[發(fā)明專利]基于機(jī)器視覺的軌道剛度測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410400026.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN104501768B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李清泉;曹民;張德津;林紅;謝和禮;李輝;張志剛;文藝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢武大卓越科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01B21/32
• 分類號(hào): G01B21/32
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所11302
• 代理人: 劉杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種軌道剛度測(cè)量方法。

背景技術(shù)

軌道剛度是指為使鋼軌產(chǎn)生單位下沉所需的豎直載荷(單位：kN/mm)，其中鋼軌產(chǎn)生的單位下沉是指鋼軌在豎直壓力載荷作用下發(fā)生的單位垂直變形量。

軌道剛度是影響軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)與變形、列車運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性及軌道養(yǎng)護(hù)維修工作量的重要參數(shù)，合理的軌道剛度不僅能保證列車安全、平穩(wěn)的運(yùn)行，還能有效減緩輪軌相互作用，減輕軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力，保持軌道的幾何狀態(tài)良好，從而減輕鋼軌的養(yǎng)護(hù)維修工作量。

目前有多種方法可用于軌道垂直剛度的測(cè)量，有的為靜態(tài)離散測(cè)量、有的為動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)量，但這些測(cè)量方法一般為基于加速度計(jì)或位移傳感器等單點(diǎn)測(cè)距的軌道剛度測(cè)方法，且現(xiàn)有動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)量方法測(cè)量的軌道垂直變形量除包含軌道在壓力載荷下的垂直變形外，還包含有鋼軌表面不均勻磨耗、焊縫區(qū)不平順和軌道殘余變形不均勻等形成的無輪載作用時(shí)已顯現(xiàn)出來的靜態(tài)不平順。

目前國(guó)外的軌道加載車主要有北美鐵道協(xié)會(huì)(AAR)研制的軌道加載車，日本研制的軌道加載車，以及瑞典研制的RSMV鋼軌剛度檢測(cè)車和移動(dòng)式軌道加載車。

美國(guó)TTCI的TLV(track loading vehicle)可用于軌道的側(cè)面和垂直剛度的測(cè)量，它利用第五輪(加載輪)工作，在靜止或行進(jìn)中，可對(duì)軌道結(jié)構(gòu)施加不同頻率的垂直力和水平力并測(cè)定軌道響應(yīng)，測(cè)試軌道軌距保持能力、橫向穩(wěn)定性及脫軌性能。TLV的加載架通過兩個(gè)垂向加載作動(dòng)器、兩個(gè)橫向作動(dòng) 器以及兩個(gè)軌距擴(kuò)大加載作動(dòng)器施加荷載，加載車通過計(jì)算機(jī)控制的電動(dòng)液壓系統(tǒng)提供荷載，最大移動(dòng)測(cè)試速度56km/h。此測(cè)量系統(tǒng)在同一軌道上需要進(jìn)行兩次測(cè)量，兩次作用載荷不同，第一次發(fā)現(xiàn)問題，第二次定位問題。

瑞典RSMV(Rolling Stiffness Measurement Vehicle)包括兩個(gè)垂向加載作動(dòng)器和一個(gè)橫向加載作動(dòng)器，并裝有液壓缸，可對(duì)軌頭或直接對(duì)軌枕/道床施加荷載，軌道的剛度通過測(cè)量的作用力和加速度計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算軌道剛度。

我國(guó)20世紀(jì)末，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院CARS(China Academy of Railway Sciences)研制的移動(dòng)式線路動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)車(TLV)軌道剛度系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以以60km/h的時(shí)速進(jìn)行測(cè)量。它采用雙弦測(cè)法，即采用弦長(zhǎng)相同，而加載輪輪載有很大差異的兩套弦測(cè)法系統(tǒng)，先后測(cè)出同一位置的軌道下沉量之差和垂直荷載之差，從而得到軌道剛度。

傳統(tǒng)的軌道剛度測(cè)量采用單點(diǎn)測(cè)距(通過加速度計(jì)或位移傳感器等設(shè)備)的方式獲取剛軌的垂直變形量，由于鋼軌表面不均勻磨耗、焊縫區(qū)不平順、測(cè)量載體的震動(dòng)等原因，此類方法在動(dòng)態(tài)測(cè)量情況下誤差較大；本發(fā)明利用數(shù)碼相機(jī)成像原理，采用兩臺(tái)激光器加一臺(tái)相機(jī)組成一組測(cè)距系統(tǒng)的方式獲取剛軌道的垂直變形量，因本測(cè)量方法直接測(cè)量鋼軌橫斷面距離傳感器的距離，即降低甚至消除了鋼軌表面不均勻磨耗、焊縫區(qū)不平順、軌道不平順對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于機(jī)器視覺的軌道剛度測(cè)量方法，降低甚至消除了鋼軌表面不均勻磨耗、焊縫區(qū)不平順、軌道不平順對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的軌道剛度測(cè)量方法，涉及的測(cè)量裝置包括兩個(gè)一字線激光器和一個(gè)視覺傳感器，安裝在火車輪上的壓力傳感器或加速度計(jì)；所述視覺傳感器安裝在軌道面正上方 的測(cè)量載體上，所述視覺傳感器在軌道面上的視覺區(qū)域位于軌道的撓曲線半徑之外；所述兩個(gè)一字線激光器分別安裝在所述視覺傳感器的兩側(cè)，所述兩個(gè)一字線激光器與所述視覺傳感器安裝在同一水平面，兩條一字線激光在軌道面的成像均位于所述視覺傳感器的視覺區(qū)域內(nèi)；其測(cè)量過程包括以下步驟：

i、記錄所述視覺傳感器距離軌面的安裝高度H、激光器距離所述視覺傳感器的水平距離L₁、L₂、激光器的出射面與水平面的夾角θ₁、θ₂；開啟壓力傳感器或加速度計(jì)，測(cè)量獲取車輪施加給鋼軌的壓力載荷F；同時(shí)開啟所述兩個(gè)一字線激光器和所述視覺傳感器，所述兩個(gè)一字線激光器分別發(fā)出兩條一字線激光，兩條一字線激光落在所述視覺傳感器的視覺區(qū)域內(nèi)，所述視覺傳感器垂直采集軌道面上的圖像；

ii、處理所述視覺區(qū)域圖像，從所述視覺區(qū)域圖像中提取兩個(gè)一字線激光器分別在所述視覺區(qū)域的成像，為兩條呈曲線的激光線；

iii、計(jì)算所述兩條激光線之間的最近距離d；

iv、依下列公式計(jì)算所述視覺傳感器與軌道面之間的距離h'，