[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)光的鐵路輪軌接觸關(guān)系在線監(jiān)測系統(tǒng)與方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210036885.1
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102607439A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 趙輝;陶衛(wèi);劉偉文;雷華明;王夢雪;楊金峰;吳芳
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14;G01B11/26;G01M17/10
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鐵路輪軌接觸關(guān)系測量技術(shù)，具體是一種基于結(jié)構(gòu)光的鐵路輪軌接觸關(guān)系在線監(jiān)測系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

輪軌關(guān)系是輪軌交通特有的接觸關(guān)系。機車車輛在運行過程中，車輪相對軌道的位置不斷變化，所以輪軌關(guān)系是時變的、動態(tài)的。由于輪軌接觸狀態(tài)的特殊性和復雜性，利用常規(guī)手段(無論是準靜態(tài)力學分析，還是動力學仿真分析)，都難于對運行中的輪軌接觸狀態(tài)進行觀測，并對其做出精確和全面的分析和評估。

理論和試驗研究表明，輪軌接觸的非線性對高速客車系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響極為敏感。這種非線性因素表現(xiàn)為蠕滑力的非線性變化，而其根源則是輪軌間的非線性幾何接觸，它對列車的運行穩(wěn)定性具有直接的影響。特別地，列車在高速運行狀態(tài)下輪軌間的動態(tài)接觸關(guān)系惡化，加劇了輪軌接觸的異常狀況，因此，高速運行情況下輪軌接觸狀態(tài)是影響安全運行的非常重要的問題之一。

目前，國內(nèi)外分析輪軌接觸關(guān)系的常規(guī)方法，仍然是采用測力輪對的動態(tài)力學分析方法，即在車輪幅板上貼應變片，測量車輪幅板在輪軌力作用下的應變，得到輪軌作用力。西南交通大學陳建政等(輪軌接觸點的在線連續(xù)測量，中國鐵道科學，2007，v28，n5，p15-18)在常規(guī)測力輪對的基礎上，通過增加1個電橋感應作用點位置的變化，對電橋的輸出進行傅立葉級數(shù)分析，建立作用點位置與電橋輸出的非線性方程組，得到作用點位置。日本金原等(連續(xù)測量輪軌接觸位置裝置的開發(fā)，國外鐵道車輛，2006，v43，n3，p31-36)，在車輪輻板承受軸重負荷部位正上方，以及軸另一側(cè)與其對稱處，分別開出用于測試軸重的測試孔，在該孔沿輻板厚度方向的兩端，貼上4片應變式傳感器，構(gòu)成能夠測量孔兩端測點的應變，并將兩者的差值轉(zhuǎn)換為輸出信號的橋式電路，溫度補償后，就可以得到關(guān)于輪軌接觸位置位移量的數(shù)據(jù)。由于采用測力輪對確定接觸輪軌位置屬于間接測量，影響因素很多，測量結(jié)果的精度沒有保證，準確性和可靠性有待進一步驗證。

近年來，國內(nèi)外一些學者提出一些基于計算機視覺的方法來確定輪軌接觸關(guān)系。鐵道部科學研究院鐵建所趙國堂等(圖像技術(shù)在脫軌研究中的初步應用，鐵道建筑，1998，n8，p2-5)采用安置在鋼軌內(nèi)側(cè)攝像設備直接監(jiān)測輪軌接觸區(qū)域，并進行初步分析其接觸狀態(tài)。西南交通大學肖杰靈等(輪軌接觸幾何狀態(tài)檢測裝置，中國鐵道科學，2008，v29，n4，p141-144)提出一種基于機器視覺技術(shù)、光電測試技術(shù)和圖像處理技術(shù)研制輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化檢測裝置，安置于一股鋼軌內(nèi)、外兩側(cè)的高速攝像機同步獲取某一段目標區(qū)域內(nèi)車輪通過時的輪軌接觸圖像，再通過軟件系統(tǒng)進行圖像的校正和拼接，從而獲得完整的輪軌接觸關(guān)系圖像。最后通過特征識別，獲得較完整的輪軌接觸關(guān)系。由于攝像設備的安裝既要考慮良好的攝像角度，以保證捕捉到最佳的輪軌接觸狀態(tài)，又要防止與列車碰撞，因此安裝存在一定難度，且監(jiān)測效果欠佳。西安交通大學的陳建政等(輪軌接觸點位置圖像檢測方法研究，電力機車與城軌車輛，2009，v32，n1，p34-36)采用圖像檢測的方法，在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架處裝置一個CCD攝像機，通過對輪軌圖像進行預處理、邊緣檢測、形態(tài)學處理以及邊緣鏈接得到輪軌邊緣的輪廓，最終實現(xiàn)輪軌接觸點位置的在線連續(xù)測。西南交通大學的張渝等(輪軌接觸狀態(tài)可視化檢測裝置研究及試驗，光電工程，2009，v36，n9，p56-60)通過鋼軌內(nèi)外兩側(cè)安裝的高速攝像機，同步采集列車高速通過特定測量區(qū)域時的輪軌接觸圖像，再利用圖像處理算法獲得每個采樣位置的輪軌外形輪廓，識別出輪軌異常接觸狀態(tài)，計算測量區(qū)域的輪軌接觸軌跡。西南交通大學的翟婉明等提出“一種鐵道機車車輛輪軌動態(tài)接觸的可視化仿真方法”(CN101051393)，先構(gòu)建平衡位置處左右側(cè)車輪及鋼軌的截面模型，利用車輛-軌道耦合動力學計算方法，計算出列車行駛時車輪垂向、橫向、搖頭、側(cè)滾、旋轉(zhuǎn)5個自由度的位移，并將其疊加到左右側(cè)車輪；同時計算出左右側(cè)鋼軌垂向、橫向、扭轉(zhuǎn)3個自由度的位移和線路不平順所產(chǎn)生的鋼軌偏移，將該位移及偏移疊加到鋼軌接觸截面模型的平衡位置；最后進行裝配，將輪軌動態(tài)空間接觸關(guān)系進行二維可視化仿真再現(xiàn)。中國鐵道科學研究院基礎設施檢測研究所的李海浪等提出“一種監(jiān)測輪軌接觸狀態(tài)的裝置及系統(tǒng)”(CN201347528)，該裝置包括：攝像單元，用于采集列車的車輪與軌道接觸狀態(tài)的視頻信息；線路信息獲取單元，用于獲取列車的線路信息；線路信息包括線路名稱、和/或里程、和/或行駛速度。處理單元，用于將采集的視頻信息與獲取的線路信息疊加。視頻信息傳輸單元，用于向視頻監(jiān)視設備傳送疊加線路信息的視頻信息。