[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

技術領域

本發明涉及以采用光學方法為特征的計量設備技術領域，尤其涉及一種車載鋼軌軌距測量系統及測量方法。

背景技術

在自然因素和列車載荷反復作用的影響下，軌道不僅容易產生彈性變形，而且經常發生永久變形，形成軌道不平順。軌道不平順可以引起列車各種振動，使輪軌作用力發生變化，是軌道方面影響列車運行安全性和平穩性的控制因素，是軌道結構部件損傷和失效的重要原因。隨著高速鐵路運營速度的提升和運營規模的擴大，加強軌道動態檢測，及時掌握軌道狀態信息，正確指導線路養護維修，確保軌道交通的運輸安全，已成為軌道交通工作中的一項重要基礎工作。軌道軌距作為最基本的軌道幾何參數之一，一直是軌道檢測的重要內容。

軌距檢測的關鍵是如何快速正確的選取軌距特征點以準確計算軌距值。由于軌道兩端軌距測量點難以選定，當前軌距檢測方法大多采用激光三角原理，首先分別采集單端軌道工作邊輪廓，通過對左右軌道傳感器坐標與基準坐標標定實現軌道工作邊輪廓的圖像融合，最終確定軌距測量點并實現軌距計算。此類方法首先運算較為復雜，每完成一次軌距計算，都需要分別對軌道兩端傳感器與空間坐標標定、激光輪廓曲線的提取、平滑濾波、軌頭圓弧匹配、軌距計算點提取等空間變換和圖像處理過程，計算量較大。與此同時，動態檢測過程中，振動噪聲的加劇與噪聲類型的變化使得兩傳感器坐標與空間坐標標定和激光光帶中心的定位算法的魯棒性有待驗證。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種車載鋼軌軌距測量系統及測量方法，所述方法通過幾何變換將兩側軌距特征點橫移量的測量變為軌腰激光光斑中心點垂向位移的測量，提高了軌距特征點橫移量值的分辨率，同時降低了振動對軌距特征點的輪軌相對位移檢測的干擾。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種車載鋼軌軌距測量系統，其特征在于：包括第一至第二相機、第一至第二激光源、第一至第二倒T型固定架和計算機，所述第一相機與第一激光源通過第一倒T型固定架固定在機車轉向架上，第一相機用于以一定的俯角拍攝左側鋼軌的側面圖像信息，所述第二相機與第二激光源通過第二倒T型固定架固定在機車轉向架上，第二相機用于以一定的俯角拍攝右側鋼軌的側面圖像信息；第一至第二相機分別與所述計算機電連接，計算機用于根據第一相機和第二相機采集的圖像提取激光光斑中心點的垂向位置信息，并與激光光斑中心點初始時刻的位置做對比，分別計算兩個時刻左右兩側激光光斑中心點的垂向移動距離，根據激光光斑中心點垂向移動距離與輪軌相對橫移的幾何關系得出輪軌相對橫向移動距離，即輪軌工作邊軌距計算點橫向移動距離，由兩側輪軌相對橫移量變化的差值，得到軌距變化量，從而求得軌道軌距，由慣性基準測量單元對所測軌距進行調整，得到垂直于軌道鋪設方向的動態軌距。

進一步的技術方案在于：所述第一至第二倒T型固定架包括垂直桿和水平桿，所述垂直桿的上端與所述轉向架固定連接，所述垂直桿的下端與所述水平桿固定連接，所述垂直桿垂直于水平面，水平桿與鋼軌平行，所述相機和激光源固定在所述水平桿上。

進一步的技術方案在于：所述第一至第二相機的鏡頭和第一至第二激光源的發射頭軸線所在的平面與鋼軌走向保持垂直，且兩個所述激光源的焦點在垂直于鋼軌走向的同一平面內。

進一步的技術方案在于：所述第一相機和第二相機采集的圖像信息包括鋼軌軌頭外側面底線和激光光斑。

進一步的技術方案在于：所述計算機內設置同步圖像采集卡，所述第一相機和第二相機采集的圖像通過所述同步采集卡同步傳輸給計算機進行圖像處理。

本發明還公開了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：

將第一相機和第一激光源通過第一倒T型固定架固定在機車轉向架的左側，將第二相機和第二激光源通過第二倒T型固定架固定在機車轉向架的右側，所述相機用于拍攝相應的所述激光源在鋼軌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走向保持垂直且兩個所述激光源的焦點在垂直于鋼軌走向的同一平面內；

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和第二相機采集的圖像信息；

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；