铁路路基沉降检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种铁路路基沉降检测系统及检测方法，铁路路基沉降检测系统包括设在轨道一侧腕臂立柱上的高清图像采集装置

【技术实现步骤摘要】
铁路路基沉降检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及检测
，具体涉及一种铁路路基沉降检测系统
。

技术介绍

[0002]近几年来，我国基础设施建设飞速发展，逐渐建成四通八达的轨道交通网络，轨道交通网络中，铁路建设占据大部分位置铁路安全作为铁路建设中关键一环，要求逐渐严格，而在铁路建设及维保过程中，铁路路基的沉降一直是客户关注的重中之重
。
[0003]铁路路基沉降是一个不断累积的过程，当累积达到一定程度后就会产生严重危害，尤其对重要地段监测频率要高，测量的间隔时间应尽可能短，检测精度也需要不断提高，现有的铁路路基沉降装置大多为机械或人工检测，不能实现实时监测，自动化程度低且检测效率低，容易出现因未及时发现铁路路基沉降而发生的各类事故
。

技术实现思路

[0004]为了解决现有的铁路路基沉降装置检测效率低
、
检测精度低的问题，本专利技术提供了一种铁路路基沉降检测系统
。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：本专利技术的铁路路基沉降检测系统，所述铁路路基沉降检测系统包括设在轨道一侧腕臂立柱2上的高清图像采集装置
6、
轨距测量装置
8、
嵌入式处理板卡
、
数据传输装置和电池模组，以及设在轨道另一例腕臂立柱2上的基准点3和设在轨道两侧枕木1上的目标点4，所述高清图像采集装置6用于采集所述基准点3和目标点4的图像并传输给嵌入式处理板卡，所述轨距测量装置8用于测量目标点4与高清图像采集装置6之间的距离并传输给嵌入式处理板卡，所述嵌入式处理板卡与所述数据传输装置连接
。
[0006]优选的，还包括固定架5和箱体9，所述固定架5固定在腕臂立柱2上，所述高清图像采集装置6和箱体9设在所述固定架5上，所述嵌入式处理板卡
、
数据传输装置和电池模组设在箱体9内部，所述轨距测量装置8设在箱体9外侧
。
[0007]所述高清图像采集装置6为相机，所述相机与嵌入式处理板卡连接，相机外部还设有补光灯7，所述补光灯7与嵌入式处理板卡连接
。
[0008]优选的，所述轨距测量装置8为激光测距仪，所述激光测距仪与所述嵌入式处理板卡连接
,
所述数据传输装置为
4G
天线设备，并通过
Lora
无线网络传输所述嵌入式处理板卡处理后的数据
。
[0009]优选的，所述电池模组为蓄电池，用于为所述高清图像采集装置
6、
轨距测量装置8和嵌入式处理板卡供电
。
[0010]优选的，所述目标点4通过支架设在枕木1上，所述基准点3和目标点4均为反光贴
。
[0011]铁路路基沉降检测系统的检测方法，用于检测铁路路基沉降检测系统5，包括以下步骤：
[0012]S1
：根据基准点3对高清图像采集装置
6、
轨距测量装置
8、
嵌入式处理板卡和数据
传输装置进行校正，并设置初始参数；
[0013]S2
：高清图像采集装置6按设定时间间隔采集目标点4的图像，同时轨距测量装置8测量高清图像采集装置6到目标点4之间的距离；
[0014]S3
：高清图像采集装置6和轨距测量装置8将采集到的数据传输给嵌入式处理板卡；
[0015]S4
：嵌入式处理板卡处理接收到的数据，并将处理结果通过数据传输装置发送到数据处理中心；
[0016]S5
：数据处理中心根据处理结果判断是否满足报警条件，如果是，输出报警信息
。
[0017]优选的，所述
S2
中，高清图像采集装置6采集目标点4图像的时间间隔为
10s。
[0018]优选的，所述
S4
中包括以下步骤：
[0019]S4
‑1：校正后，高清图像采集装置6在所采集到的图像中锁定目标点4，并根据轨距测量装置8和空间识别技术获取目标点4的所在位置；
[0020]S4
‑2：以初始采集图像为参考图像，在参考图像中以目标点4为中心框选矩形区域为参考图像子区，之后所采集到的图像为变形图像；
[0021]S4
‑3：实时接收高清图像采集装置6采集到的数据，获得变形图像，根据图像识别算法，计算参考图像子区与变形图像的位置信息和变形量
。
[0022]优选的，所述
S4
‑3中，所述图像识别算法包括以下步骤：
[0023]S4
‑3‑1：利用轨距测量装置8对高清图像采集装置6到每个目标点4中心的距离进行测量，对于每个已知距离的点，均能通过映射函数计算出该点相对于高清图像采集装置6的三维坐标，映射函数表达式如下：
[0024](x,y,z)
＝
f(u,v,d)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0025]式中，
(x,y,z)
为测量点相对于高清图像采集装置6的三维坐标，
u,v
为测量点在变形图像中的坐标，
d
为测量点到高清图像采集装置6的距离；选取在同一条竖直线上且相距一定距离的两个目标点4，设两个目标点4的中心在变形图像上的位置分别为：
(u1,v1)、(u2,v2)
，到高清图像采集装置6的距离分别为
d1、d2；
[0026]S4
‑3‑2：通过世界坐标计算方式计算两个目标点4相对于高清图像采集装置的三维坐标如下：
[0027](x1,y1,z1)
＝
f(u1,v1,d1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0028](x2,y2,z2)
＝
f(u2,v2,d2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
设定两个目标点的世界坐标系下的坐标为，
(x'1,y'1,z'1)、(x'2,y'2,z'2)
，基于目标点
(4)
的安装方式，限制条件如下：
[0029]x'1＝
x'2＝0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0030]z'1＝
z'2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0031]S4
‑3‑3：世界坐标系下坐标通过对高清图像采集装置6坐标系下坐标进行旋转得到，设定绕高清图像采集装置6坐标系中的
x,y,z
轴旋转的角度分别为
α
,
β
,
γ
，则目标点4从高清图像采集装置6的坐标系到世界坐标系转换的旋转矩阵如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
铁路路基沉降检测系统，其特征在于，所述铁路路基沉降检测系统包括设在轨道一侧腕臂立柱
(2)
上的高清图像采集装置
(6)、
轨距测量装置
(8)、
嵌入式处理板卡
、
数据传输装置和电池模组，以及设在轨道另一侧腕臂立柱
(2)
上的基准点
(3)
和设在轨道两侧枕木
(1)
上的目标点
(4)
，所述高清图像采集装置
(6)
用于采集所述基准点
(3)
和目标点
(4)
的图像并传输给嵌入式处理板卡，所述轨距测量装置
(8)
用于测量目标点
(4)
与高清图像采集装置
(6)
之间的距离并传输给嵌入式处理板卡，所述嵌入式处理板卡与所述数据传输装置连接
。2.
根据权利要求1所述的铁路路基沉降检测系统，其特征在于，还包括固定架
(5)
和箱体
(9)
，所述固定架
(5)
固定在腕臂立柱
(2)
上，所述高清图像采集装置
(6)
和箱体
(9)
设在所述固定架
(5)
上，所述嵌入式处理板卡
、
数据传输装置和电池模组设在箱体
(9)
内部，所述轨距测量装置
(8)
设在箱体
(9)
外侧
。3.
根据权利要求1所述的铁路路基沉降检测系统，其特征在于，所述高清图像采集装置
(6)
为相机，所述相机与嵌入式处理板卡连接，相机外部还设有补光灯
(7)
，所述补光灯
(7)
与嵌入式处理板卡连接
。4.
根据权利要求1所述的铁路路基沉降检测系统，其特征在于，所述轨距测量装置
(8)
为激光测距仪，所述激光测距仪与所述嵌入式处理板卡连接，所述数据传输装置为
4G
天线设备，并通过
Lora
无线网络传输所述嵌入式处理板卡处理后的数据
。5.
根据权利要求1所述的铁路路基沉降检测系统，其特征在于，所述电池模组为蓄电池，用于为所述高清图像采集装置
(6)、
轨距测量装置
(8)
和嵌入式处理板卡供电
。6.
根据权利要求1所述的铁路路基沉降检测系统，其特征在于，所述目标点
(4)
通过支架设在枕木
(1)
上，所述基准点
(3)
和目标点
(4)
均为反光贴
。7.
铁路路基沉降检测系统的检测方法，采用权利要求1‑6任意一项所述的铁路路基沉降检测系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：根据基准点
(3)
对高清图像采集装置
(6)、
轨距测量装置
(8)、
嵌入式处理板卡和数据传输装置进行校正，并设置初始参数；
S2
：高清图像采集装置
(6)
按设定时间间隔采集目标点
(4)
的图像，同时轨距测量装置
(8)
测量高清图像采集装置
(6)
到目标点
(4)
之间的距离；
S3
：高清图像采集装置
(6)
和轨距测量装置
(8)
将采集到的数据传输给嵌入式处理板卡；
S4
：嵌入式处理板卡处理接收到的数据，并将处理结果通过数据传输装置发送到数据处理中心；
S5
：数据处理中心根据处理结果判断是否满足报警条件，如果是，输出报警信息
。8.
根据权利要求7所述的铁路路基沉降检测系统的检测方法，其特征在于，所述
S2
中，高清图像采集装置
(6)
采集目标点
(4)
图像的时间间隔为
10s。9.
根据权利要求7所述的铁路路基沉降检测系统的检测方法，其特征在于，所述
S4
中包括以下步骤：
S4
‑1：校正后，高清图像采集装置
(6)
在所采集到的图像中锁定目标点
(4)
，并根据轨距测量装置
(8)
和空间识别技术获取目标点
(4)
的所在位置；
S4
‑2：以初始采集图像为参考图像，在参考图像中以目标点
(4)
为中心框选矩形区域为
参考图像子区，之后所采集到的图像为变形图像；
S4
‑3：实时接收高清图像采集装置
(6)
采集到的数据，获得变形图像，根据图像识别算法，计算参考图像子区与变形图像的位置信息和变形量
。10.
根据权利要求9所述的铁路路基沉降检测系统的检测方法，其特征在于，所述
S4
‑3中，所述图像识别算法包括以下步骤：
S4
‑3‑1：利用轨距测量装置
(8)
对高...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙洪茂，孙嘉璐，刘岩，刘涛，
申请(专利权)人：大连维德集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：