[發明專利]車載鋼軌軌距測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201710084539.3
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106871805B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 馬增強;王永勝;楊紹普;宋子彬;秦松巖;校美玲;劉俊君;陳明義;阮婉瑩;張安
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所13120
• 代理人: 王占華

1.一種鋼軌軌距測量方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

將第一相機(1)和第一激光源(3)通過第一倒T型固定架(5)固定在機車轉向架(7)的左側，將第二相機(2)和第二激光源(4)通過第二倒T型固定架(6)固定在機車轉向架(7)的右側，所述相機用于拍攝相應的所述激光源在鋼軌(8)側面形成的激光光斑以及鋼軌軌頭外側面底線位置圖像，所述相機的鏡頭和所述激光源的發射頭的軸線所在平面與鋼軌(8)走向保持垂直且兩個所述激光源的焦點在垂直于鋼軌(8)走向的同一平面內；

標定靜止時刻左右兩側激光光斑中心所在對應的軌道軌距，并通過計算機同步獲取第一相機(1)和第二相機(2)采集的圖像信息；

在機車運動的過程中，計算機對獲取的圖像信息進行分析和處理，實時得到左右側鋼軌外側軌頭底線與激光光斑位置信息；

將左右側鋼軌軌頭外底線與激光光斑中心點圖像垂向距離轉變為實際空間距離，對比初始時刻圖像信息，得到兩時刻激光光斑中心點垂向位移，由激光光斑中心點垂向位移與橫向位移的幾何關系，得到兩側鋼軌相對于輪對的橫向位移變化即軌距檢測點與輪對的橫向位移，根據輪對相對于兩側軌距檢測點位移變化的差值即為軌距變化量；

由慣性基準測量單元采集轉向架空間扭轉角度信息；

根據基準軌距、軌距變化量和轉向架空間扭轉角度信息，進行計算得到垂直于軌道鋪設方向的動態軌距；

所述的在機車運動的過程中，計算機對獲取的圖像信息進行分析和處理，實時得到左右側鋼軌外側軌頭底線與激光光斑位置信息的方法如下：

1)對第一相機(1)和第二相機(2)采集的圖像進行灰度和濾波處理；

2)通過邊緣檢測器提取左右鋼軌軌頭外側面底線，以激光光斑中亮度最大像素點為種子，采用區域生長方法和灰度重心法提取激光光斑中心點，分別計算兩側激光光斑中心點到鋼軌軌頭底線的垂向圖像距離；

3)根據標定的圖片單像素表示的實際距離，將上述步驟2)得到兩側激光光斑中心點到鋼軌軌頭底線的圖像距離轉換為垂向實際距離；

4)利用基準軌道軌距、軌距變化量和空間扭轉角度信息得到垂直于軌道鋪設方向的標準軌距；

取垂直于鋼軌側面為X軸方向，水平面垂線方向為Y軸方向，鋼軌走向為Z軸方向；第一相機(1)與第二相機(2)的鏡頭和第一激光源(3)與第二激光源(4)的發射頭軸線位于XY平面內始終與Z軸保持垂直，且兩個激光源的焦點在垂直Z軸的同一XY平面內；所述第一倒T型固定架(5)和第二倒T型固定架(6)的垂直桿平行于Y軸方向，水平桿平行于Z軸方向；在列車最大橫擺范圍內分別調整左右兩側的激光源的發射頭軸線使其與XZ平面夾角為θ與β，使激光光斑始終在軌腰范圍內移動，同時調整兩側相機鏡頭軸線與XZ平面的夾角為θ₁與β₁，使激光光斑始終在其圖像中部移動；列車運行過程中，所述激光發射器的水平傾角θ與β和所述相機的水平傾角θ₁與β₁固定；

邊緣檢測器提取左右鋼軌軌頭外側面底線，以激光光斑中亮度最大像素點為種子，采用區域生長方法和灰度重心法提取激光光斑中心點，分別計算兩側激光光斑中心點到鋼軌軌頭底線的垂向圖像距離；設相機鏡頭軸心與地面保持θ₁夾角，激光發射器中軸線與地面成θ角，初始時刻固定支架與鋼軌水平距離是l₁，檢測時刻固定支架向右移動距離l，此時固定支架與鋼軌水平距離是l₂，激光光斑中心點水平位移nn₁是實際的輪軌相對橫移，定義初始圖片上的橫向位移s是n點到圖片底部的距離，而輪軌發生相對位移時另一張圖片上的橫向位移s₁是m點到圖片底部的距離，則nn₁測量值為nn₁＝n¹n₁¹*k＝(s₁-s)/sin(θ₁-θ)*cosθ*k其中，n¹m¹是nm的實際長度在圖片上所映射的距離；n¹n₁¹是nn₁的實際長度在圖片上所映射的距離；k是實際距離與圖上距離之比。

2.如權利要求1所述的鋼軌軌距測量方法，其特征在于：根據軌距定義為軌內距與輪軌游離量之和即L_軌＝L_內+A₁+A₂列車運行過程中，目標測量間距A1與目標測量間距A2處于不斷變化中，其變化量分別為Δ_A1和Δ_A2，Δ_A1和Δ_A2之和即為軌距變化量，設車體向右橫移為正，軌距變化量Δ＝Δ_A1+Δ_A2，將通過第一相機與第二相機得到兩側輪軌相對橫向位移之差作為軌距變化量，則軌距可動態表示為L_軌＝L_內+A₁+A₂+Δ。