一种钢轨爬行位移检测系统技术方案

本实用新型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，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。本实用新型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。本实用新型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。度达到了0.1mm。度达到了0.1mm。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨爬行位移检测系统


[0001]本技术涉及轨道交通
，具体涉及一种钢轨爬行位移检测系统。

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，本技术提供了一种钢轨爬行位移检测系统及检测方法。
[0006]本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。
[0012]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；
[0013]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；
[0014]所述标记图案序列一字形排列方向与钢轨延伸方向相同；
[0015]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。
[0016]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；
[0017]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。
[0018]进一步的，所述基准尺、测量尺设置为平板形状，或三维形状；
[0019]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；
[0020]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。
[0021]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。
[0022]本技术钢轨爬行位移检测系统的检测方法，包含以下步骤：
[0023]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；
[0024]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；
[0025]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；
[0026]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。
[0027]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：
[0028]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；
[0029]2)利用有效支撑剂K分别处理Pb、Pm，得到有效支撑集Kb、Km；
[0030]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。
[0031]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：
[0032]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；
[0033]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；
[0034]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。
[0035]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0036]1)检测系统安装于移动的运载平台上，减小了设备数量、使用更灵活、简单、成本
更低
[0037]相较于CN210063008U、CN108482421A、CN112444209A等固定位置安装检测装置的检测钢轨爬行方式，本技术将检测系统放置于轨道巡检平台上，只需在需要测量的钢轨位置安装测量标尺，能适应桥梁以及隧道等各种复杂的环境，相较于现有的固定位置检测方式，更为灵活、简单、成本更低。
[0038]2)利用多点测量提升爬行位移测量精度
[0039]本技术通过设置多个测量标记进行爬行位移测量，可根据测量标记等间隔先验进行离群值剔除，最后通过多个有效测量标记的位移均值作为最终的钢轨爬行位移测量结果，可减小测量误差，有效提升钢轨爬行位移测量精度，通过在在现有的采集数据进行测试，测量精度达到
±
0.1mm，明显优于现有技术方法精度。
[0040]3)3D形状测量标尺，具有很强的环境适应性
[0041]为解决二维纹理标识在长期使用中容易受到灰尘污染的问题，本技术还提供了3D形状测量标尺，通过3D成像方法、利用3D形状测量标尺，可有效消除灰尘污染干扰，提升钢轨爬行位移检测系统的稳定性和鲁棒性。相反，现有技术中采用的纹理类标识，容易受到灰尘污染干扰，需进行定期清理才能确保系统正常工作。而本技术采用的本文档来自技高网...

【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；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；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...

【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：新型
国别省市：