基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统及分析系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统及分析系统，监测系统包括一个以上标定板以及顺序连接的摄像头I(用于录像)、图像提取系统I(用于提取录像中的图片)和图像处理系统I(用于对图片进行处理得到应变数据)，至少一个标定板固定在钢轨试件轨腰的侧面上，标定板位于摄像头I的视野范围内；分析系统包括上述监测系统，还包括相互连接的应力采集系统(用于采集应力数据)和数据处理系统，图像处理系统I与数据处理系统连接，数据处理系统用于处理应变数据和应力数据，输出分析结果。本发明专利技术可以实现用图像处理方法监测钢轨纵向阻力试验中的钢轨应变并进行数据分析，适合推广使用。

Monitoring system and analysis system of rail longitudinal resistance test based on image recognition

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统及分析系统
本专利技术属于试验器件
，涉及一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统及分析系统。
技术介绍
在轨道交通道路结构中，由于混凝土道床保持几何形位能力较强，线路纵向阻力一般由弹条扣件的约束形成的钢轨纵向阻力确定。钢轨纵向阻力既是轨道结构设计的重要参数，同时也是铁路工程建设标准、铁路产品标准和运营维护标准中一项必要的基础数据，需要采取科学准确的方法加以测定。目前，钢轨纵向阻力试验中应变的监测方法主要通过接触式应变传感器测得，接触式应变传感器的特点是操作简单，能直接反映应变测试的结果，但是也存在不可忽视的缺陷，如不够准确，容易因钢轨的滑移产生误差。由此，为了满足对于钢轨纵向阻力试验中应变监测的准确性的需求，有必要改进钢轨纵向阻力试验的应变监测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中对于钢轨纵向阻力试验中应变监测的准确性不够的问题，提供一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，并进一步地，基于该监测系统得到一种分析系统。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，包括标定板以及顺序连接的摄像头I、图像提取系统I和图像处理系统I；标定板的数量为一个，固定在钢轨试件轨腰的侧面上，或者，标定板的数量为两个，一个固定在钢轨试件轨腰的侧面上，另一个固定在钢轨试件与纵向阻力试验机之间的固定支架上，二者的水平高度相同；标定板位于摄像头I的视野范围内，摄像头I固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头I的拍摄视角固定；图像提取系统I用于按帧数提取摄像头I的录像中的图片；图像处理系统I用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。本专利技术采用摄像头I对试验过程中标定板的位置进行全程录像，并通过图像提取系统I按帧数提取录像中的图片，然后用图像处理系统I处理提取出的图片，即可得出试验过程中的钢轨的应变情况；其中，当标定板的数量为一个时，钢轨试件带动标定板进行移动时，标定板在每一帧图片里的位置都有所变化，将第二张之后的图片里标定板的位置与第一张图片两两对照，即可得出标定板的相对位移；当标定板的数量为两个时，处理过程为当钢轨试件带动第一个标定板进行移动时，固定在固定支架上的第二个标定板无位移，所以两个标定板在每一帧图片里的相对位置都有所变化，计算出每一帧图片里两个标定板之间的距离，即可得出标定板的相对位移；最终根据标定板的相对位移即可得到钢轨的应变数据，相对于现有技术的方法，图像识别方法更加准确简便。作为优选的技术方案：如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，摄像头I固定在摄像头固定装置上，摄像头固定装置与摄像头固定平台铰连接，这使摄像头固定装置可相对摄像头固定平台在YZ平面进行左右摆动，便于调整摄像头使图片中标定板的位移保持在水平方向，目的是方便计算、减小误差，摄像头固定平台与摄像头支架活动连接，摄像头支架用于沿方向Y和方向Z移动摄像头固定平台，方向Y和方向Z相互垂直，二者同时垂直于钢轨试件轨腰的侧面。如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，摄像头支架的底部装有开关式磁力座，摄像头支架放置在铁质工作平台上。如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，摄像头支架由14条杆组成，其中12条杆连成立方体框架，其他2条杆相互平行，都固定在立方体框架中，同时与立方体框架中的4条杆相互平行。如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，摄像头支架的顶部安装有照明光源固定装置，当环境光线不足时，可添加照明光源对光照进行补偿。本专利技术还提供一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析系统，包括如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，还包括相互连接的应力采集系统和数据处理系统，应力采集系统用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据，监测系统中的图像处理系统I与数据处理系统连接，数据处理系统用于将应变数据和应力数据绘制成一一对应的表格，选择相应的方法对应变数据与应力数据进行分析，输出分析结果；具体地，数据处理系统将得到的应变数据与应力数据加以整合，按照时间顺序两两匹配起来，可以输出为包含详细数据的Excel文件以及应力--应变曲线图，然后使用数据分析软件分析应力数据的增减趋势，并记录应力开始减小的时间、最大值以及同一时间应变数值，即可输出分析结果。本专利技术在前述的基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统的基础上，进一步地采用了应力采集系统和数据处理系统，通过应力采集系统采集试验过程中的应力数据，再通过数据处理系统将前述的应变数据和应力采集系统采集的应力数据进行处理，得到一一对应的数据，最后对该数据进行分析，输出试验结果；由于当两物体之间的静摩擦转为动摩擦时，动摩擦力小于等于静摩擦力，而测试钢轨纵向阻力即测试钢轨开始滑移时的最大纵向阻力值，本专利技术中的分析系统就是在监测系统的基础上，准确钢轨的应变不断增大，但是摩擦力却保持不变或开始减小时的值，也意味着该值为最大纵向阻力值，即测试得到的试验结果。作为优选的技术方案：如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析系统，应力采集系统主要由相互连接的应变片和应力传感器显示屏以及顺序连接的摄像头II、图像提取系统II和图像处理系统II组成，图像处理系统II与数据处理系统连接；应变片安装在钢轨试件上，用于测量钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；应力传感器显示屏用于实时显示钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；应力传感器显示屏位于摄像头II的视野范围内，摄像头II固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头II的拍摄视角固定；图像提取系统II用于按帧数提取摄像头II的录像中的图片；图像处理系统II用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析系统，摄像头I和摄像头II为同一个摄像头，图像提取系统I和图像提取系统II为同一个图像提取系统，图像处理系统I和图像处理系统II为同一个图像处理系统。如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析系统，应力采集系统主要由顺序连接的应变片、数据采集仪和PC机组成；应变片安装在钢轨试件上，用于测量钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；数据采集仪用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；PC机用于实时记录和储存钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据。如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析系统，分析结果为应力--应变曲线图。有益效果：(1)本专利技术的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，可以有效的实现用图像处理方法监测钢轨纵向阻力试验中的钢轨应变，且测试结果准确，高效；(2)本专利技术的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，其特征是：包括标定板以及顺序连接的摄像头I、图像提取系统I和图像处理系统I；/n标定板的数量为一个，固定在钢轨试件轨腰的侧面上，或者，标定板的数量为两个，一个固定在钢轨试件轨腰的侧面上，另一个固定在钢轨试件与纵向阻力试验机之间的固定支架上，二者的水平高度相同；/n标定板位于摄像头I的视野范围内，摄像头I固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头I的拍摄视角固定；/n图像提取系统I用于按帧数提取摄像头I的录像中的图片；/n图像处理系统I用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，其特征是：包括标定板以及顺序连接的摄像头I、图像提取系统I和图像处理系统I；
标定板的数量为一个，固定在钢轨试件轨腰的侧面上，或者，标定板的数量为两个，一个固定在钢轨试件轨腰的侧面上，另一个固定在钢轨试件与纵向阻力试验机之间的固定支架上，二者的水平高度相同；
标定板位于摄像头I的视野范围内，摄像头I固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头I的拍摄视角固定；
图像提取系统I用于按帧数提取摄像头I的录像中的图片；
图像处理系统I用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。


2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，其特征在于，摄像头I固定在摄像头固定装置上，摄像头固定装置与摄像头固定平台铰连接，摄像头固定平台与摄像头支架活动连接，摄像头支架用于沿方向Y和方向Z移动摄像头固定平台，方向Y和方向Z相互垂直，二者同时垂直于钢轨试件轨腰的侧面。


3.根据权利要求2所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，其特征在于，摄像头支架的底部装有开关式磁力座，摄像头支架放置在铁质工作平台上。


4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，其特征在于，摄像头支架由14条杆组成，其中12条杆连成立方体框架，其他2条杆相互平行，都固定在立方体框架中，同时与立方体框架中的4条杆相互平行。


5.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，其特征在于，摄像头支架的顶部安装有照明光源固定装置。


6.一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析系统，其特征是：包括如权利要求1～5任一项所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测系统，还包括相互连接的应力采集系统和数据处理系统，应力采集系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：路宏遥，李再帏，何越磊，王鲁明，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31