基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法及装置，该方法包括：基于曲线段的钢轨激光断面图像，获得第一激光平面上的钢轨轮廓和第二激光平面上的钢轨轮廓；将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到第一辅助平面上，获得第一钢轨轮廓投影，将第二激光平面上的钢轨轮廓投影到第二辅助平面上，获得第二钢轨轮廓投影；根据第一钢轨轮廓投影和第二钢轨轮廓投影，创建辅助三维钢轨；根据第一钢轨轮廓投影，生成虚拟三维钢轨；基于辅助三维钢轨和虚拟三维钢轨，构建优化目标函数，求解最优辅助平面；将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到最优辅助平面内，获得修正后的钢轨轮廓。本发明专利技术可以对曲线段钢轨轮廓测量误差进行修正，修正精度高。修正精度高。修正精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法及装置


[0001]本专利技术属于铁路轨道检测
，涉及一种基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法和装置。

技术介绍

[0002]钢轨轮廓测量组件一般安装在车体下方或转向架上，与车体或者转向架刚性连接。一般情况下，车辆经过直线路段时，钢轨轮廓测量组件的激光平面垂直于钢轨的局部纵向，此时，测量结果是钢轨的横断面轮廓。而车辆经过曲线路段时，由于轮轨冲角的增大，钢轨轮廓测量组件的激光平面与钢轨纵向不再满足垂直的关系，此时，测量结果是钢轨的斜断面轮廓数据，而非横断面轮廓数据，造成测量轮廓存在一定程度的畸变，使测量轮廓中垂直磨耗点和侧面磨耗点的定位产生了一定的偏差，降低了钢轨磨耗测量精度。
[0003]在现有技术中，线结构光轮廓测量技术基于三角测量原理，可以实时获取被测物的轮廓信息，具有高速、高精度和非接触的特点，是钢轨廓形动态检测的主流方式。图1为现有技术中线结构光钢轨轮廓测量原理图，在钢轨左右两侧各有一套由相机、镜头和线激光器组成的激光摄像组件，两套组件的激光平面共面安装，分别用于获取钢轨左右半断面轮廓数据，由标定参数将半断面轮廓进行拼接，从而得到钢轨全断面轮廓。配合扫描运动，即可实现对整个钢轨的轮廓测量。
[0004]在上述方法中，车辆经过曲线路段时，轮对和车体要沿着线路弯曲的方向调整行进方向，如图2所示，图2为线结构光轮廓测量技术中曲线路段车体与钢轨局部纵向的关系的示意图，此时，由于轮轨冲角的增大，车体方向与钢轨局部纵向的夹角也增大，受此影响，激光平面与钢轨局部纵向不再满足垂直的关系。由图2可以看出，钢轨轮廓测量组件安装在车体上，尤其是车体端部时，受到的影响更大。
[0005]另外，激光平面相对于钢轨存在点头运动，摇头运动、侧滚运动以及绕三个轴的平移，其中，侧滚运动以及绕三个轴的平移不改变激光平面与钢轨纵向的垂直关系，因此，钢轨轮廓测量结果不存在畸变，相反，激光平面相对于钢轨的点头运动和摇头运动改变了激光平面与钢轨纵向的垂直关系，如图3所示为行车过程中激光平面相对钢轨的运动示意图，图3中的(a)为点头运动，图3中的(b)为摇头运动，这种条件下，测量结果是钢轨的斜断面轮廓，相比于正常轮廓存在一定的畸变，即沿某个方向出现了拉伸放大。对于激光平面的点头运动，相当于将正常钢轨轮廓沿Y轴进行了拉伸，对于激光平面的摇头运动，相当于将正常钢轨轮廓沿X轴进行了拉伸。
[0006]激光平面点头运动和摇头运动均造成了钢轨的磨耗测量误差，其中，钢轨垂直磨耗测量误差对激光平面的点头运动较为敏感，随着点头角度的增大而迅速增大，而钢轨的侧面磨耗测量误差对激光平面的摇头运动较为敏感，随着摇头角度的增大而迅速增大。因此，必须采取相应的误差修正措施来保证曲线路段的钢轨轮廓测量精度。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提出一种基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法，用以对曲线段钢轨轮廓测量误差进行修正，修正精度高，该方法包括：
[0008]基于曲线段的钢轨激光断面图像，获得第一激光平面上的钢轨轮廓和第二激光平面上的钢轨轮廓，所述钢轨激光断面图像包含两个激光平面与钢轨表面的交线；
[0009]将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到第一辅助平面上，获得第一钢轨轮廓投影，将第二激光平面上的钢轨轮廓投影到第二辅助平面上，获得第二钢轨轮廓投影；
[0010]根据第一钢轨轮廓投影和第二钢轨轮廓投影，创建辅助三维钢轨；
[0011]根据第一钢轨轮廓投影，生成虚拟三维钢轨；
[0012]基于辅助三维钢轨和虚拟三维钢轨，构建优化目标函数，求解最优辅助平面；
[0013]将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到最优辅助平面内，获得修正后的钢轨轮廓。
[0014]本专利技术实施例提出一种基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正装置，用以对曲线段钢轨轮廓测量误差进行修正，修正精度高，该装置包括：
[0015]钢轨轮廓获得模块，用于基于曲线段的钢轨激光断面图像，获得第一激光平面上的钢轨轮廓和第二激光平面上的钢轨轮廓，所述钢轨激光断面图像包含两个激光平面与钢轨表面的交线；
[0016]钢轨轮廓投影获得模块，用于将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到第一辅助平面上，获得第一钢轨轮廓投影，将第二激光平面上的钢轨轮廓投影到第二辅助平面上，获得第二钢轨轮廓投影；
[0017]辅助三维钢轨创建模块，用于根据第一钢轨轮廓投影和第二钢轨轮廓投影，创建辅助三维钢轨；
[0018]虚拟三维钢轨生成模块，用于根据第一钢轨轮廓投影，生成虚拟三维钢轨；
[0019]最优辅助平面求解模块，用于基于辅助三维钢轨和虚拟三维钢轨，构建优化目标函数，求解最优辅助平面；
[0020]修正模块，用于将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到最优辅助平面内，获得修正后的钢轨轮廓。
[0021]本专利技术实施例还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正。
[0022]本专利技术实施例还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法的计算机程序。
[0023]在本专利技术实施例中，基于曲线段的钢轨激光断面图像，获得第一激光平面上的钢轨轮廓和第二激光平面上的钢轨轮廓，所述钢轨激光断面图像包含两个激光平面与钢轨表面的交线；将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到第一辅助平面上，获得第一钢轨轮廓投影，将第二激光平面上的钢轨轮廓投影到第二辅助平面上，获得第二钢轨轮廓投影；根据第一钢轨轮廓投影和第二钢轨轮廓投影，创建辅助三维钢轨；根据第一钢轨轮廓投影，生成虚拟三维钢轨；基于辅助三维钢轨和虚拟三维钢轨，构建优化目标函数，求解最优辅助平面；将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到最优辅助平面内，获得修正后的钢轨轮廓。在上述过程中，通过优先构建辅助三维钢轨和虚拟三维钢轨，进而构建优化目标函数，求解最优辅助平
面；将第一激光平面坐标系下的钢轨轮廓投影到最优辅助平面内，获得修正后的钢轨轮廓，可得到精度非常高的钢轨轮廓。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0025]图1为现有技术中线结构光钢轨轮廓测量原理图；
[0026]图2为线结构光轮廓测量技术中曲线路段车体与钢轨局部纵向的关系的示意图图；
[0027]图3为行车过程中激光平面相对钢轨的运动示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例中基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法的流程图；
[0029]图5为常规线结构光轮廓测量组件与本专利技术方法双线激光轮廓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法，其特征在于，包括：基于曲线段的钢轨激光断面图像，获得第一激光平面上的钢轨轮廓和第二激光平面上的钢轨轮廓，所述钢轨激光断面图像包含两个激光平面与钢轨表面的交线；将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到第一辅助平面上，获得第一钢轨轮廓投影，将第二激光平面上的钢轨轮廓投影到第二辅助平面上，获得第二钢轨轮廓投影；根据第一钢轨轮廓投影和第二钢轨轮廓投影，创建辅助三维钢轨；根据第一钢轨轮廓投影，生成虚拟三维钢轨；基于辅助三维钢轨和虚拟三维钢轨，构建优化目标函数，求解最优辅助平面；将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到最优辅助平面内，获得修正后的钢轨轮廓。2.如权利要求1所述的基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法，其特征在于，基于曲线段的钢轨激光断面图像，获得第一激光平面上的钢轨轮廓和第二激光平面上的钢轨轮廓，包括：对钢轨激光断面图像进行光条中心提取，获得光条中心像素坐标系下的两个光条中心两个光条中心；将光条中心像素坐标系下的两个光条中心变换至对应的激光平面坐标系下，获得第一激光平面上的钢轨轮廓和第二激光平面上的钢轨轮廓。3.如权利要求1所述的基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法，其特征在于，将第一激光平面上的钢轨轮廓投影到第一辅助平面上，获得第一钢轨轮廓投影，将第二激光平面上的钢轨轮廓投影到第二辅助平面上，获得第二钢轨轮廓投影，包括：将第一激光平面上的钢轨轮廓变换到第一辅助平面坐标系下，得到第一辅助平面坐标系下的钢轨轮廓，将第二激光平面上的钢轨轮廓变换到第二辅助平面坐标系下，得到第二辅助平面坐标系下的钢轨轮廓；将第一辅助平面坐标系下的钢轨轮廓投影到第一辅助平面内，获得第一钢轨轮廓投影，将第二辅助平面坐标系下的钢轨轮廓投影到第二辅助平面内，获得第一钢轨轮廓投影。4.如权利要求1所述的基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法，其特征在于，根据第一钢轨轮廓投影和第二钢轨轮廓投影，创建辅助三维钢轨，包括：将第二钢轨轮廓投影变换到第一辅助平面坐标系，获得变换后的第二钢轨轮廓投影；根据第一钢轨轮廓投影的轨头区域和变换后的第二钢轨轮廓投影的轨头区域，创建辅助三维钢轨。5.如权利要求1所述的基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法，其特征在于，根据第一钢轨轮廓投影，生成虚拟三维钢轨，包括：以第一钢轨轮廓投影的轨顶数据，沿着第一辅助平面法线的方向生成虚拟三维钢轨，所述虚拟三维钢轨的长度为第一激光平面和第二激光平面之间的距离。6.如权利要求1所述的基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正方法，其特征在于，基于辅助三维钢轨和虚拟三维钢轨，构建优化目标函数，求解最优辅助平面，包括：对虚拟三维钢轨上的第一三维点集与辅助三维钢轨上的第二三维点集进行重采样，获得重采样的第一三维点集与重采样的第二三维点集，所述重采样的第一三维点集与重采样的第二三维点集的点数相同；基于重采样的第一三维点集与重采样的第二三维点集之间的平均距离构建优化目标
函数；基于所述距离平均值，构建优化目标函数；基于优化目标函数，寻找使得优化目标函数值最小的第一变量和第二变量，所述第一变量为绕第一激光平面坐标系的X轴的旋转量，所述第二变量为绕第一激光平面坐标系的X轴旋转后得到临时坐标系，再绕临时坐标系的Y轴的旋转量；根据寻找到的第一变量和第二变量，获得最优辅助平面。7.一种基于双线激光的曲线段钢轨轮廓测量误差修正装置，其特征在于，包括：钢轨轮廓获...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐，王昊，王凡，王胜春，方玥，程朝阳，赵鑫欣，王宁，黎国清，魏世斌，任盛伟，李海浪，韩强，侯智雄，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司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：