一种列车速度和加速度实时测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种列车速度和加速度实时测量方法，所述方法包括：利用结构光3D传感器实时获取列车车体表面3D轮廓，以当前帧作为参考，截取前一帧的部分点云区域作为匹配点云；基于ICP算法将前一帧匹配点云向当前帧的参考点云进行匹配，获得匹配后的平移向量T，利用平移向量的距离除以两帧之间的时间间隔t，得到当前移动速度；重复迭代当前移动速度，实现列车速度的实时测量。车速度的实时测量。车速度的实时测量。

【技术实现步骤摘要】
一种列车速度和加速度实时测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种列车速度和加速度实时测量方法及装置，属于测试计量


技术介绍

[0002]运动目标的速度测量是动态测量领域的一般性问题，一般可分为接触式和非接触式测量，而且目前已存在大量成熟的技术路线，例如测速码盘、测速雷达、光电开关、磁性传感器等等。对于列车速度在线测量而言，目前主要使用间隔安装的车轮传感器，统计计算列车车轮行驶过两个间隔安装的车轮传感器的时间，利用间隔安装距离除以时间得到。但这种测量方法实时性较差，在车轮未到达第二个传感器之前，速度并不更新，无法适用于对实时性要求很高的高精度、高动态测量场景。目前另一种非接触式实时测量方法是利用基于多普勒效应的雷达测速仪，但多普勒雷达往往要求测量点在较小的景深范围内，要求被测物体的测量表面尽量平整，因此一般用于传送带等平面移动物体测量，无法适应列车车体这种高低起伏变化较大的物体。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种列车速度和加速度实时测量方法及装置，以解决现有技术测量列车时速实时性较差的缺陷。
[0004]一种列车速度和加速度实时测量方法，所述方法包括：
[0005]利用结构光3D传感器实时获取列车车体表面3D轮廓，以当前帧作为参考，截取前一帧的部分点云区域作为匹配点云；
[0006]基于ICP算法将前一帧匹配点云向当前帧的参考点云进行匹配，获得匹配后的平移向量T，利用平移向量的距离除以两帧之间的时间间隔t，得到当前移动速度；
[0007]重复迭代当前移动速度，实现列车速度的实时测量。
[0008]进一步地，所述基于ICP算法的步骤包括：
[0009]假设前一帧截取的匹配点云为：
[0010]P＝{p1,p2,...,p
Np
}
[0011]当前帧参考点云为：
[0012]X＝{x1,x2,...,x
Nx
}
[0013]对每一个匹配点p
i
，在X中求得距离最近的M个点保证3≤M≤10，其中，是距离最近的点；
[0014]使用LM或最小二乘法计算X
M
的拟合平面，得到单位法向量n
i
；使用迭代优化算法，求出T，使得：
[0015][0016]假设前一帧和当前帧的时间间隔为t，则速度为：
[0017]v＝||T||/t，方向为向量T的方向。
[0018]进一步地，所述方法还包括：
[0019]在轨道外侧固定安装结构光3D传感器，使其在列车经过时能够获得列车车体3D表面轮廓；
[0020]在来车方向前安装车轮传感器，能够感知列车驶入，并启动3D传感器进行测量；
[0021]设置固定的时间间隔t，使得3D传感器按照固定频率输出点云数据。
[0022]进一步地，所述时间间隔t要根据传感器最大频率以及测量范围和最大车速确定：假设3D传感器每次的测量视野范围为L，该线路列车行驶速度限速为Vmax，则t＜L/2*Vmax。
[0023]进一步地，所述匹配点云的选择包括：
[0024]在最后一帧的前一帧3D点云输出数据中，在测量视野范围中，选择来车方向小于L/2的点云数据作为匹配点云。
[0025]以最后一帧的3D点云数据为参考点云，基于ICP算法将前一帧选取的匹配点云向参考点云进行匹配。
[0026]一种列车速度和加速度实时测量装置，包括：设于钢轨上的车轮传感器、结构光3D传感器；
[0027]所述结构光3D传感器固定安装在轨道外侧，用于能够获得列车车体3D表面轮廓；
[0028]所述车轮传感器用于感知列车驶入，并启动3D传感器进行测量。
[0029]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术进一步提高了速度测量的精度和频率，能够实现高精度、实时地输出测量列车速度。测量精度和频率均远高于基于车轮传感器的方法，并且能够计算得到精准的列车行驶加速度。
附图说明
[0030]图1是本专利技术装置示意图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0032]本专利技术公开了一种列车速度和加速度实时测量方法，所述方法包括：
[0033]利用结构光3D传感器实时获取列车车体表面3D轮廓，以当前帧作为参考，截取前一帧的部分点云区域作为匹配点云5，并保证截取的匹配点云在当前帧中存在匹配区域，基于ICP算法将前一帧匹配点云向当前帧的参考点云进行匹配，获得匹配后的平移向量T，利用平移向量的距离除以两帧之间的时间间隔t，得到当前移动速度，平移向量的方向为列车速度方向在3D传感器坐标系下的表示，重复迭代上述步骤，可实现列车速度的实时测量更新。
[0034]基于ICP算法的具体步骤为：
[0035]假设前一帧截取的匹配点云为：
[0036]P＝{p1,p2,...,p
Np
}
[0037]当前帧参考点云为：
[0038]X＝{x1,x2,...,x
Nx
}
[0039]对每一个匹配点p
i
，在X中求得距离最近的M个点保证3≤M≤10，其中，是距离最近的点。
[0040]使用LM或最小二乘法计算X
M
的拟合平面，得到单位法向量n
i
。使用迭代优化算法，求出T，使得：
[0041][0042]假设前一帧和当前帧的时间间隔为t，则速度为：
[0043]v＝||T||/t，方向为向量T的方向。
[0044]所述方法还包括：在轨道外侧固定安装结构光3D传感器，使其在列车经过时能够获得列车车体3D表面轮廓。
[0045]在来车方向前安装车轮传感器，能够感知列车驶入，并启动3D传感器进行测量。
[0046]设置固定的时间间隔t，使得3D传感器按照固定频率输出点云数据。t要根据传感器最大频率以及测量范围和最大车速确定：假设3D传感器每次的测量视野范围为L，该线路列车行驶速度限速为Vmax，则t＜L/2*Vmax。
[0047]3D传感器启动测量后，从第2帧输出开始，每次按照以下步骤计算车速：
[0048](4.1)在最后一帧的前一帧3D点云输出数据中，在测量视野范围中，选择来车方向小于L/2的点云数据作为匹配点云5。
[0049](4.2)以最后一帧的3D点云数据为参考点云，基于ICP算法将前一帧选取的匹配点云向参考点云进行匹配。
[0050](4.3)计算得到匹配平移向量T，则速度为v＝||T||/t
[0051](4.4)3D传感器每输出一帧点云，则按照上述步骤更新一次速度值。两次速度值的差值除以t即为列车加速度。
[0052]如图1所示，本专利技术还公开一种列车速度和加速度实时测量装置，包括设于钢轨1上的车轮传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种列车速度和加速度实时测量方法，其特征在于，所述方法包括：利用结构光3D传感器实时获取列车车体表面3D轮廓，以当前帧作为参考，截取前一帧的部分点云区域作为匹配点云；基于ICP算法将前一帧匹配点云向当前帧的参考点云进行匹配，获得匹配后的平移向量T，利用平移向量的距离除以两帧之间的时间间隔t，得到当前移动速度；重复迭代当前移动速度，实现列车速度的实时测量。2.根据权利要求1所述的列车速度和加速度实时测量方法，其特征在于，所述基于ICP算法的步骤包括：假设前一帧截取的匹配点云为：P＝{p1,p2,...,p
Np
}当前帧参考点云为：X＝{x1,x2,...,x
Nx
}对每一个匹配点p
i
，在X中求得距离最近的M个点保证3≤M≤10，其中，是距离最近的点；使用LM或最小二乘法计算X
M
的拟合平面，得到单位法向量n
i
；使用迭代优化算法，求出T，使得：假设前一帧和当前帧的时间间隔为t，则速度为：v＝||T||/t，方向为向量T的方向。3.根据权利要求1所述的列车速度和加速度实时测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，李苏祺，黄磊，陆晓隽，王满意，
申请(专利权)人：江苏集萃智能光电系统研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：