图3为本发明所述的运动与位置控制系统的结构示意图。

图中标号说明：安装支架110、激光传感器120、旋转编码器130、导向台140、钢轨150、伺服电机210、丝杆220、滑台230、滑轮240。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1、图2和图3，本发明所述的轨道运行过程参数动态检测平台，它主要包括图像采集单元、图像高速采集压缩处理单元和图像高精度处理单元。

其中，图像采集单元包括安装支架110、激光传感器120、图像采集卡、旋转编码器130和导向台140；所述安装支架110包括两根金属杆，所述两根金属杆的一端与列车底部连接固定，两根金属杆的另一端分别位于钢轨150的两侧，在所述金属杆的近钢轨150侧均安装有激光传感器120和图像采集卡，所述激光传感器120用于对钢轨150内侧进行照射，所述图像采集卡用于采集钢轨150表面形成钢轨150断面特征图形；两根金属杆的端部还分别安装有旋转编码器130和导向台140。

该装置安装于检测列车上，可以进行动态测量。该测量系统是基于激光三角法，将结构激光传感器120分为一式两套安装在轨检车底部，分别测量左右钢轨150的磨耗。由高强度的激光平面对准钢轨150内侧进行照射，在钢轨150表面形成表征钢轨150断面特征图形。

所述图像高速采集压缩处理单元用于对图像采集单元采集到的图像进行图进行透镜畸变校正、几何纠正、图像拼接处理，获得满足轨道检测要求的大范围、高分辨率图像，然后对钢轨150断面特征图形进行缓冲压缩处理，并将压缩图像发送给图像高精度处理单元。

由于实际图像受到环境光、漫反射、钢轨150氧化、钢轨150上油污斑点的影响，同时钢轨150的粗糙、扫描钢轨150截面的激光平面具有一定厚度、光学畸变、传感器的振动均会造成图像畸变，影响测量系统的精确性，使得钢轨150断面的外形识别变得较为复杂。在所以须对获得的序列图像进行透镜畸变校正，几何纠正，拼接等一系列处理，以获得满足轨道检测要求的大范围、高分辨率图像。

所述图像高精度处理单元包括计算机和图像处理软件，所述计算机通过网络接收并存储图像高速采集压缩处理单元发送的压缩图像，所述图像处理软件进行图像高精度处理和标定还原，进一步提高系统测量精度。

本发明还包括有运动与位置控制系统，所述运动与位置控制系统包括伺服电机210、丝杆220、滑台230和滑轮240；所述伺服电机210的输出轴与丝杆220的一端连接，用于将伺服电机210的转动转换为直线运动；所述丝杆220上安装有一能沿丝杆220轴向方向移动的滑台230，所述滑台230具有安装槽，安装槽中设置有连接支架；所述连接支架包括平行设置的第一龙骨和第二龙骨，第一龙骨和第二龙骨之间设置有若干定位杆，在第一龙骨和第二龙骨的端部设有安装组件，所述滑轮240通过安装组件固定于连接支架的另一端。

安装支架为C型结构框，用于安装激光传感器120、图像采集卡和导向台140。

激光传感器120为高精度传感器，分别安装于C型结构框的左右两肩，两者成90度夹角。利用激光传感器120自身扫射角最大可达120度的特性，实现轨头部分180度全面覆盖。

C型结构框左端下方连接有可调节高度(0-2cm)的滑轮平台，该滑轮平台下安装有2个导向轮，导向轮接地面包覆0.5cm橡胶，以降低框架推行过程中可能的硬撞击。

导向轮另一侧设计安装1个旋转编码器130，用以判断框架整体行进距离。

滑轮平台的高度可调节设计用以平衡C型结构框的整体水平，确保激光传感器120扫射角度覆盖轨头全方向。

C型结构框右端下方连接由伺服驱动的导向台140，以控制C型结构框整体匀速运动。此模型考虑的是2米的检测范围，伺服电机通过联轴器驱动丝杆转动，进而带动导向台140连接的整体C型结构狂，最终实现伺服驱动C型结构框可沿轨道另一根铁轨匀速移动，以检测被测铁轨的各类参数，实现不限距离的检测要求。

本发明不仅能够检测出钢轨150的动态参数，而且对前端采集到的数据进行安全、高效地传输，并对检测数据进行实时的处理以及数据结果的实时显示，从而提高轨道检测信息化和自动化，减少故障维修周期，提高工作效率。根据前端数据点的位置，采取相应的通信方式，例如wifi、GPRS、GSM、RFID、TCP/IP等，将数据以规范化的格式传输到主控计算机系统统一存储，通过建立相关的数学模型对采集到的数据作进一步分析处理。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.轨道运行过程参数动态检测平台，其特征在于：它包括图像采集单元、图像高速采集压缩处理单元和图像高精度处理单元；

所述图像采集单元包括安装支架、激光传感器、图像采集卡、旋转编码器和导向台；所述安装支架包括两根金属杆，所述两根金属杆的一端与列车底部连接固定，两根金属杆的另一端分别位于钢轨的两侧，在所述金属杆的近钢轨侧均安装有激光传感器和图像采集卡，所述激光传感器用于对钢轨内侧进行照射，所述图像采集卡用于采集钢轨表面形成钢轨断面特征图形；两根金属杆的端部还分别安装有旋转编码器和导向台，所述旋转编码器的数据输出端口与激光传感器连接，用于精确控制激光传感器移动距离，所述导向台用于保证金属杆的移动范围在激光传感器的侦测范围内；

所述图像高速采集压缩处理单元用于对图像采集单元采集到的图像进行图进行透镜畸变校正、几何纠正、图像拼接处理，获得满足轨道检测要求的大范围、高分辨率图像，然后对钢轨断面特征图形进行缓冲压缩处理，并将压缩图像发送给图像高精度处理单元；所述图像拼接处理为将两个激光传感器发射的激光扫描线通过实验方法重合，得出最佳测量数据的方法确定传感器安装位置，并对图像进行拼接处理；

所述图像高精度处理单元包括计算机和图像处理软件，所述计算机通过网络接收并存储图像高速采集压缩处理单元发送的压缩图像，所述图像处理软件进行图像高精度处理和标定还原，进一步提高系统测量精度；所述图像高精度处理是根据所获取的图像，经过通过实验方法建立的数学模型得出数据结果；

还包括运动与位置控制系统，所述运动与位置控制系统包括伺服电机、丝杆、滑台和滑轮；所述伺服电机的输出轴与丝杆的一端连接，用于将伺服电机的转动转换为直线运动；所述丝杆上安装有一能沿丝杆轴向方向移动的滑台，所述滑台具有安装槽，安装槽中设置有连接支架；所述连接支架包括平行设置的第一龙骨和第二龙骨，第一龙骨和第二龙骨之间设置有若干定位杆，在第一龙骨和第二龙骨的端部设有安装组件，所述滑轮通过安装组件固定于连接支架的另一端。

2.根据权利要求1所述的轨道运行过程参数动态检测平台，其特征在于：所述安装支架为C型结构框，用于安装激光传感器、图像采集卡和导向台。

3.根据权利要求2所述的轨道运行过程参数动态检测平台，其特征在于：所述激光传感器分别安装于C型结构框的左右两侧，激光传感器的最大扫射角为120°，两个激光传感器的夹角为90°，用于实现180°全面覆盖。

4.根据权利要求2所述的轨道运行过程参数动态检测平台，其特征在于：所述C型结构框一端的端部安装有可调节高度的滑轮平台，滑轮平台的下方安装有2个导向轮，导向轮的接地面设有橡胶包覆层；

所述C型结构框另一端的端部安装有导向台，所述导向台通过联轴器与伺服电机的驱动丝杆联动，用于控制C型结构框整体匀速运动；

所述导向台的一侧还安装有旋转编码器，该旋转编码器的数据输出端口与控制系统输入端连接，采集角度变化脉冲信号，经过换算用于判断C型结构框整体行进距离。