一种列车轨道检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种列车轨道检测系统及方法，涉及轨道检测技术领域。系统中嵌入式计算机设备向惯性组件和激光摄像组件发送采样脉冲信号；激光摄像组件拍摄钢轨断面图像，并发送至嵌入式计算机设备；惯性组件测量检测梁相对于钢轨的姿态参数，并发送至嵌入式计算机设备；嵌入式计算机设备根据钢轨断面图像确定检测梁相对于钢轨的横向位移数据和垂向位移数据；根据横向位移数据、垂向位移数据以及姿态参数进行计算处理，确定列车轨道的不平顺几何参数；根据不平顺几何参数进行超限判断，形成超限判断数据，并生成不平顺几何参数的波形数据；将超限判断数据和波形数据发送至地面数据处理中心设备。

A train track detection system and method

The invention provides a train track detection system and method, which relates to the track detection technology field. In the system, the embedded computer equipment sends sampling pulse signal to the inertial component and the laser camera module; the laser camera module takes the rail section image and sends it to the embedded computer equipment; the inertial component measures the attitude parameters of the rail to the rail and sends it to the embedded computer equipment; the embedded computer is used. According to the image of the rail section, the equipment can determine the data of the lateral displacement and vertical displacement of the rail to the rail. According to the lateral displacement data, the vertical displacement data and the attitude parameters, the unsmoothed geometric parameters of the train track are determined, and the overlimit judgment is made according to the geometric parameters of the unsmoothed geometry, and the overlimit judgment is formed. Breaking data, generating waveform data of irregularity geometric parameters, sending overrun judgment data and waveform data to the ground data processing center equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种列车轨道检测系统及方法
本专利技术涉及轨道检测
，尤其涉及一种列车轨道检测系统及方法。
技术介绍
当前，随着人们对列车安全性的普遍关注，列车轨道检测技术也正在逐渐发展。中国铁道科学研究院基础设施检测研究所经过多年研究开发，研制了GJ-3、GJ-4、GJ-5和GJ-6四种轨道检测系统，为高速铁路的调节和日常检测做出了重要的贡献。现有的轨道检测系统以GJ-6型轨道检测系统为例，如图1所示，主要由在列车转向架上安装的检测梁101、激光器及高速相机102、在列车车体103和检测梁101内布置的多个加速度计(分别可以称为第一加速度计104、第二加速度计105、第三加速度计106以及第四加速度计107)、双轴陀螺108、第一位移计109、第二位移计110、编码器111、硬件信号处理组件112、图像处理计算机113、数据处理计算机114等组成。现有的GJ-6型轨道检测系统的基本工作原理为：使用激光器及高速相机102采集钢轨图像，并通过图像处理计算机113对钢轨图像进行处理后用来测量钢轨相对于检测梁的横向位移；使用第一位移计109和第二位移计110来测量车体103相对于轮轴的垂向位移；通过第一加速度计104、第二加速度计105、第三加速度计106以及第四加速度计107、和双轴陀螺108测量车体103和检测梁101的姿态变化，建立惯性基准；通过编码器111测量列车行进的距离，整个系统按照等距离进行数据采集。各传感器(各加速度计、陀螺、位移计等)将需要测量的位移、速度、加速度等物理量转换为相应的电模拟信号，通过信号转接及监视单元输入到硬件信号处理组件112。硬件信号处理组件112将信号放大和模拟滤波处理后再经过信号转接及监视单元输入到数据处理计算机114。该数据处理计算机114对输入模拟信号进行A/D模数转换、采集、存储、数字滤波、修正以及补偿处理，然后经过综合运算，合成得到所需的轨道几何参数，并在其显示器上实时显示轨道几何波形。另外，数据处理计算机114还能够通过有线网络传输给其它应用计算机，由其他应用计算机将轨道几何参数及超限数据存放到数据库中，显示轨道几何波形、超限数据，并可对超限数据进行编辑。最后，可由网络打印机打印出轨道几何参数的超限数据报表和波形图。当前现有技术中的轨道检测系统存在众多问题，如：①当前检测梁只能安装于转向架端头：目前限制于轨检系统算法模型以及图像处理算法，轨检系统检测梁只能安装于转向架端头位置，转向架需要量身定制，不同于标准车辆转向架，不便于系统安装维护，同时也增加了经济成本。②车上及车下设备体积、重量过大：车上设备一般需要两个2.2米高的机柜，内部放置各种硬件信号处理设备、工控机、电源、控制设备等，占用车厢内部巨大的空间；车下的激光器和高速相机体积大、重量大，导致用于安装激光器和高速相机的检测梁的体积和重量都要相应增大，这给检测系统安装及维修带来了各种问题。③若激光器和高速相机内部出现问题，需要拆开对内部进行维护或者设备更换，同时需要高精度标定。实际车辆经常停放于各种复杂环境，如雨雪风沙天气、无工作地沟等，因此实际现场不利于进行该项工作。④编码器需要安装于列车轴箱位置，改装轴箱的工作非常复杂，日常维护也非常不方便。⑤检测数据需要人工在车上现场编辑，长时间的工作以及单一的现场环境使人疲劳，难以保证编辑数据的准确性和科学性。上述现有技术中的轨道检测系统存在的众多问题基本是由于现有的轨道检测系统的结构复杂造成的，因此如何简化轨道检测系统成为了一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种列车轨道检测系统及方法，以解决现有技术中的轨道检测系统的结构复杂问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种列车轨道检测系统，包括嵌入式计算机设备、检测梁、惯性组件以及采用集成化传感器的激光摄像组件；所述惯性组件设置于所述检测梁中心位置；所述检测梁设置于列车车体底盘处；所述嵌入式计算机设备设置于列车车体内部；所述激光摄像组件安装于所述检测梁两侧；所述惯性组件和所述激光摄像组件与所述嵌入式计算机设备通信连接；所述嵌入式计算机设备通过无线网络与外部导航定位系统和地面数据处理中心设备分别连接；所述嵌入式计算机设备，用于接收导航定位系统的时空信息，并计算采样脉冲数；根据所述采样脉冲数产生采样脉冲信号，并向所述惯性组件和激光摄像组件发送所述采样脉冲信号；所述激光摄像组件，用于在接收到所述采样脉冲信号后，发出线型激光分别照射在左右两侧的钢轨断面上，并按预先设置的采样频率拍摄钢轨断面图像，并将所述钢轨断面图像发送至所述嵌入式计算机设备；所述惯性组件，用于在接收到所述采样脉冲信号后，测量所述检测梁相对于钢轨的姿态参数，并将所述姿态参数发送至所述嵌入式计算机设备；所述姿态参数包括横向加速度、垂向加速度、倾角、滚动角速度以及摇头角速度；所述嵌入式计算机设备，还用于根据所述钢轨断面图像确定所述检测梁相对于钢轨的横向位移数据和垂向位移数据；根据所述横向位移数据、垂向位移数据以及所述姿态参数进行计算处理，确定列车轨道的不平顺几何参数；根据所述不平顺几何参数进行超限判断，形成超限判断数据，并生成不平顺几何参数的波形数据；将所述超限判断数据和所述波形数据发送至所述地面数据处理中心设备。此外，所述嵌入式计算机设备，具体用于：对所述采样脉冲数进行计数，并判断所述采样脉冲数是否达到预先设置的设定阈值；在所述采样脉冲数达到预先设置的设定阈值时，将采样脉冲数的计数重置，并产升采样脉冲信号。具体的，所述惯性组件包括三轴向陀螺装置及加速度计；所述惯性组件，具体用于通过所述加速度计确定所述检测梁相对于钢轨的横向加速度和垂向加速度；通过所述三轴向陀螺装置确定所述检测梁相对于钢轨的倾角、滚动角速度以及摇头角速度。此外，所述嵌入式计算机设备，具体用于：根据所述钢轨断面图像，建立全局坐标系，并进行全局坐标系、摄像机坐标系以及图像坐标系之间的关系转换，提取左右两侧钢轨的单边横向位移分量和单边垂向位移分量；根据所述左右两侧钢轨的单边横向位移分量，确定检测梁相对于钢轨的横向位移数据；根据左右两侧钢轨的单边垂向位移分量，确定检测梁相对于钢轨的垂向位移数据。具体的，所述不平顺几何参数包括：高低数据、轨向数据、轨距数据、水平数据以及三角坑数据；所述嵌入式计算机设备，具体还用于：根据所述横向位移数据确定列车轨道的轨距数据；根据预先设置的加速度计姿态修正量对所述垂向加速度进行姿态修正，并在姿态修正后进行数字滤波，确定数字滤波后的高低加速度；根据左右两侧钢轨对应的垂向位移数据以及所述数字滤波后的高低加速度，分别确定左右两侧钢轨对应的高低数据；根据预先设置的加速度计姿态修正量对所述横向加速度进行姿态修正，并在姿态修正后进行数字滤波，确定数字滤波后的轨向加速度；根据左右两侧钢轨对应的横向位移数据以及所述数字滤波后的轨向加速度，分别确定左右两侧钢轨对应的轨向数据；根据左右两侧钢轨对应的垂向位移数据确定检测梁相对于钢轨的倾角；分别对所述滚动角速度、摇头角速度及横向加速度进行信号调理滤波处理，并根据信号调理滤波处理后的滚动角速度、摇头角速度及横向加速度确定检测梁的倾角数据；根据检测梁相对于钢轨的倾角和所述检测梁的倾角数据确定钢轨的水平数据。根据所述水平数据确定列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列车轨道检测系统，其特征在于，包括嵌入式计算机设备、检测梁、惯性组件以及采用集成化传感器的激光摄像组件；所述惯性组件设置于所述检测梁中心位置；所述检测梁设置于列车车体底盘处；所述嵌入式计算机设备设置于列车车体内部；所述激光摄像组件安装于所述检测梁两侧；所述惯性组件和所述激光摄像组件与所述嵌入式计算机设备通信连接；所述嵌入式计算机设备通过无线网络与外部导航定位系统和地面数据处理中心设备分别连接；所述嵌入式计算机设备，用于接收导航定位系统的时空信息，并计算采样脉冲数；根据所述采样脉冲数产生采样脉冲信号，并向所述惯性组件和激光摄像组件发送所述采样脉冲信号；所述激光摄像组件，用于在接收到所述采样脉冲信号后，发出线型激光分别照射在左右两侧的钢轨断面上，并按预先设置的采样频率拍摄钢轨断面图像，并将所述钢轨断面图像发送至所述嵌入式计算机设备；所述惯性组件，用于在接收到所述采样脉冲信号后，测量所述检测梁相对于钢轨的姿态参数，并将所述姿态参数发送至所述嵌入式计算机设备；所述姿态参数包括横向加速度、垂向加速度、倾角、滚动角速度以及摇头角速度；所述嵌入式计算机设备，还用于根据所述钢轨断面图像确定所述检测梁相对于钢轨的横向位移数据和垂向位移数据；根据所述横向位移数据、垂向位移数据以及所述姿态参数进行计算处理，确定列车轨道的不平顺几何参数；根据所述不平顺几何参数进行超限判断，形成超限判断数据，并生成不平顺几何参数的波形数据；将所述超限判断数据和所述波形数据发送至所述地面数据处理中心设备。...

【技术特征摘要】
1.一种列车轨道检测系统，其特征在于，包括嵌入式计算机设备、检测梁、惯性组件以及采用集成化传感器的激光摄像组件；所述惯性组件设置于所述检测梁中心位置；所述检测梁设置于列车车体底盘处；所述嵌入式计算机设备设置于列车车体内部；所述激光摄像组件安装于所述检测梁两侧；所述惯性组件和所述激光摄像组件与所述嵌入式计算机设备通信连接；所述嵌入式计算机设备通过无线网络与外部导航定位系统和地面数据处理中心设备分别连接；所述嵌入式计算机设备，用于接收导航定位系统的时空信息，并计算采样脉冲数；根据所述采样脉冲数产生采样脉冲信号，并向所述惯性组件和激光摄像组件发送所述采样脉冲信号；所述激光摄像组件，用于在接收到所述采样脉冲信号后，发出线型激光分别照射在左右两侧的钢轨断面上，并按预先设置的采样频率拍摄钢轨断面图像，并将所述钢轨断面图像发送至所述嵌入式计算机设备；所述惯性组件，用于在接收到所述采样脉冲信号后，测量所述检测梁相对于钢轨的姿态参数，并将所述姿态参数发送至所述嵌入式计算机设备；所述姿态参数包括横向加速度、垂向加速度、倾角、滚动角速度以及摇头角速度；所述嵌入式计算机设备，还用于根据所述钢轨断面图像确定所述检测梁相对于钢轨的横向位移数据和垂向位移数据；根据所述横向位移数据、垂向位移数据以及所述姿态参数进行计算处理，确定列车轨道的不平顺几何参数；根据所述不平顺几何参数进行超限判断，形成超限判断数据，并生成不平顺几何参数的波形数据；将所述超限判断数据和所述波形数据发送至所述地面数据处理中心设备。2.根据权利要求1所述的列车轨道检测系统，其特征在于，所述嵌入式计算机设备，具体用于：对所述采样脉冲数进行计数，并判断所述采样脉冲数是否达到预先设置的设定阈值；在所述采样脉冲数达到预先设置的设定阈值时，将采样脉冲数的计数重置，并产升采样脉冲信号。3.根据权利要求2所述的列车轨道检测系统，其特征在于，所述惯性组件包括三轴向陀螺装置及加速度计；所述惯性组件，具体用于通过所述加速度计确定所述检测梁相对于钢轨的横向加速度和垂向加速度；通过所述三轴向陀螺装置确定所述检测梁相对于钢轨的倾角、滚动角速度以及摇头角速度。4.根据权利要求3所述的列车轨道检测系统，其特征在于，所述嵌入式计算机设备，具体用于：根据所述钢轨断面图像，建立全局坐标系，并进行全局坐标系、摄像机坐标系以及图像坐标系之间的关系转换，提取左右两侧钢轨的单边横向位移分量和单边垂向位移分量；根据所述左右两侧钢轨的单边横向位移分量，确定检测梁相对于钢轨的横向位移数据；根据左右两侧钢轨的单边垂向位移分量，确定检测梁相对于钢轨的垂向位移数据。5.根据权利要求4所述的列车轨道检测系统，其特征在于，所述不平顺几何参数包括：高低数据、轨向数据、轨距数据、水平数据以及三角坑数据；所述嵌入式计算机设备，具体还用于：根据所述横向位移数据确定列车轨道的轨距数据；根据预先设置的加速度计姿态修正量对所述垂向加速度进行姿态修正，并在姿态修正后进行数字滤波，确定数字滤波后的高低加速度；根据左右两侧钢轨对应的垂向位移数据以及所述数字滤波后的高低加速度，分别确定左右两侧钢轨对应的高低数据；根据预先设置的加速度计姿态修正量对所述横向加速度进行姿态修正，并在姿态修正后进行数字滤波，确定数字滤波后的轨向加速度；根据左右两侧钢轨对应的横向位移数据以及所述数字滤波后的轨向加速度，分别确定左右两侧钢轨对应的轨向数据；根据左右两侧钢轨对应的垂向位移数据确定检测梁相对于钢轨的倾角；分别对所述滚动角速度、摇头角速度及横向加速度进行信号调理滤波处理，并根据信号调理滤波处理后的滚动角速度、摇头角速度及横向加速度确定检测梁的倾角数据；根据检测梁相对于钢轨的倾角和所述检测梁的倾角数据确定钢轨的水平数据；根据所述水平数据确定列车轨道的三角坑数据。6.根据权利要求5所述的列车轨道检测系统，其特征在于，所述嵌入式计算机设备，具体还用于：根据预先设置的超限标准数据，判断各不平顺几何参数是否存在超限情况；若存在超限情况，根据存在超限情况的不平顺几何参数的参数类型、数值大小以及不平顺几何参数对应的钢轨位置信息形成超限判断数据。7.一种列车轨道检测方法，其特征在于，应用于一种列车轨道检测系统，所述系统包括嵌入式计算机设备、检测梁、惯性组件以及采用集成化传感器的激光摄像组件；所述惯性组件设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世斌，王昊，李颖，赵延峰，任盛伟，刘伶萍，王琰，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院，中国铁道科学研究院基础设施检测研究所，北京铁科英迈技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11