高速铁路轨道应力自动监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速铁路轨道应力自动监测装置，包括设于轨道旁的立柱，设于轨道上的标靶，设于立柱上的激光测距传感器、摄像头、CPU，处理器，时钟模块，无线传输模块和服务器；CPU分别与激光测距传感器、摄像头、处理器和无线传输模块电连接，处理器与时钟模块电连接，无线传输模块和服务器无线连接。本发明专利技术具有可以实现无人全自动化作业，准确性高，安全性好的特点。

Automatic Monitoring Device and Method for Track Stress of High Speed Railway

【技术实现步骤摘要】
高速铁路轨道应力自动监测装置及方法
本专利技术涉及铁路轨道安全监控
，尤其是涉及一种安全性好，数据准确度高，测量灵活的高速铁路轨道应力自动监测装置及方法。
技术介绍
铁路轨道安全监控通常采用全站仪和棱镜方式，通过钢轨一侧安装棱镜和固定的机械结构装置，再通过全站仪人工观察记录数据。还有采用埋设位移观测桩的办法，即在铁路路肩两侧埋设永久固定观测桩，在观测桩上标记定点，钢轨上标记基准点，通过拉线或准直仪测量钢轨位移情况，应力则是根据标记点量取的位移偏差计算而得。现有技术存在如下问题：棱镜与钢轨的连接在振动、气候影响下容易脱落，对行车安全构成威胁；测量数据准确度不高、且测量速度慢，不能以单套设备测量三个方向位移；观测时间不灵活，测量人员工作耗时长，天窗时间内可测量数据少。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为了克服现有技术中的铁路轨道安全监控设备对行车安全构成威胁、数据准确度低、测量人员工作耗时长的不足，提供了一种安全性好，数据准确度高，测量灵活的高速铁路轨道应力自动监测装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高速铁路轨道应力自动监测装置，包括设于轨道旁的立柱，设于轨道上的标靶，设于立柱上的激光测距传感器、摄像头、CPU，处理器，时钟模块，无线传输模块和服务器；CPU分别与激光测距传感器、摄像头、处理器和无线传输模块电连接，处理器与时钟模块电连接，无线传输模块和服务器无线连接。本专利技术可实现无人全自动化作业，没有特别时间要求，无需长期维护；可靠性高，测试速度快，可以一次测量三个方向的位移数据，数据自动对比计算并可以自动将记录数据上传到远程服务器，减小人力成本，准确性高，安全性好。一种高速铁路轨道应力自动监测装置的方法，包括如下步骤：标靶面向摄像头的表面包括黑色圆、第一白色环、第一黑色环、第二白色环和第二黑色环；黑色圆、第一白色环、第一黑色环、第二白色环和第二黑色环由标靶中部向外依次排列；(2-1)处理器根据时钟模块产生的时钟信号，在当前时刻延迟时间T后唤醒CPU、激光测距传感器、摄像头和无线传输模块；(2-2)摄像头拍摄标靶图形，CPU对标靶图形进行处理，计算黑色圆的面积，计算出黑色圆的中心点、第一黑色环的中心点和第二黑色环的中心点，如果三个中心点中有两个中心点的坐标相同，这记录所述两个中心点的坐标(x，y)；(2-3)返回步骤(2-2)重复测量m次，获得m个标靶图形，得到m个(x，y)，计算m个(x，y)的平均值，得到(x平均，y平均)，CPU中设有经过标定的标准中心点坐标(x标准，y标准)；利用公式x偏差＝|x标准-x平均|，y偏差＝|y标准-y平均|计算得到中心点在x方向的偏差x偏差和中心点在y方向的偏差y偏差；(2-4)激光测距传感器测量立柱与标靶之间的距离，测量N次后，计算得到立柱与标靶之间的距离的平均值z平均；(2-5)CPU将x偏差、y偏差和z平均发给无线测试数据结果发给无线传输模块，无线传输模块将x偏差、y偏差和z平均发给服务器。作为优选，黑色圆的中心点坐标的计算方法包括如下步骤：(3-1)设模板的范围为X轴方向2个像素×Y轴方向2个像素，末班中每个像素的RGB值均为1，设标靶图形的图像采集范围的X轴方向为min_x至max_x，Y轴方向为min_y至max_y，当前像素坐标位置为i，j；(3-2)对min_x至max_x，min_y至max_y整个范围内的图像像素点的RGB值进行累加，得到总的累加值sum；(3-3)利用如下公式计算平均值ave：ave＝sum/((max_x-min_x)×(max_y-min_y))，将当前像素的RGB值array[i][j]和平均值ave进行比较，当array[i][j]>ave，使array[i][j]＝0，标记为白色区域；当array[i][j]≤ave，使array[i][j]＝1；标记为黑色区域；(3-4)模板初始位置位于标靶图形的左上角的第k行，将模板从左至右移动至标靶图形右部；(3-4-1)将移动至标靶图形的第K+2行，将模板从左至右移动至标靶图形右部；(3-4-2)当模板不在标靶图形的右下角时，使K值增加2，转入步骤(3-4-1)；(3-4-3)若模板所覆盖的区域的所有像素的RGB值均为1，则所述区域的所有像素的RGB值保持不变，若发现所述区域中某个像素的RGB值为0，则将所述区域的所有像素的RGB值赋值为0；得到黑色圆的图像；对黑色圆的图像从左向右，从上向下进行扫描，得到最外边框的左边缘点的横坐标x1，上边缘点的纵坐标y1，右边缘点的横坐标x2，下边缘点的纵坐标y2；利用公式x＝(x1+x2)/2，y＝(y1+y2)/2，得到黑色圆的中心点坐标。作为优选，m为50至100，N为10至20。因此，本专利技术具有如下有益效果：可以实现无人全自动化作业，没有特别时间要求，无需长期维护；可靠性，算法结合设备精度可以优于传统测量设备；测试速度快，可以一次测量三个方向的位移数据，数据自动对比计算并可以自动将记录数据上传到远程服务器，减小人力成本，准确性高，安全性好。附图说明图1是本专利技术的一种原理框图；图2是本专利技术的标靶的一种结构示意图；图3是本专利技术的模板的一种结构示意图。图中：标靶1、激光测距传感器2、摄像头3、CPU4、处理器5、时钟模块6、无线传输模块7、服务器8、黑色圆11、第一黑色环12、第二黑色环13。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。如图1、图2所示的实施例是一种高速铁路轨道应力自动监测装置，包括设于轨道旁的立柱，设于轨道上的标靶1，设于立柱上的激光测距传感器2、摄像头3、CPU4，处理器5，时钟模块6，无线传输模块7和服务器8；CPU分别与激光测距传感器、摄像头、处理器和无线传输模块电连接，处理器与时钟模块电连接，无线传输模块和服务器无线连接。一种高速铁路轨道应力自动监测装置的方法，包括如下步骤：如图1所示，标靶面向摄像头的表面包括黑色圆11、第一白色环、第一黑色环12、第二白色环和第二黑色环13；黑色圆、第一白色环、第一黑色环、第二白色环和第二黑色环由标靶中部向外依次排列；(2-1)处理器根据时钟模块产生的时钟信号，在当前时刻延迟时间T后唤醒CPU、激光测距传感器、摄像头和无线传输模块；(2-2)摄像头拍摄标靶图形，CPU对标靶图形进行处理，计算黑色圆的面积，计算出黑色圆的中心点、第一黑色环的中心点和第二黑色环的中心点，如果三个中心点中有两个中心点的坐标相同，记录所述两个中心点的坐标(x，y)；(2-3)返回步骤(2-2)重复测量50次，获得50个标靶图形，得到50个(x，y)，计算50个(x，y)的平均值，得到(x平均，y平均)，CPU中设有经过标定的标准中心点坐标(x标准，y标准)；利用公式x偏差＝|x标准-x平均|，y偏差＝|y标准-y平均|计算得到中心点在x方向的偏差x偏差和中心点在y方向的偏差y偏差；(2-4)激光测距传感器测量立柱与标靶之间的距离，测量10次后，计算得到立柱与标靶之间的距离的平均值z平均；(2-5)CPU将x偏差、y偏差和z平均发给无线测试数据结果发给无线传输模块，无线传输模块将x偏差、y偏差和z平均发给服务器。黑色圆的中心点坐标的计算方法包括如下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速铁路轨道应力自动监测装置，其特征是，包括设于轨道旁的立柱，设于轨道上的标靶(1)，设于立柱上的激光测距传感器(2)、摄像头(3)、CPU(4)，处理器(5)，时钟模块(6)，无线传输模块(7)和服务器(8)；CPU分别与激光测距传感器、摄像头、处理器和无线传输模块电连接，处理器与时钟模块电连接，无线传输模块和服务器无线连接。

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路轨道应力自动监测装置，其特征是，包括设于轨道旁的立柱，设于轨道上的标靶(1)，设于立柱上的激光测距传感器(2)、摄像头(3)、CPU(4)，处理器(5)，时钟模块(6)，无线传输模块(7)和服务器(8)；CPU分别与激光测距传感器、摄像头、处理器和无线传输模块电连接，处理器与时钟模块电连接，无线传输模块和服务器无线连接。2.一种根据权利要求1所述的高速铁路轨道应力自动监测装置的方法，其特征是，包括如下步骤：标靶面向摄像头的表面包括黑色圆(11)、第一白色环、第一黑色环(12)、第二白色环和第二黑色环(13)；黑色圆、第一白色环、第一黑色环、第二白色环和第二黑色环由标靶中部向外依次排列；(2-1)处理器根据时钟模块产生的时钟信号，在当前时刻延迟时间T后唤醒CPU、激光测距传感器、摄像头和无线传输模块；(2-2)摄像头拍摄标靶图形，CPU对标靶图形进行处理，计算黑色圆的面积，计算出黑色圆的中心点、第一黑色环的中心点和第二黑色环的中心点，如果三个中心点中有两个中心点的坐标相同，记录所述两个中心点的坐标(x，y)；(2-3)返回步骤(2-2)重复测量m次，获得m个标靶图形，得到m个(x，y)，计算m个(x，y)的平均值，得到(x平均，y平均)，CPU中设有经过标定的标准中心点坐标(x标准，y标准)；利用公式x偏差＝|x标准-x平均|，y偏差＝|y标准-y平均|计算得到中心点在x方向的偏差x偏差和中心点在y方向的偏差y偏差；(2-4)激光测距传感器测量立柱与标靶之间的距离，测量N次后，计算得到立柱与标靶之间的距离的平均值z平均；(2-5)CPU将x偏差、y偏差和z平均发给无线测试数据结果发给无线传输模块，无线传输模块将x偏差、y偏差和z平均发给服务器。3.根据权利要求2所述的高速铁路轨道应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾幼尧，叶卫春，马跃涛，白建国，蒋宇新，李建斌，羊鸣，孙高宠，仇高翔，陈振华，
申请(专利权)人：高新兴创联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33