[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字圖像處理的鋼軌蠕變監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710206339.0
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107014303B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 張偉;李曦;王一軍;張航
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;B61K9/08
• 代理公司: 43113 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 馬強;王娟

本發(fā)明公開了一種基于計算視覺的鋼軌蠕變監(jiān)測方法。現(xiàn)場固定安裝的相機采集圖像后，通過網(wǎng)絡傳輸?shù)椒斩诉M行蠕變監(jiān)測。監(jiān)測分為標定和蠕變檢測兩個過程。其中，標定過程實現(xiàn)鋼軌待檢區(qū)域的提取，并獲取待檢區(qū)域未蠕變時的標準點集及特征；檢測過程從實時采集的鋼軌圖像中裁剪待檢區(qū)域，預處理后獲取實時點集及特征，而后通過配準算法對標準及實時點集進行配準，消除誤匹配后獲得蠕變點集。計算每個蠕變點在X和Y方向上的像素偏移，結合相機的安裝和固有參數(shù)將像素偏移映射成公制偏移，分別獲得鋼軌的高低和軌向蠕變。本發(fā)明實現(xiàn)了鋼軌蠕變多觀測點的統(tǒng)一管理，具有準確、實時、快速、非接觸、亞全天候的優(yōu)勢，是現(xiàn)有各檢測方式的有益補充。

技術領域

本發(fā)明涉及鐵路工務軌道平順性檢測領域，尤其是屬于基于圖像配準技術實現(xiàn)對鋼軌蠕變的非接觸實時檢測領域。

背景技術

隨著近年高速鐵路的發(fā)展，列車運行時速大幅提高，列車運行時各項指標、要求更為嚴格，首當其沖便是軌道的平順性。然而受到鐵路建設、自然環(huán)境以及列車運行等因素影響，軌道難免會發(fā)生蠕變以導致平順性出現(xiàn)問題，嚴重時可能會造成鐵路斷軌，甚至造成列車脫軌等重大事故。目前，對于鋼軌蠕變的觀測主要通過如下幾種方式實現(xiàn)：完全人工式的定點測量，主要采用拉弦線的方法測量無縫線路鋼軌的高低蠕變。此方式顯著缺點是測量精度及效率低、不具備實時性，在低速既有線路尚有一定運用空間，但無法滿足高速鐵路蠕變檢測的要求；人工和便攜式精密測量儀器相結合的方式。雖然在測量精度上較第一種方式有了本質提高，但同樣只能定點式測量，測量效率低、不具備實時性，受行車間隙及天窗期影響等問題，無法滿足高鐵工務作業(yè)快速高效的需求；人工攜帶并操作軌檢儀或軌檢小車的方式。該方式測量精度能滿足工程實踐需求，較前兩種實時性有了提升但由于受人為因素影響實時性、效率并沒有本質提升，同時存在無法檢測由于路基凍脹引起的大幅突變性隆起問題；軌道檢查車，不僅能檢測鋼軌蠕變，其已經(jīng)成為對鐵路進行綜合軌檢的重要途徑。但其造價昂貴，只有路局及以上單位才配備，每次例行軌檢需統(tǒng)一調度無法實時性檢測，且存在著蠕變位置與給出蠕變位置的距離偏差問題，這使得人工復檢必不可少；基于接觸式傳感器的在線實時監(jiān)測方法，通過預先埋設傳感器以檢測鋼軌實際蠕變。雖然此方式較上一種，其成本低廉、維修簡便、實時性有較好提升，但存在前期工作量大、測量誤差大、維修困難且可能影響鐵路工務現(xiàn)場作業(yè)的問題；

綜合以上分析，現(xiàn)有主要檢測方式都可以直接或間接地實現(xiàn)軌道高低蠕變的檢測，但對于軌向蠕變的檢測卻無能為力。同時，方式1~4存在著無法實時監(jiān)測的問題，方式5存在著影響鐵路工務現(xiàn)場作業(yè)的可能。而對于凍土、軟土、橋梁等特殊路段，受氣象條件、地址水文以及列車運行沖擊等原因的影響，鋼軌蠕變極易發(fā)生，且具有較強的突發(fā)性。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種基于數(shù)字圖像處理的鋼軌蠕變監(jiān)測方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是： 一種基于數(shù)字圖像處理的鋼軌蠕變監(jiān)測方法，包括以下步驟：

1）將工業(yè)相機安置于軌道觀測樁上，調整工業(yè)相機以恰好對焦于鋼軌軌腰區(qū)域，將工業(yè)相機的現(xiàn)場安裝參數(shù)、固有參數(shù)，傳輸并存儲至服務器；

2）啟動鋼軌標定過程，選取某一時刻啟動現(xiàn)場工業(yè)相機拍攝未蠕的變鋼軌圖像，并將所述圖像傳輸并存儲至服務器，記作標準圖像A；

3）對A進行標定，標識出所述圖像待檢區(qū)域的范圍R，以A_R表示；

4）對A_R進行濾波預處理，處理后記作圖像S；

5）對S進行配準點特征提取，存儲提取特征點序列，記作標準特征點集合F_R；

6）如需人為更換未蠕變鋼軌圖像，則重復執(zhí)行步驟2）至步驟5）；

7）啟動鋼軌蠕變檢測過程，啟動定時器，觸發(fā)檢測過程；