车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法及系统，包括在检测车运动过程中，利用第一激光轮廓仪采集接触轨的轮廓曲线，利用第二激光轮廓仪采集与接触轨同侧的走行轨的轮廓曲线；将走行轨的轮廓曲线划分为轨顶段和轨腰轨底段；基于轨腰轨底段和标准轮廓曲线，计算倾斜补偿角度；基于倾斜补偿角度、两激光轮廓仪的静态标定角度，对接触轨的轮廓曲线、走行轨的轮廓曲线以及两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离进行补偿校正；基于补偿校正后的接触轨的轮廓曲线、走行轨的轮廓曲线以及两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离，计算动态补偿后的拉出值和导高值。本发明专利技术可提高接触轨检测数据的补偿结果的精确性。高接触轨检测数据的补偿结果的精确性。高接触轨检测数据的补偿结果的精确性。

【技术实现步骤摘要】
车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法及系统


[0001]本专利技术涉及车辆检测
，具体涉及一种车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法及系统。

技术介绍

[0002]随着我国城市化建设快速发展，城市人口急剧增加，交通拥堵日益严重，地铁凭借着它的快速、安全、载客量大等优势，成为了解决城市交通拥挤的主要工具。随着载客量越来越大，车辆的行车密度也跟着提升，这对列车的供电性能要求也越来越高，而列车的供电性能直接影响地铁列车的安全性能，其同时也是地铁供电部门维修工作计划基本参数的制定依据。
[0003]地铁供电主要分为接触网供电和接触轨供电两种方式，现有技术中大都采用接触网进行供电，所以对接触网相关的研究比较多，而对于地铁接触轨(也称三轨)的检测方法的相关研究相对较少。实际应用中，必须定期对接触轨的导高(即第三轨的底面与轨道面的距离)和拉出值(即第三轨的中心与同边轨道内侧面的距离)进行测量，掌握接触轨和轨道的相对位置关系，从而进行调整，以保证列车在运行过程中与第三轨在合适的位置上，从而确保供电系统的正常。
[0004]在第三轨检测相关技术要求和规范中有明确的的规定：每季度对第三轨几何参数检测不能够少于2次。对于当前城市轨道交通越来越严重的检测任务来说，传统的依靠人工的三轨检测方法已经不能满足要求。这些依靠人工的检测方法自动化程度低，而且在检测时容易受人为因素的干扰，导致检测精度的降低。因此，对于第三轨的检测急需一种高效、高精度、高可靠性的检测方法。
[0005]运行中的双轨检测车是具有多自由度的振动系统，由于线路存在的各种随机不平顺，使车辆产生振动，车体振动将直接影响检测数据的准确性，如果不进行补偿计算，就会产生较大的误差，特别是检测车产生上下垂直振动、水平左右摆动及侧滚时，会对数据产生直接影响，导致结果错误。
[0006]传统方法采用拉线式位移传感器、电容式位移传感器进行车体振动补偿以及基于图像处理的振动补偿方法，其中：
[0007]拉线位移传感器方式是将拉线传感器安装在转向架上，拉线缚在车体上，通过测量拉绳与移动距离成正比例的电信号，得到车体相对于转向架的振动偏移。然而，由于拉线传感器采用接触式测量方式，存在机械磨损，不适合长期使用。
[0008]电容位移传感器方式将一块板极固定于车体，另一块固定在轴箱，根据平行板电容器的电容量与板间距离呈反比关系，而电容量的测量可通过LC振荡器频率获得进行偏移补偿。将该方法应用于接触轨拉出值检测中，拉出值误差绝对值的平均值由34.41mm减小到13.74mm，补偿效果明显，但精度仍不能满足精确测量的要求。
[0009]相较于以上两种振动补偿方式，采用图像处理进行振动补偿避免了因分步计算车体相对于转向架的振动偏移，轮轨之间的振动偏移进行叠加产生的累积误差，精度较高，但
无法满足实时性，对硬件要求较高。
[0010]相关技术中，“基于图像处理的振动补偿方法在接触轨检测中的应用，郑锐等，《城市轨道交通研究》”中，通过布置三个传感器分别对接触轨和两个走行轨进行测量，实现对走行轨的振动补偿，而且采样间隔比较大，20km/h的采样间隔高达92.5mm，采样帧率为60帧每秒，无法满足实时性的要求，且随着检测车速度的提高，采样间隔会越来越大，有可能会漏掉一些异常数据。
[0011]“基于结构光测量技术的接触轨检测方法研究，杨柳，铁路运输工程科技Ⅱ辑”中仅在接触轨上设置传感器，用于进行接触轨的参数检测而不是补偿。
[0012]“基于计算机视觉的接触轨检测车振动补偿方法及应用，占栋等，《铁路学报》”中对接触轨检测数据的补偿只涉及水平方向和垂直方向的位移补偿，但未进行角度的补偿，接触轨检测数据的补偿结果并不准确。
[0013]公布号为CN107401979A的中国专利技术专利申请文献公布了一种用于接触网检测的车体振动位移补偿装置及方法，所述装置以检测车为搭载平台，具体包含：激光测量单元安装于检测车的车底，用于获取检测车左右钢轨的二维位移数据；位置确定模块、补偿参数确定模块、几何参数确定模块分别安装于检测车内部，位置确定模块用于根据二维位移数据计算获得左右钢轨相对激光测量单元的垂向位移和横向位移；补偿参数确定模块用于根据垂向位移和横向位移计算获得检测车相对于左右钢轨的车体振动位移补偿参数；几何参数确定模块用于获取的接触网几何参数测量值，并根据接触网几何参数测量值与车体振动位移补偿参数测量值，计算获得检测车相对于轨平面的接触网几何参数测量值。
[0014]该方案用于计算接触网的几何参数，而非计算接触轨的几何参数，接触网位于走行轨的上方，而接触轨位于走行轨的侧面；且激光测量单元安装于检测车的车底，所采集的数据仅为走行轨的数据，激光测量单元安装角度固定为30或45度，通过分别相对左、右走行轨的垂向位移计算获得动态侧倾角度，动态补偿误差较大。

技术实现思路

[0015]本专利技术所要解决的技术问题在于解决车体振动时对接触轨检测数据进行实时补偿校正，从而满足接触轨几何参数的检测精度。
[0016]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0017]本专利技术提出了一种车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法，在检测车同一侧面安装第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪，所述方法包括：
[0018]在检测车运动过程中，分别利用所述第一激光轮廓仪采集接触轨的轮廓曲线，利用所述第二激光轮廓仪采集与所述接触轨同侧的走行轨的轮廓曲线；
[0019]对所述走行轨的轮廓曲线进行分段处理，将所述走行轨的轮廓划分为轨顶段和轨腰轨底段；
[0020]基于所述轨腰轨底段和标准轮廓曲线，计算倾斜补偿角度；
[0021]基于所述倾斜补偿角度、所述第一激光轮廓仪的静态标定角度和所述第二激光轮廓仪的静态标定角度，对所述接触轨的轮廓曲线、所述走行轨的轮廓曲线以及两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离进行补偿校正；
[0022]基于补偿校正后的所述接触轨的轮廓曲线、补偿校正后的所述走行轨的轮廓曲线
以及补偿校正后的两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离，计算动态补偿后的拉出值和导高值。
[0023]本专利技术通过对与接触轨同一侧走行轨轮廓与标准轮廓之间的配准获取倾斜补偿角度，并利用倾斜补偿角度对接触轨的轮廓、走行轨的轮廓以及两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离进行补偿校正，对动态时车体振动可能产生的偏差进行数据补偿，从而计算动态补偿后的拉出值和导高值；本方案不仅对水平方向和垂直方向的位移补偿，还对角度的补偿，使得接触轨检测数据的补偿结果更加准确。
[0024]进一步地，所述对所述走行轨的轮廓曲线进行分段处理，将所述走行轨的轮廓划分为轨顶段和轨腰轨底段，包括：
[0025]对于所述走行轨的轮廓曲线上的每个点，计算其他点与当前点之间的距离，若以当前点为原点，第一设定值为圆半径，若该圆半径范围内只有一个点，则该点为噪声点并进行去除；
[0026]在一个范围内相近两点之间的距离都小于第二设定值时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法，其特征在于，在检测车同一侧面安装第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪，所述方法包括：在检测车运动过程中，分别利用所述第一激光轮廓仪采集接触轨的轮廓曲线，利用所述第二激光轮廓仪采集与所述接触轨同侧的走行轨的轮廓曲线；对所述走行轨的轮廓曲线进行分段处理，将所述走行轨的轮廓划分为轨顶段和轨腰轨底段；基于所述轨腰轨底段和标准轮廓曲线，计算倾斜补偿角度；基于所述倾斜补偿角度、所述第一激光轮廓仪的静态标定角度和所述第二激光轮廓仪的静态标定角度，对所述接触轨的轮廓曲线、所述走行轨的轮廓曲线以及两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离进行补偿校正；基于补偿校正后的所述接触轨的轮廓曲线、补偿校正后的所述走行轨的轮廓曲线以及补偿校正后的两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离，计算动态补偿后的拉出值和导高值。2.如权利要求1所述的车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法，其特征在于，所述对所述走行轨的轮廓曲线进行分段处理，将所述走行轨的轮廓划分为轨顶段和轨腰轨底段，包括：对于所述走行轨的轮廓曲线上的每个点，计算其他点与当前点之间的距离，若以当前点为原点，第一设定值为圆半径，若该圆半径范围内只有一个点，则该点为噪声点并进行去除；在一个范围内相近两点之间的距离都小于第二设定值时，将该范围内的所有点划分为同一曲线段，以将所述走行轨的轮廓划分为轨顶段和轨腰轨底段。3.如权利要求1所述的车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法，其特征在于，所述基于所述轨腰轨底段和标准轮廓曲线，计算倾斜补偿角度，包括：根据第一圆半径范围和第二圆半径范围，分别对应提取所述轨腰轨底段的两部分特征点集和所述标准轮廓曲线的两部分特征点集；对所述腰轨底段的两部分特征点集分别拟合，确定一组圆心位置A1、B1，对所述标准轮廓曲线的两部分特征点集分别拟合，确定一组圆心位置A2、B2；使用匹配算法对两组圆心位置进行迭代配准，计算倾斜补偿角度θ。4.如权利要去1所述的车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法，其特征在于，所述基于所述倾斜补偿角度、所述第一激光轮廓仪的静态标定角度和所述第二激光轮廓仪的静态标定角度，对所述接触轨的轮廓曲线、所述走行轨的轮廓曲线以及两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离进行补偿校正，包括：根据所述倾斜补偿角度和所述第一激光轮廓仪的静态标定角度，将所述接触轨的实时角度校正为：β1＝α1+θ，θ为所述倾斜补偿角度，α1为所述第一激光轮廓仪的静态标定角度；根据所述倾斜补偿角度和所述第二激光轮廓仪的静态标定角度，将所述走行轨的实时角度校正为：β2＝θ+α2，α2为所述第二激光轮廓仪的静态标定角度；基于所述角度β1和β2，分别对所述走行轨的轮廓曲线和所述接触轨的轮廓曲线进行补偿校正，得到补偿校正后的所述走行轨的轮廓曲线和补偿校正后的所述接触轨的轮廓曲线；
基于所述倾斜补偿角度，对所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪之间的水平距离L0和垂直距离H0进行补偿校正为：L＝S*cosα
’
，H＝S*sinα
’
式中：S为所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪之间的直线距离，S2＝L02+H02；α
’
＝α
‑
θ，α为所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪之间的直线与水平直线之间的夹角。5.如权利要求1所述的车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法，其特征在于，所述基于补偿校正后的所述接触轨的轮廓曲线、补偿校正后的所述走行轨的轮廓曲线以及补偿校正后的两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离，计算动态补偿后的拉出值和导高值，包括：根据补偿校正后的所述接触轨的轮廓曲线和补偿校正后的所述走行轨的轮廓曲线，提取导高拉出值的特征点坐标；根据所述导高拉出值的特征点坐标及补偿校正后两激光轮廓仪之间的水平距离和垂直距离，计算动态补偿后的拉出值a
’
和导高值b
’
具体为：a
’
＝L+x
’
t
‑
x
t
b
’
＝y
t
+y
’
t
‑
H式中：x
t
，y
t
为从所述走行轨的轮廓曲线中提取的特征点坐标；x
’
t
，y
’
t
为从所述接触轨的轮廓曲线中提取的特征点坐标；L为补偿校正后两激光轮廓仪之间的水平距离；H为补偿校正后两激光轮廓仪之间的垂直距离。6.如权利要求5所述的车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法，其特征在于，所述根据补偿校正后的所述接触轨的轮廓曲线和补偿校正后的所述走行轨的轮廓曲线，提取导高拉出值的特征点坐标，包括：计算补偿校正后所述接触轨的轮廓曲线上任意两点连线的斜率，并基于斜率的变化确定拐点；根据所述拐点与所述接触轨底部的中心点之间的距离，提取所述中心点的坐标作为轨底特征点的坐标；对补偿校正后所述走行轨的轮廓曲线进行去噪处理后，以曲线的最高点作一水平线；将所述水平线下移设定距离后，与所述走行轨的轮廓曲线的交点作为轨顶特征点，并提取该轨顶特征点的坐标。7.如权利要求1所述的车体振动时对接触轨检测数据的动态补偿方法，其特征在于，在所述在检测车运动过程中，分别利用所述第一激光轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震远，张耀，米继光，张宝猛，张文豪，徐志伟，徐纯杰，郭远建，陈志祥，章罕，
申请(专利权)人：合肥超科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：