基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法及系统，该方法包括以下步骤：获取轨道轮廓数据步骤：基于激光三角法获取轨道轮廓数据；采集轨道数据步骤：配合编码轮里程定位进行采集供电轨的轨道数据；综合滤波处理步骤：对供电轨的轨道数据进行综合滤波处理以及误差修正处理。相比以往的供电轨参数检测采用人工检测的方式，本发明专利技术采用激光传感器采集轨道数据，实现了供电轨参数的高效、动态采集，运用基于供电轨几何轮廓特征的的综合滤波处理与误差修正算法，消除了激光三角法容易出现的误差，得到准确平滑的供电轨轨道轮廓，精确度高，抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】
基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法及系统
本专利技术涉及轨道不平顺检测
，具体涉及一种基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法及系统。
技术介绍
现有的检测地铁第三轨(供电轨)参数的装置，有的采用的是摄像机的图像识别方法，很难获取准确的三维信息，且受环境光限制比较大，不适合参数的精确测量，有的采用的是激光传感器获得地铁第三轨(供电轨)的三维图像，但是未对传感器倾斜导致数据异常进行误差修正。目前，现有的对于有轨电车的地面供电轨高低、中线偏差的检测大多采用人工检测的方式，借助对应的参数检测工具，人为地进行检测和记录，无法快捷、准确地对供电轨进行验收、维护。针对轨道检测，激光三角法是非接触式轨道检测方法的典型代表。其应用于轨道检测方面是通过求轨面轮廓上的每一个点与激光源的距离，利用距离的差异，用点集描述成轨道的轮廓，从而对轮廓进行分析得出轨道性能。但该方法的缺点是容易引入误差干扰，传感器安装支架与车体之间的振动以及列车蛇形行驶会不可避免地造成角度误差，同时激光传感器的测量精度也受其自身的非线性误差、被测物体所处环境等因素的影响，针对以上这几点误差，现有的技术中并未有较好的解决方案。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术的第一目的在于提出了一种基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，该方法结合综合滤波处理、误差修正算法与几何参数检测算法，进而减少在轨道检测时引入的误差干扰。本专利技术的第二目的在于提出一种基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测系统。为了达到上述第一目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，包括以下步骤：获取轨道轮廓数据步骤：基于激光三角法获取轨道轮廓数据；采集轨道数据步骤：配合编码轮里程定位进行采集供电轨的轨道数据；综合滤波处理步骤：对供电轨的轨道数据进行综合滤波处理以及误差修正处理；所述对供电轨的轨道数据进行综合滤波处理以及误差修正处理，具体包括以下步骤：第一滤波处理步骤：自适应限幅滤波处理；第二滤波处理步骤：分段拟合均值滤波处理；消除误差步骤：误差修正处理，进而消除误差，所述误差修正处理，包括修正旋转误差、修正拉伸误差、采用供电轨几何参数检测算法对供电轨高低偏差、中线偏差进行检测。作为优选的技术方案，所述基于激光三角法获取轨道轮廓数据，具体为：通过激光传感器采用激光三角法获取轨道轮廓数据，即获取轨道轮廓图，从而根据轨道轮廓图各点到激光传感器的距离转换得到轮廓各点坐标位置。作为优选的技术方案，所述激光三角法采用直射式激光三角法或斜射式激光三角法。作为优选的技术方案，所述配合编码轮里程定位进行采集供电轨的轨道数据，具体包括以下步骤：建立空间坐标系步骤：以轨道延伸方向为y轴建立空间坐标系；采集三维数据步骤：根据传感器与轨道的轮廓各点的相对位置不变，轮廓各点的x轴数据不做改变，通过编码轮采集空间坐标系中y轴数据，通过激光传感器采集空间坐标系中z轴的数据。作为优选的技术方案，所述自适应限幅滤波处理，具体包括以下步骤：设置限幅预筛选区间：以供电轨每个点的纵坐标值作为每个限幅预筛选区间的中点，形成多个长度为预设供电轨轮廓高度值的限幅预筛选区间，所述限幅预筛选区间有重合区域；统计点数：分别统计落在多个所述限幅预筛选区间的点的个数；选出限幅范围：比较多个限幅预筛选区间统计的点数，找到一个有最多点的限幅预筛选区间作为限幅标准区间，以所述限幅标准区间作为处理的限幅范围；限幅滤波：将供电轨轨道轮廓中不属于所述限幅范围的点全部滤去。作为优选的技术方案，所述分段拟合均值滤波处理，具体包括以下步骤：供电轨中点特征点提取：将经过自适应限幅滤波处理后的轨道轮廓数据中各点的纵坐标值进行比较，找出轨道最高点的纵坐标值ymax，做出最高点下移m个单位的水平线：yn’＝ymax-m，yn’表示下移后水平线的纵坐标值,在两侧的轮廓数据中找到y值最接近yn’的两点，并求该两点的轨道横坐标x的平均值：其中x1、x2分别表示y值最接近yn’的两点的横坐标x值；设置循环次数，每次水平线下移预设间隔单位，求得每次水平线得到一个x值，其中水平线下移单位的表达式为：mupdate＝mo+mshift，mupdate表示更新后的下移单位，mo表示更新前的下移单位，mshift表示预设间隔单位；采取投票统计方法选出出现次数最多的点的横坐标x值，出现次数最多的点的横坐标x值记作令k为次数，将作为中点特征点的x值：其中xzd表示中点特征点的x值；分段拟合：根据地面供电轨轮廓的几何特征将供电轨轮廓分段，包括左导槽面、左导槽底、滑块面、右导槽底、右导槽面；对分段后的轮廓采用拟合公式进行曲线拟合：y＝a0+a1x+a2x2+…+anxn；其中a0，a1，a2…an表示轮廓进行曲线拟合的各次项系数，n为正整数；去除轨道轮廓相同点：分段拟合完成后，先对相邻重合部分进行分配，令相邻段中首段A的右端为xr，末段B的左端为xl，对于重合部分的数据点S(xi，yi)进行去除：其中xi表示重合部分的数据点的横坐标数值；均值平滑：令数据点为(x1，y1)，(x2，y2)…(xn，yn)，采用均值滤波：其中yk表示均值滤波选择点的纵坐标，k表示数据点的下标选择序号，n为正整数。作为优选的技术方案，所述修正旋转误差，具体包括以下步骤：计算旋转误差角：对分段后的左导槽面、滑块面、右导槽面采用拟合公式进行曲线拟合，进而得到斜率k1，k2，k3以及倾斜角α1，α2，α3：倾斜角α1、α2、α3得到倾斜角的平均值旋转误差角α：旋转误差修正：令轨道数据点为(x1，y1)，(x2，y2)…(xn，yn)，利用坐标旋转公式修正旋转误差角：其中，α表示旋转误差角，xi、yi分别表示修正旋转误差角前的横坐标、纵坐标，xi’、yi’分别表示修正旋转误差角后的横坐标、纵坐标，i、n为正整数。作为优选的技术方案，所述修正拉伸误差，具体包括以下步骤：通过实验经验法获取误差角的余弦值范围：根据当前的环境搭建的实验条件，设置误差余弦值范围和取值间隔，x轴和y轴分别根据误差余弦值范围和取值间隔组合形成多个x轴y轴误差角组合(β，γ)，其中β表示x轴误差系数，γ表示y轴误差系数；组合误差角并进行修正：对于每一对x轴y轴误差角组合(β，γ)，都对地面供电轨滑块面部分轨道数据进行修正，令轨道数据点为(x1，y1)，(x2，y2)…(xn，yn)：其中xj、yj分别表示修正旋转误差角前的横坐标、纵坐标，xj’、yj’分别表示修正旋转误差角后的横坐标、纵坐标，j、n为正整数；计算修正数据点对应的标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取轨道轮廓数据步骤：基于激光三角法获取轨道轮廓数据；/n采集轨道数据步骤：配合编码轮里程定位进行采集供电轨的轨道数据；/n综合滤波处理步骤：对供电轨的轨道数据进行综合滤波处理以及误差修正处理；/n所述对供电轨的轨道数据进行综合滤波处理以及误差修正处理，具体包括以下步骤：/n第一滤波处理步骤：自适应限幅滤波处理；/n第二滤波处理步骤：分段拟合均值滤波处理；/n消除误差步骤：误差修正处理，进而消除误差，所述误差修正处理，包括修正旋转误差、修正拉伸误差、采用供电轨几何参数检测算法对供电轨高低偏差、中线偏差进行检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取轨道轮廓数据步骤：基于激光三角法获取轨道轮廓数据；
采集轨道数据步骤：配合编码轮里程定位进行采集供电轨的轨道数据；
综合滤波处理步骤：对供电轨的轨道数据进行综合滤波处理以及误差修正处理；
所述对供电轨的轨道数据进行综合滤波处理以及误差修正处理，具体包括以下步骤：
第一滤波处理步骤：自适应限幅滤波处理；
第二滤波处理步骤：分段拟合均值滤波处理；
消除误差步骤：误差修正处理，进而消除误差，所述误差修正处理，包括修正旋转误差、修正拉伸误差、采用供电轨几何参数检测算法对供电轨高低偏差、中线偏差进行检测。


2.根据权利要求1所述的基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，其特征在于，所述基于激光三角法获取轨道轮廓数据，具体为：通过激光传感器采用激光三角法获取轨道轮廓数据，即获取轨道轮廓图，从而根据轨道轮廓图各点到激光传感器的距离转换得到轮廓各点坐标位置。


3.根据权利要求1所述的基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，其特征在于，所述激光三角法采用直射式激光三角法或斜射式激光三角法。


4.根据权利要求1所述的基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，其特征在于，所述配合编码轮里程定位进行采集供电轨的轨道数据，具体包括以下步骤：
建立空间坐标系步骤：以轨道延伸方向为y轴建立空间坐标系；
采集三维数据步骤：根据传感器与轨道的轮廓各点的相对位置不变，轮廓各点的x轴数据不做改变，通过编码轮采集空间坐标系中y轴数据，通过激光传感器采集空间坐标系中z轴的数据。


5.根据权利要求1所述的基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，其特征在于，所述自适应限幅滤波处理，具体包括以下步骤：
设置限幅预筛选区间：以供电轨每个点的纵坐标值作为每个限幅预筛选区间的中点，形成多个长度为预设供电轨轮廓高度值的限幅预筛选区间，所述限幅预筛选区间有重合区域；
统计点数：分别统计落在多个所述限幅预筛选区间的点的个数；
选出限幅范围：比较多个限幅预筛选区间统计的点数，找到一个有最多点的限幅预筛选区间作为限幅标准区间，以所述限幅标准区间作为处理的限幅范围；
限幅滤波：将供电轨轨道轮廓中不属于所述限幅范围的点全部滤去。


6.根据权利要求1或4所述的基于激光三角法的供电轨几何参数综合检测方法，其特征在于，所述分段拟合均值滤波处理，具体包括以下步骤：
供电轨中点特征点提取：
将经过自适应限幅滤波处理后的轨道轮廓数据中各点的纵坐标值进行比较，找出轨道最高点的纵坐标值ymax，做出最高点下移m个单位的水平线：
yn’＝ymax-m，
yn’表示下移后水平线的纵坐标值，在两侧的轮廓数据中找到y值最接近yn’的两点，并求该两点的轨道横坐标x的平均值：



其中x1、x2分别表示y值最接近yn’的两点的横坐标x值；
设置循环次数，每次水平线下移预设间隔单位，求得每次水平线得到一个x值，其中水平线下移单位的表达式为：
mupdate＝mo+mshift，
mupdate表示更新后的下移单位，mo表示更新前的下移单位，mshift表示预设间隔单位；
采取投票统计方法选出出现次数最多的点的横坐标x值，出现次数最多的点的横坐标x值记作令k为次数，将作为中点特征点的x值：



其中xzd表示中点特征点的x值；
分段拟合：
根据地面供电轨轮廓的几何特征将供电轨轮廓分段，包括左导槽面、左导槽底、滑块面、右导槽底、右导槽面；
对分段后的轮廓采用拟合公式进行曲线拟合：
y＝a0+a1x+a2x2+…+anxn；
其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇君，贺志超，凡鸿儒，黄佳滨，殷怡，黎晨，武建华，严冬松，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44