[發明專利]基于5G的激光掃描鋼軌磨損檢測系統及方法

在審

• 申請號: 202110279463.6
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113514003A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 趙太飛;高宏博;王梓亦;李旭;姚鑫蕊;王佳帆;鄭博睿;張海軍
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G08C17/02
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

一種基于5G的激光掃描鋼軌磨損檢測系統及方法，包括有遠程PC機、檢測車兩大部分，檢測車上搭載GPS、編碼器、上位機、下位機、位置模塊、激光輪廓傳感器、工業黑白CCD相機，通過軌道車在鐵軌上自動行駛，運用5G技術將遠程圖像數據采集完成后傳輸至PC機處理，以快速、精確、高效的方式檢測鐵軌磨損情況。該發明擁有結構簡單，使用方便，可直接用于鋼軌磨耗檢測，極大的減少鐵路后期維護成本并提高維護效率，且軟件具有易維護的特性。

技術領域

本發明屬于光電測量技術領域，具體涉及基于5G的激光掃描鋼軌磨損檢測系統及方法，用于激光掃描鐵路鋼軌磨損消耗的檢測。

背景技術

隨著我國鐵路交通運輸的迅速發展，鐵路交通出行是大家出行方式的最佳選項之一。目前我國“八橫八縱”的鐵路網上面每年都有億萬次的運輸量。這對鐵路運輸的“基石”——鋼軌產生了相當大的負荷，這其中對鋼軌的磨損是相當大的。

從中國國家鐵路集團有限公司獲悉，2020年7月份，全國鐵路固定資產投資完成671億元，同比增長3.6％，其中基建大中型項目投資完成499億元，同比增長11.3％。截至2020年7月底，全國鐵路營業里程達到14.14萬公里，其中高鐵3.6萬公里。而在未來的幾年，我國鐵路線仍然會有相當大的發展。在這巨大的數字量下，鋼軌的磨損是不可忽視的問題，過度磨損后的鋼軌會對運行列車的安全構成巨大威脅。

近十多年來，由于行車速度提高，運量增大，需進一步提高軌道的不平順性，要求更準確地測出軌道不平順波形，因而促進了軌道檢測新技術的發展。現有主流檢查方式主要依靠人工檢查以及大型的檢測車，人工檢查效率低且需要對工人進行培訓，工人需要時間積累經驗，不能保證百分百的準確率；大型檢測車準確率高，但需要對工人進行相應培訓，且大型檢測車靈活性較低，成本高。于是便需要快捷、安全、方便的對鋼軌進行損耗檢測。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供基于5G技術的激光掃描鋼軌磨損檢測系統及方法，目的是通過軌道車在鐵軌上自動行駛，運用5G技術將遠程圖像數據采集完成后傳輸至PC機處理，以快速、精確、高效的方式檢測鐵軌磨損情況。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是，基于5G技術的激光掃描鋼軌磨損檢測系統，其特征在于，包括有遠程PC機、檢測車兩大部分；檢測車分上方和下方，檢測車的下方的下位機連接位置模塊、設在輪側的激光輪廓傳感器和編碼器；上方搭載上位機，上位機連接GPS定位器、工業黑白CCD相機；檢測車上的上位機電腦終端通過5G網絡與遠程PC機通信連接。

所述的下位機采用型號為STM32f407的主控芯片。

當檢測車同遠程PC機通信時采用5G網絡，其中包括上位機的鋼軌輪廓信息與相機拍攝磨損處照片的回傳。

利用基于5G技術的激光掃描鋼軌磨損檢測系統的檢測方法，包括以下步驟：

步驟1，檢測車通過GPS定位器以及編碼器的測距進行定位，下位機的主控芯片采用型號為stm32f407，以此芯片進行控制；檢測前，在遠程PC機上設定好檢測路段鋼軌外形數據的標準值，以及檢測路段的位置信息；在檢測車的上位機上設定好檢測間隔路程，開啟檢測車，檢測車在檢測鋼軌上運行；

步驟2，根據上位機所設置檢測間隔路程，當檢測車運行在鋼軌上時，經過設置檢測間隔路程時，激光輪廓傳感器進行一次檢測；當主控芯片獲得位置模塊測量到一個定值時，便向激光輪廓傳感器發出檢測命令，主控芯片將獲得的激光檢測傳感器所測得的鋼軌外形數據傳送給上位機，上位機將鋼軌外形數據與此時檢測車所檢測鋼軌的位置信息利用5G網絡傳遞給遠程PC機；

步驟3，遠程PC機將所接受的鋼軌輪外形據同位置信息匹配，處理鋼軌外形數據，將得到的鋼軌外形數據輸入到對應的數學模型中，若鋼軌外形數據處于提前設定范圍中，則直接存儲數據，若鋼軌外形數據不合理，發送命令至檢測車，由下位機控制對異常點拍照回傳，遠程PC機將異常點照片與該點的鋼軌輪廓數據以及位置信息共同存儲；