[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于Faster R-CNN的非接觸式鐵軌伸縮位移實(shí)時(shí)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110226890.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112949483B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 厲小潤(rùn);程嘉昊;王森榮;黎金輝;王晶;林超;李秋義;鄢祖建;楊艷麗;王建軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué);中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06V20/52
• 分類(lèi)號(hào): G06V20/52;G06V10/25;G06V10/774;G06V10/82;G06K9/62;G06T5/00;G06T7/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Faster R?CNN的非接觸式鐵軌伸縮位移實(shí)時(shí)測(cè)量方法，屬于高鐵軌道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。設(shè)計(jì)了包含至少兩個(gè)圓并且圓與背景顏色差異明顯的標(biāo)志牌粘貼在前一段鐵軌的尾部側(cè)面以及后一段鐵軌同一側(cè)的側(cè)面；標(biāo)定圖像以作為用于標(biāo)志牌檢測(cè)的深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型；對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)獲得的實(shí)時(shí)圖像，利用深度學(xué)習(xí)模型檢測(cè)圖像中的標(biāo)志牌區(qū)域，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果過(guò)濾無(wú)效幀圖像，在剩余的有效幀圖像的標(biāo)志牌區(qū)域中檢測(cè)圓心，粗計(jì)算鐵軌伸縮位移量，再對(duì)粗計(jì)算結(jié)果進(jìn)行平滑濾波，實(shí)現(xiàn)鐵軌伸縮位移的實(shí)時(shí)測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高鐵軌道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于Faster R-CNN的非接觸式鐵軌伸縮位移實(shí)時(shí)測(cè)量方法。

背景技術(shù)

為滿足各種復(fù)雜地域環(huán)境的需要，高速鐵路不可避免會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)大連續(xù)梁橋。相關(guān)線路上鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器及梁縫處的抬軌裝置在使用過(guò)程中，出現(xiàn)了軌枕傾斜拉裂、抬軌裝置剪刀叉變形較大甚至卡死等病害，造成了較大的養(yǎng)護(hù)維修工作量和經(jīng)濟(jì)損失。由于鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器養(yǎng)護(hù)維修工作量大，是高鐵軌道結(jié)構(gòu)的三大薄弱環(huán)節(jié)之一，因此高速鐵路工務(wù)部門(mén)對(duì)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器區(qū)軌道結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)需求十分迫切。

軌道位移變化監(jiān)測(cè)是鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器區(qū)軌道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從精度、實(shí)施性出發(fā)，目前軌道位移變化監(jiān)測(cè)主要采用振弦式傳感器和光纖光柵傳感方式。目前，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)方法主要不足包括：

(1)一般只能作為工點(diǎn)性的監(jiān)測(cè)，空間上和時(shí)間上的監(jiān)測(cè)范圍有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)時(shí)測(cè)量；

(2)皆為接觸式的傳感方式，設(shè)置在軌道結(jié)構(gòu)上的傳感器對(duì)于高速動(dòng)車(chē)的運(yùn)營(yíng)是較大的安全隱患。

隨著鐵路網(wǎng)絡(luò)帶寬呈幾何數(shù)量級(jí)增加，高速鐵路逐漸在沿線安裝攝像機(jī)。以高鐵沿線攝像機(jī)為前端，開(kāi)展以圖像識(shí)別等非接觸式傳感為手段的高鐵軌道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。

但是，由于高鐵現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，光照、風(fēng)雨和火車(chē)震動(dòng)等多種因素都會(huì)影響成像結(jié)果，加上攝像機(jī)本身的透視畸變，基于簡(jiǎn)單的圖像識(shí)別方法測(cè)量的鋼軌鐵軌伸縮位移，無(wú)法滿足軌道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)精度要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)高速鐵路軌道縱向呈帶狀分別、垂向分層分布的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于Faster R-CNN的非接觸式鐵軌伸縮位移實(shí)時(shí)測(cè)量方法，設(shè)計(jì)了包含至少兩個(gè)圓并且圓與背景顏色差異明顯的標(biāo)志牌粘貼在前一段鐵軌的尾部側(cè)面以及后一段鐵軌同一側(cè)的側(cè)面；標(biāo)定圖像以作為用于標(biāo)志牌檢測(cè)的深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型；對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)獲得的實(shí)時(shí)圖像，利用深度學(xué)習(xí)模型檢測(cè)圖像中的標(biāo)志牌區(qū)域，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果過(guò)濾無(wú)效幀圖像，在剩余的有效幀圖像的標(biāo)志牌區(qū)域中檢測(cè)圓心，粗計(jì)算鐵軌伸縮位移量，再對(duì)粗計(jì)算結(jié)果進(jìn)行平滑濾波，實(shí)現(xiàn)鐵軌伸縮位移的實(shí)時(shí)測(cè)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于Faster R-CNN的非接觸式鐵軌伸縮位移實(shí)時(shí)測(cè)量方法，包括如下步驟：

步驟1，針對(duì)任一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，在需要檢測(cè)的一對(duì)鐵軌連接處一側(cè)固定位置設(shè)置攝像頭，使得一對(duì)鐵軌連接處位于目標(biāo)監(jiān)控范圍內(nèi)，在前一段鐵軌的尾部側(cè)面以及后一段鐵軌同一側(cè)的側(cè)面分別粘貼至少包括兩個(gè)圓的標(biāo)志牌，所述標(biāo)志牌上所有圓心在同一條直線上，且圓心連線與軌道延伸方向平行；

步驟2，采集目標(biāo)檢測(cè)范圍內(nèi)的不同工況下的樣本圖像，標(biāo)記樣本圖像中的每一個(gè)標(biāo)記牌的四個(gè)角點(diǎn)的原像素坐標(biāo)，將角點(diǎn)的原像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為檢測(cè)框頂點(diǎn)的原像素坐標(biāo)；將矩形檢測(cè)框的對(duì)角線上的兩個(gè)頂點(diǎn)原像素坐標(biāo)作為標(biāo)志牌檢測(cè)標(biāo)簽，將帶標(biāo)簽的樣本圖像作為訓(xùn)練樣本集；

步驟3，建立深度學(xué)習(xí)模型，利用步驟2得到的訓(xùn)練樣本集對(duì)深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練；