一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统及方法，包括：激光雷达，用于实时获取通过火车车皮托架的轮廓数据；测速装置，用于实时获取通过火车的车速；工控机，用于提取所述激光雷达获取的火车车皮托架的轮廓数据，和所述测速装置获取的火车的车速，进行后台数据处理和结果输出。本发明专利技术利用激光雷达精确得出火车车皮数量和长度，进而实现对每节拖挂车厢的动态载运信息监控及管理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统及方法
本专利技术涉及火车车皮托架外廓自动检测技术，更具体地说，涉及一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统及方法。
技术介绍
随着经济的快速发展，铁路运输同样得到长足的进步。火车的长度和每节车皮的动态信息，在铁路运输安全管理、效率优化和精确调度等方面，有着较高的重要作用。目前的铁路运营的管理下，虽已装备多项的设备和系统，对铁路的运输管理也起到了一定的保障作用。但对于火车的长度、车皮的数量甚至车速的跟踪，只能通过人工计数、地面车号识别等进而达到区域跟踪，而且可能由于设备部署环境复杂多变，难免会发生对运输的火车信息的丢失的状况。如专利文献DE10009324A1公开了一种基于传动机构来测定火车的长度的方法，其主要是通过测量驱动机车范围内的主空气管道HL中的空气物理状态压力、通流和温度。利用主空气管路HL中的压力变化，通流对时间的积分得出的泄露率以及从这些数值中计算出主空气管道HL的体积，进而得出火车的长度。这种计算法虽能实现对火车长度的测量，但是需要测量的量比较多，工作量比较大。而且对其他的干扰量并没有考虑，导致结果会不准确。又如专利文献CN104477214B公开了一种基于智能电子终端的列车长度测量方法，其主要是车辆信息读写装置、机车车辆信息显示装置、信息读写装置天线和安装在车皮上的智能电子终端等硬件设备组成，还包括内置的列车长度计算软件，主要通过管理平台或软件自动完成对所挂车皮的信息读写或管理，自动实现列车车长的计算。虽能得到较准确的列车车长等信息，但该设备相对比较复杂，相互之间的依赖性强，当某子设备发生故障，将对最终结果的准确性造成影响。而且在面对环境比较恶劣时，由于网络问题，可能会出现设备间的通讯故障。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统及方法，利用激光雷达精确得出火车车皮数量和长度，进而实现对每节拖挂车厢的动态载运信息监控及管理。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，包括：激光雷达，用于实时获取通过火车车皮托架的轮廓数据；测速装置，用于实时获取通过火车的车速；工控机，用于提取所述激光雷达获取的火车车皮托架的轮廓数据，和所述测速装置获取的火车的车速，进行后台数据处理和结果输出。较佳的，所述激光雷达和所述测速装置均通过支架设于轨道牙。较佳的，所述支架为不锈钢材质制成，其上沿垂直向设有多个螺栓孔。较佳的，所述激光雷达为二维激光雷达，其扫描线与所述火车车皮托架平行。较佳的，所述测速装置为测速摄像头。另一方面，一种所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，包括以下步骤：1)所述测速装置采用光流算法对所述火车的相对位置信息实时进行速度探测，由所述工控机得到所述火车的实时速度V；2)所述激光雷达实时扫描，获取每个扫描截面的所述火车车皮托架的外廓点云数据，由所述工控机保存云数据；3)所述工控机根据所述火车车皮托架的外廓点云数据信息重建所述火车车皮托架的二维轮廓；4)所述工控机根据所述火车的实时速度V，和所述火车车皮托架的二维轮廓的处理，形成火车车皮托架点云拼接图；5)所述工控机采用设计并验证通过的算法对所述火车车皮托架点云拼接图中的托架轮廓图进行计算，得出所述火车的长度和车皮数量。较佳的，所述步骤1)进一步包括：1.1)所述工控机获取所述测速装置获取的连续两帧的所述火车的图像数据，前一帧的图像数据为第一个图像数据，后一帧的图像数据为第二个图像数据；1.2)提取所述第一个图像数据的前景运动目标代表性的角点作为第一特征点，判断所述第二个图像数据中的预设区域是否存在与所述第一特征点相匹配的第二特征点，若是，分别获取所述第一特征点与所述第二特征点对应角点的坐标值；1.3)依据所述坐标值计算得到偏移向量，再通过所述偏移向量计算得到光流向量τ；1.4)连续两帧时间t1内，由像素间距μ与所述光流向量τ得到所述第一特征点与所述第二特征点对应角点的位移X1，进而计算出所述火车的实时速度V＝X1/Δt1。较佳的，所述步骤2)进一步包括：2.1)所述激光雷达实时扫描经过的所述火车，并将扫描获取的所述火车车皮托架的外廓点云数据传输至所述工控机，该点云数据是所述激光雷达到所述火车上扫描点的直线距离li；2.2)所述工控机对该点云数据进行笛卡尔直角坐标转换，使扫描平面与纵轴重合，来获取点云相对于所在截面的坐标信息；所述激光雷达的扫描角度为α0，扫描角度分辨率设置为γ0，设第i扫描点Pt离横轴的激光扫描光束的夹角为θt＝(90°-α0/2)+(i-1)×γ0。较佳的，所述步骤3)进一步包括：所述工控机根据横向的火车托架截面点云坐标和火车托架间的截面间距信息重建出火车托架的二维轮廓。较佳的，所述步骤4)进一步包括：4.1)所述激光雷达的工作频率设置为βHz，则时间为Δt2，所述工控机通过速度V与时间Δt2，得到火车托架的二维轮廓在时间Δt2的位移X2＝V×Δt2；4.2)对火车托架二维平面轮廓信息进行处理，形成火车托架点云拼接图。在上述的技术方案中，本专利技术所提供的一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统及方法，不受环境、温度等影响，结构简单，准确度高，同时测速摄像头的辅助，不仅能准确获取车长、数量信息，而且能获取火车实时速度，进而实现对每节拖挂车厢的动态载运信息监控及管理。同时相对于传统的基于电子终端的列车长度测量方法，更因其需要的辅助设备少、安装维护方便的特点而具有更高的价值。附图说明图1是本专利技术测量系统的现场布置示意图；图2是图1中A向的示意图；图3是本专利技术测量方法的流程示意图；图4是本专利技术测量方法中测速装置采用光流算法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。请结合图1至图2所示，本专利技术所提供的一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，包括：支架3，设置于轨道牙，采用不锈钢材料制成，支架3上沿其垂直向设有多个螺栓孔，用于调节激光雷达1和/或测速装置2的安装高度。激光雷达1设置于支架3上，用于实时获取通过火车车皮托架4的轮廓数据，激光雷达1采用二维激光雷达，其扫描角度为α0，有效测量距离10m，且激光雷达1的扫描线6与火车车皮托架4平行。测速装置2设置于支架3上，用于实时获取通过火车5的车速，测速装置2采用任意测速摄像头。工控机，用于提取激光雷达1获取的火车车皮托架4的轮廓数据，和测速装置2获取的火车5的车速，进行后台数据处理和结果输出。请结合图3所示，本专利技术还提供了一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，包括以下步骤：1)测速装置2采用光流算法对火车5的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于，包括：/n激光雷达，用于实时获取通过火车车皮托架的轮廓数据；/n测速装置，用于实时获取通过火车的车速；/n工控机，用于提取所述激光雷达获取的火车车皮托架的轮廓数据，和所述测速装置获取的火车的车速，进行后台数据处理和结果输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于，包括：
激光雷达，用于实时获取通过火车车皮托架的轮廓数据；
测速装置，用于实时获取通过火车的车速；
工控机，用于提取所述激光雷达获取的火车车皮托架的轮廓数据，和所述测速装置获取的火车的车速，进行后台数据处理和结果输出。


2.如权利要求1所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于：所述激光雷达和所述测速装置均通过支架设于轨道牙。


3.如权利要求2所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于：所述支架为不锈钢材质制成，其上沿垂直向设有多个螺栓孔。


4.如权利要求1所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于：所述激光雷达为二维激光雷达，其扫描线与所述火车车皮托架平行。


5.如权利要求1所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于：所述测速装置为测速摄像头。


6.一种如权利要求1-5任一项所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)所述测速装置采用光流算法对所述火车的相对位置信息实时进行速度探测，由所述工控机得到所述火车的实时速度V；
2)所述激光雷达实时扫描，获取每个扫描截面的所述火车车皮托架的外廓点云数据，由所述工控机保存云数据；
3)所述工控机根据所述火车车皮托架的外廓点云数据信息重建所述火车车皮托架的二维轮廓；
4)所述工控机根据所述火车的实时速度V，和所述火车车皮托架的二维轮廓的处理，形成火车车皮托架点云拼接图；
5)所述工控机采用设计并验证通过的算法对所述火车车皮托架点云拼接图中的托架轮廓图进行计算，得出所述火车的长度和车皮数量。


7.如权利要求6所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤1)进一步包括：
1.1)所述工控机获取所述测速装...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡峰，宓超，凤宇飞，姜军，沈阳，张志伟，
申请(专利权)人：上海振华重工集团股份有限公司，上海海瞩智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31