[發明專利]鐵路機車車輛運行姿態測量系統

有效

• 申請號: 200910143995.6
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101580071A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 田紅旗;梁習鋒;劉應龍;魯寨軍;鄭小波;高廣軍;姚松;劉堂紅
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B61K9/00
• 分類號: B61K9/00;B61L23/00;G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于列車運行時機車車輛各種振動形式引起的偏移量測試及測量技術，具體的涉及一種能夠檢測機車車輛動態包絡線，并進行超限預警或報警的鐵路機車車輛運行姿態測量系統。

背景技術

在保證鐵路運行安全前提下，合理利用限界空間運輸超限貨物，必須制定符合當前實際情況的超限列車運行條件，包括超限列車通過建筑物或設備的運行條件和超限列車與鄰線列車交會時的運行條件。而這取決于超限列車與建筑限界之間的距離以及超限列車與鄰線列車間的距離，這兩個距離與貨物外形尺寸、機車車輛限界、建筑限界、線間距以及車輛在運行過程中的橫向偏移量密切相關。車輛在線路上運行時，由于輪軌之間的相互作用，在各種垂向和橫向力的作用下，車輛系統會產生垂向和橫向振動。因此，研究車輛系統各種振動型式下的偏移量是合理確定超限車運行條件的基礎。

相對無偏移限界和靜偏移限界，機車車輛的動偏移限界的空間利用率最高。我國的機車車輛限界橫向基本屬于無偏移限界，垂向基本屬于靜偏移限界，為盡可能利用限界空間，有必要逐步建立我國機車車輛的動偏移限界。動偏移限界的建立需要考慮機車車輛的振動偏移量。由于影響振動偏移量的因素多且復雜，在機車車輛運行過程中進行檢測是最能反映實際情況的研究手段。

可見，檢測鐵路機車車輛運行姿態，獲得機車車輛運行過程中的振動偏移量是建立我國機車車輛的動偏移限界、合理利用限界空間的需要。國家標準(GB146.1-83，GB146.2-83)中對限界的定義如下：限界是一個和軌道中心線垂直的斷面輪廓，水平尺寸自中心線算起，以限界半寬表示；垂直尺寸自軌面算起。曲線段按相關運規定義的計算寬度加寬。由于直線坡度和曲線外軌超高等問題，偏移量也必須相對于軌面進行定義與測量。

檢測車輛動態偏移量(運行姿態)的最終目的是獲得機車車輛的動偏移限界，并判斷機車車輛在運行過程中是否會與臨線車輛發生刮碰現象或是否超限。目前國內外研發的各種鐵路貨車裝載超限檢測或橫向偏移量檢測裝置，都只能對機車車輛(裝載貨物)靜態或通過固定點時的超限情況進行檢測，不能隨機車車輛運動實時監控其運行姿態。如采用激光測距技術檢測裝載的貨物是否超限、檢測機車車輛的動態橫向偏移量；利用雙光幕拼接與圖像處理技術對貨車端部超限進行實時自動檢測；采用漫反射、激光偏振光反射及具有背景屏蔽功能的激光漫反射檢測相結合的組合式檢測模式進行超限貨物的檢測；采用紅外技術或CCD攝像和圖像處理技術檢測超限情況；采用結構光和CCD攝像相結合的方式進行鐵路貨車超限檢測。以上方法都是在鐵路上選取某一截面架設龍門架安裝檢測設備，當列車通過龍門架時，檢測其是否超限。而影響動態偏移量的因素很復雜，必須在機車車輛運行過程中實時監控、檢測其動態偏移量，才能獲得規律性的數據。

發明內容

本發明提供了一種以軌面和軌道中心線為基準的非接觸式的基于機器視覺的鐵路機車車輛運行姿態測量系統，其能夠對機車車輛的動態偏移量進行實時測量，通過對車體上測點(不少于3個)相對軌道的偏移量的測量，分析得到車體運行姿態(點頭、搖頭、側滾、橫擺、浮沉)的動態測量，進一步得到車體上任意位置相對于軌面坐標系的動態偏移量，并根據車體輪廓上關鍵點的動態偏移量，綜合得到車體的動態包絡線，將車體動態包絡線與建筑限界輪廓進行比較，若有監控點接近甚至超出建筑限界，將進行超限預警和報警。在實時在線測量車輛動態位移的同時，保證了測量精度。

本發明所采用的技術方案如下：

一種鐵路機車車輛運行姿態測量系統，采用高速攝像儀獲取鐵路機車車輛運行時的軌道頂面圖像序列，其特征在于所述測量系統包括：

一組在被測車體非共線的至少三個點上安裝設置的高速攝像儀，所述高速攝像儀相對被測車體運行軌道設置并用于攝取鐵路機車車輛運行時的軌道圖像序列；

圖像采集及處理模塊，該模塊接收所述軌道圖像序列，并分析每個點的高速攝像儀獲取的軌道圖像序列，得到每個點相對于軌道的偏移量，并確定被測車體相對于兩軌道的空間姿態和偏移量。

具體的講，所述安裝高速攝像儀的點為四個，所述四個點安裝于垂直鋼軌頂面的非同一平面內。

在一實施例中，所述高速攝像儀的鏡頭外固定設置兩塊棱鏡，使處于視場范圍內的被測物體經過兩個棱鏡的多次反射，投射到高速攝像儀CCD上時，成為兩個間隔一定距離的圖像。

在一實施例中，所述鐵路機車車輛運行姿態測量系統進一步包括主動光源，所述主動光源與高速攝像儀配合設置，主動光源照射所述高速攝像儀取像的軌道區域。

主動光源為單色LED陣列，所述主動光源與被取像軌道、高速攝像儀CCD之間成三角反射關系。