一种钢轨爬行位移检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术属于轨道交通技术领域，具体公开了一种钢轨爬行位移检测系统及检测方法，该检测系统包含运载平台、成像模块、数据处理模块和测量标尺。本发明专利技术通过在钢轨及道床上设置两个测量标尺，利用成像模块拍摄测量标尺图像，通过图像处理算法计算测量标尺相对位移，计算钢轨爬行值。本发明专利技术将检测设备放置于轨道巡检平台上，只需在钢轨位置安置两个测量标尺，更为灵活、准确，且可在任意位置设置任意数量检测点，根据多个测量点的多个数据，综合评估钢轨的爬行情况，也能适应桥梁以及隧道等各种复杂的环境，通过实际测试，钢轨爬行位移测量精度达到了0.1mm。达到了0.1mm。达到了0.1mm。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨爬行位移检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通
，具体涉及一种钢轨爬行位移检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]轨道交通对促进我国经济发展、提升人民生活品质中发挥了重大作用。随着我国城市轨道交通的迅速发展，无缝钢管被得以广泛应用，无缝钢管在实际应用中易受到温度和车辆对于轨道的应力作用，使轨道产生爬行位移，给列车安全运行带来极大风险。
[0003]为有效检测钢轨爬行位移，拉线测量法、光学经纬测量法、激光测量法、光电技术测量法被提出并得以应用。上述钢轨位移测量方法均采用人工单点测量，拉线测量法的测量精度一般只能达到
±
5mm范围内，工作量大、需两人以上操作；光学经纬仪操作复杂，使用不方便；激光测量法和光电技术测量法所需设备昂贵，使用成本较高。近期，基于机器视觉检测的钢轨爬行位移测量方法被提出，需在轨道路肩两侧埋设检测装置，这种方式成本较高且人工维护难度较大，检测位置较为固定，在线路其他位置需要测量时，需重复安装检测装置，且在安装和现场测量存在一定的风险。
[0004]为实现钢轨爬行位移简单、高效、低成本检测，本专利技术提供一种钢轨爬行位移检测系统及检测方法。

技术实现思路

[0005]为解决现有钢轨爬行检测技术所存在的成本高、使用复杂等问题，本专利技术提供了一种钢轨爬行位移检测系统及检测方法。
[0006]本专利技术采用的第一个技术方案为：
[0007]一种钢轨爬行位移检测系统，包含运载平台、成像模块、数据处理模块和测量标尺；
[0008]其中，所述运载平台，为可在轨道上运动的设备，为检测系统提供动力、电源和安装支撑；
[0009]所述成像模块，包含成像光轴朝向轨道表面，用于拍摄轨道图像的相机单元，为相机单元提供照明的照明单元，和可通讯地连接于相机单元，用于数据采集的成像数据采集单元；
[0010]所述数据处理模块，为嵌入式系统或工控机，用于图像数据处理；
[0011]所述安装支撑用于固定成像模块、数据处理模块；
[0012]所述测量标尺，为可在图像上精准测量位移的标识物，成对地安装于钢轨底部和钢轨旁道床上，用于标记被测路段钢轨。
[0013]进一步的，所述测量标尺包含安装于钢轨底部的测量尺和安装于钢轨旁、道床上的基准尺；
[0014]所述测量尺、基准尺为A色背景上一字形排列的B色标记图案序列，A色与B色相反；
[0015]所述标记图案序列一字形排列方向与钢轨延伸方向相同；
[0016]所述标记图案序列包含1个起点标记和n个测量标记，n>2。
[0017]进一步的，所述起点标记的图案包括矩形或圆形或三角形，所述测量标记的图案包括等间距排列的圆形或矩形或明暗相间条纹；且同一标记图案序列中起点标记与测量标记的图案不同；
[0018]当所述测量标记为明暗相间条纹时，条纹延伸方向与钢轨延伸方向垂直。
[0019]进一步的，所述基准尺、测量尺设置为平板形状，或三维形状；
[0020]其中，所述三维形状是指将起点标记的图案、测量标记的图案均设置为凸起或镂空形式；
[0021]设置为镂空形式时，基准尺安装高度高于道床平面不少于10mm,测量尺平板厚度不低于5mm。
[0022]进一步的，所述相机单元为面阵相机、线阵相机或3D相机；其中，3D相机获取轨道深度图像，并以道床平面为参考平面将深度图像转换为灰度图像。
[0023]本专利技术采用的第二个技术方案为：
[0024]一种钢轨爬行位移检测系统的检测方法，包含以下步骤：
[0025]第一步：数据处理模块将成像模块采集的基准尺图像、测量尺图像根据成像参数进行几何校正，在校正后图像上，根据基准尺、测量尺整体图案，构建基准尺、测量尺整体检测模型；
[0026]第二步：利用上述检测模型在校正后图像中检测基准尺、测量尺；当检出基准尺、测量尺后，分别设定基准尺、测量尺的ROI，并转第三步，否则继续执行第二步，处理下一幅图像；
[0027]第三步：在校正后图像的ROI范围内，检测起点标记、测量标记，计算n个测量标记的位置坐标P；根据起点标记，对测量标记从起点方向开始排序，得到基准尺测量标记坐标序列Pb，测量尺测量标记坐标序列Pm；
[0028]第四步：计算测量标记坐标序列Pb、Pm的平均差异，作为钢轨爬行位移d：其中，i为第i个测量标记，d的符号表示爬行方向。
[0029]进一步的，所述检测基准尺、测量尺的方法为图像模板匹配检测、NCC匹配检测、形状匹配检测、HOG+SVM目标检测、FasterRCNN目标检测、YOLO目标检测中任一种；
[0030]所述检测起点标记、测量标记的方法为图像模板匹配检测、NCC匹配检测、形状匹配检测、HOG+SVM目标检测、FasterRCNN目标检测、YOLO目标检测、基于标记图案形状先验的Blob检测中任一种；
[0031]当测量标记为圆形图案时，采用基于边缘的圆形拟合方法获取亚像素圆心坐标作为位置坐标P；
[0032]当测量标记为矩形块时，沿垂直于钢轨延伸方向对图像进行投影，根据投影曲线的梯度进行亚像素边缘提取，取两个边缘的中心点作为测量标记位置坐标P；
[0033]当测量标记为明暗相间条纹时，沿垂直于钢轨延伸方向对图像进行投影，根据投影曲线的梯度进行亚像素边缘提取，取边缘点作为测量标记位置坐标P。
[0034]进一步的，当相机单元为3D相机时，所述起点标记、测量标记检测方法为基于阈值
分割的Blob分析方法，通过对基于深度图像转换得到的灰度图像，分割出起点标记、测量标记，并根据起点标记、测量标记的形状、尺寸先验信息进行检测与定位。
[0035]进一步的，在第四步计算Pb、Pm的平均差异之前，还包含根据等间隔排列先验，剔除测量标记位置坐标P中的离群点的步骤，具体方法包含：
[0036]1)计算相邻两个位置坐标P(i)、P(i+1)的距离ei，当ei与理论距离差异满足设定阈值时，选取P(i)、P(i+1)构成测量标记位置坐标有效支撑集K；
[0037]2)利用有效支撑剂K分别处理Pb、Pm，得到有效支撑集Kb、Km；
[0038]3)取Kb、Km中具有相同序号的位置坐标，计算差异均值作为钢轨爬行位移值。
[0039]进一步的，采用历史数据比对方法测量钢轨爬行位移，具体方法包含：
[0040]在基准尺、测量尺安装后，测量并记录测量尺相对于基准尺的距离d0作为历史数据；
[0041]在检测时，测量并记录测量尺相对于基准尺的距离di，计算di
‑
d0作为钢轨爬行位移测量值；
[0042]所述d0是由安装时有效支撑集Kb、Km中具有相同序号的位置坐标差异均值得到；所述d1是由检测时有效支撑集Kb、Km中具有相同序号的位置坐标差异均值得到。
[0043]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢轨爬行位移检测系统，其特征在于，包含运载平台、成像模块、数据处理模块和测量标尺；所述运载平台为可在轨道上运动的设备，为检测系统提供动力、电源和安装支撑；所述成像模块，包含成像光轴朝向轨道表面，用于拍摄轨道图像的相机单元，为相机单元提供照明的照明单元，可通讯地连接于相机单元，用于数据采集的成像数据采集单元；所述数据处理模块，为嵌入式系统或工控机，用于图像数据处理；所述测量标尺，为可在图像上精准测量位移的标识物，成对地安装于钢轨底部和钢轨旁道床上，用于标记被测路段钢轨。2.如权利要求1所述的钢轨爬行位移检测系统，其特征在于，所述测量标尺包含安装于钢轨底部的测量尺和安装于钢轨旁、道床上的基准尺；所述测量尺、基准尺为A色背景上一字形排列的B色标记图案序列，A色与B色相反；所述标记图案序列一字形排列方向与钢轨延伸方向相同；所述标记图案序列包含1个起点标记和n个测量标记，n>2。3.如权利要求2所述的钢轨爬行位移检测系统，其特征在于，所述起点标记的图案包括矩形或圆形或三角形，所述测量标记的图案包括等间距排列的圆形或矩形或明暗相间条纹；且同一标记图案序列中起点标记与测量标记的图案不同；当所述测量标记为明暗相间条纹时，条纹延伸方向与钢轨延伸方向垂直。4.如权利要求3所述的钢轨爬行位移检测系统，其特征在于，所述基准尺、测量尺设置为平板形状，或三维形状；所述三维形状是指将起点标记的图案、测量标记的图案均设置为凸起或镂空形式；设置为镂空形式时，基准尺安装高度高于道床平面不少于10mm,测量尺平板厚度不低于5mm。5.如权利要求4所述的钢轨爬行位移检测系统，其特征在于，所述相机单元为面阵相机、线阵相机或3D相机；其中，3D相机获取轨道深度图像，并以道床平面为参考平面将深度图像转换为灰度图像。6.一种如权利要求1
‑
5任一所述钢轨爬行位移检测系统的检测方法，其特征在于，包含以下步骤：第一步：数据处理模块将成像模块采集的基准尺图像、测量尺图像根据成像参数进行几何校正，在校正后图像上，根据基准尺、测量尺整体图案，构建基准尺、测量尺整体检测模型；第二步：利用上述检测模型在校正后图像中检测基准尺、测量尺；当检出基准尺、测量尺后，分别设定基准尺、测量尺的ROI，并转第三步，否则继续执行第二步，处理下一幅图像；第三步：在校正后图像的ROI范围内，检测起点标记、测量标记，计算n个测量标记的位置坐标P；根据起点标记，对测量标记从起点方向开始排序，得到基准尺测量标记坐标序列Pb，测量尺测量标记坐标序列P...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰伟，胡承凯，毛宏军，梁鑫，李羊，林青，
申请(专利权)人：成都精工华耀科技有限公司，
类型：发明
国别省市：