[發(fā)明專利]一種動態(tài)行車環(huán)境下的鋼軌輪廓自動配準方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810392766.7
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108917591A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 王昊;王勝春;趙鑫欣;戴鵬;杜馨瑜;王衛(wèi)東
• 申請（專利權）人: 中國鐵道科學研究院集團有限公司基礎設施檢測研究所;中國鐵路總公司;北京鐵科英邁技術有限公司;中國鐵道科學研究院集團有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24;G06T7/00;G06T7/30
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤

本發(fā)明提供了一種動態(tài)行車環(huán)境下的鋼軌輪廓自動配準方法及裝置，所述方法包括：采集鋼軌廓形光條圖像，提取廓形光條圖像中的光條中心線；對光條中心線進行坐標變換，得到多個空間輪廓點；根據(jù)多個空間輪廓點計算得到最優(yōu)擬合階次值；利用最優(yōu)擬合階次值對多個空間輪廓點進行擬合，得到輪廓擬合曲線；對輪廓擬合曲線進行劃分，得到多個區(qū)間；計算所述輪廓擬合曲線上不同區(qū)間的曲率熵，得到曲率熵最大時對應的目標區(qū)間；目標區(qū)間的起始點作為小圓起始點，目標區(qū)間的區(qū)間寬度作為分割寬度；根據(jù)小圓起始點與所述分割寬度在輪廓擬合曲線上確定小圓區(qū)域，并依據(jù)小圓區(qū)域確定小圓圓心；將小圓圓心與標準圓心對齊，以使輪廓擬合曲線與標準廓形配準。

技術領域

本發(fā)明涉及鋼軌輪廓自動配準領域，尤指一種動態(tài)行車環(huán)境下的鋼軌輪廓自動配準方法及裝置。

背景技術

鋼軌是鐵路運輸?shù)闹饕d體，它直接支撐并引導機車車輛的車輪前行。隨著列車的高速、重載和高密度運行，鋼軌的磨耗問題日益突出^[1]。長期以來，對于鋼軌磨耗的檢測，鐵路工務部門多采用專用卡尺的方式進行人工定期抽樣檢測，該種方式效率低，精度由于人工擺放及讀數(shù)偏差難以保證。近年來，隨著激光攝像技術的快速發(fā)展，基于結構光視覺測量的鋼軌磨耗檢測技術得到了廣泛的應用，國內(nèi)外相關機構研制出多種類型的車載動態(tài)鋼軌磨耗測量系統(tǒng)。該技術利用車載激光攝像組件獲取鋼軌輪廓斷面的高分辨率激光圖像，并通過圖像處理、結構光測量、形狀配準等方法，識別出軌形與基準點，再與相應標準軌廓的基準點進行對齊比較，得到所測量鋼軌斷面的磨耗值。

在鋼軌磨耗測量的過程中，選取準確有效的基準匹配點將系統(tǒng)實測的鋼軌輪廓與標準鋼軌輪廓對齊，這一過程稱之為輪廓的配準，之后按照鋼軌磨耗定義計算相關磨耗值。曲率閾值分割法以曲率作為輪廓曲線各線段的形狀特征，利用固定的曲率閾值來分割輪廓曲線上的各段圓弧，并選擇曲率半徑為20mm的圓弧區(qū)段來擬合圓心作為輪廓對齊的基準匹配點。該方法數(shù)據(jù)處理量小，可以快速有效地完成對磨耗的實時測量。最近點迭代(ICP，Iterative Closest Point)算法確定軌腰輪廓點從測量坐標系到軌道設計坐標系的幾何校正參數(shù)，僅采用單一傳感器實現(xiàn)了基準測量和磨耗測量。該方法測量重復性高，且實現(xiàn)成本低。為了提高算法效率，迭代搜索被限制在較小的局部區(qū)域內(nèi)進行。

而列車行車環(huán)境下，由于受到隨機噪聲、標定誤差、車體擾動和采集設備自身等諸多因素的影響，實測的輪廓數(shù)據(jù)中存在大量不確定的噪聲干擾。因此，依靠固定的曲率值分割小圓是行不通的。而ICP算法易受軌腰上的噪聲數(shù)據(jù)影響，特別是當軌腰上存在臟污泥土等凸狀斑點干擾時，測量精度有較大的損耗。此外若車體發(fā)生激烈的晃動，過小的搜索區(qū)域容易使迭代求解陷入局部最優(yōu)，得到錯誤的校正參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決目前在動態(tài)行車狀態(tài)下鋼軌配準技術的易受噪聲干擾、配準不準確等問題，本發(fā)明實施例提供一種動態(tài)行車環(huán)境下的鋼軌輪廓自動配準方法及裝置，所述方法包括：

采集鋼軌廓形光條圖像，提取所述廓形光條圖像中的光條中心線；

對所述光條中心線進行坐標變換，得到多個空間輪廓點；

根據(jù)所述多個空間輪廓點計算得到最優(yōu)擬合階次值；

利用所述最優(yōu)擬合階次值對所述多個空間輪廓點進行擬合，得到輪廓擬合曲線；

對所述輪廓擬合曲線進行劃分，得到多個區(qū)間；

計算所述輪廓擬合曲線上不同區(qū)間的曲率熵，得到所述曲率熵最大時對應的目標區(qū)間；所述目標區(qū)間的起始點作為小圓起始點，所述目標區(qū)間的區(qū)間寬度作為分割寬度；

根據(jù)所述小圓起始點與所述分割寬度在所述輪廓擬合曲線上確定小圓區(qū)域，并依據(jù)所述小圓區(qū)域確定小圓圓心；

將所述小圓圓心與標準圓心對齊，以使所述輪廓擬合曲線與標準廓形配準。