CN102173297B

CN102173297B - 铁路路轨位移量误差修正检测方法

Info

Publication number: CN102173297B
Application number: CN 201110037715
Authority: CN
Inventors: 韩宇; 高小群; 宫春勇
Original assignee: SHANDONG SHENPU TRAFFIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: CN102173297A

Abstract

一种铁路路轨位移量误差修正检测方法，主要涉及铁路路轨纵向位移的测量技术。图像识别装置按照修正的逻辑算法进行目标影像的误差修正，并在修正完成的条件下实现目标影像的在线匹配。克服了本申请人在先申请的基于图像模板匹配技术的测量铁路路轨位移量的方法由于拍摄分辨率和拍摄距离导致的铁路路轨位移量的测量误差，本图像识别装置利用误差修正的控制方法，能够实现各种恶劣天气环境下铁路路轨位移量的准确测量。

Description

铁路路轨位移量误差修正检测方法

技术领域

本发明涉及一种铁路路轨位移量误差修正检测方法，主要涉及铁路路轨纵向位移的测量技术。

背景技术

铁路轨道由于长期承受外界环境的影响，尤其是列车上下行区间的反复作用必定使铁路轨道产生纵向位移量，该位移量的测量和测量精度将直接关系到铁路的运行安全和维护问题。

本申请人申请的201010210223.2发明专利中公开了一种基于图像模板匹配技术的测量铁路路轨位移量的方法，该方法中图像识别装置将历史标柱影像与实时标柱影像进行匹配，获得标柱的位移量，并调整摄像头的拍摄仰角，依次拍摄上行线路和下行线路各根路轨上的路轨标记与历史路轨标记影像进行匹配，获得路轨标记中心的偏移量，最终图像识别装置根据标柱的位移量和路轨标记中心的偏移量，按照既定的算法确定铁路路轨的纵向位移量；但该方法未提及拍摄分辨率和拍摄距离对测量误差的影响，实用性优势被削弱。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种铁路路轨位移量误差修正检测方法，充分考虑拍摄分辨率和拍摄距离对于测量误差的影响，以提高铁路路轨纵向位移量的检测精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该铁路路轨位移量误差修正检测方法，其特征在于：图像识别装置按照修正的逻辑算法进行目标影像的误差修正，并在修正完成的条件下实现目标影像的在线匹配。

所述的图像识别装置包括摄像系统、定位系统和控制系统，摄像系统采用可控变焦摄像头，定位系统增设激光测距模块，控制系统增设目标影像误差修正的逻辑算法模块。

所述修正的逻辑算法具体步骤如下：

步骤1：图像识别装置进行模块内部各项参数的初始化操作，包括可控变焦摄像头和激光测距模块的软硬件初始化操作；

步骤2：图像识别装置中的可控变焦摄像头通过激光测距模块获取目标影像距离，并根据目标影像距离自动调节拍摄焦距Fc来保证成像比例；目标影像包括标柱和路轨标尺零点；拍摄焦距Fc的调节按照如下公式进行：

Fc＝β(F1+F2)；

F 1 = F_{h} (1 + \frac{2}{h} \sqrt{D_{2}^{2} + D_{3}^{2}})

F 2 = 2 \frac{F_{l}}{l} \sqrt{{(D_{4} - 0.5 h)}^{2} + D_{1}^{2}}

其中，β为焦距误差修正系数，且0＜β＜1；F_h为可控变焦摄像头底片高度，F_l为可控变焦摄像头底片长度，D₁为路轨的中心线与可控变焦摄像头在铁路路基平面上的投影之间的垂直距离；D₂为可控变焦摄像头在路轨的中心线方向投影点与路轨标尺上沿的垂直距离；D₃为可控变焦摄像头在路轨中心线上的投影距离；D₄为可控变焦摄像头在铁路路基平面上的投影距离；h为目标影像实际平面高度；l为目标影像实际平面长度。

步骤3：图像识别装置中的微处理模块根据成像比例和可控变焦摄像头的像素特征，按照修正的逻辑运算公式自动设定最佳目标影像分辨率；最佳目标影像分辨率的设定按照如下公式进行：

R_{r} = \frac{l \cdot Fc \cdot P_{r}}{ϵ \cdot (2 \sqrt{{[(l_{1} - l_{2} \cos α) - 0.5 h]}^{2} + D_{1}^{2}})};

R_{c} = \frac{h \cdot Fc \cdot P_{c}}{ϵ \cdot (h + 2 \sqrt{{[(l_{1} - l_{2} \cos α) - 0.5 h]}^{2} + D_{1}^{2}})};

其中，R_r为行分辨率，R_c为列分辨率，ε为预先设定的位移量允许误差量，P_r为预先设定的位移量允许误差量ε下所需要的最小行像素数，P_c为预先设定的位移量允许误差量ε下所需要的最小列像素数，l₁为可控调焦摄像头水平线距离铁路路基的垂直距离，l₂为可控变焦摄像头身长，α为可控变焦摄像头仰角。

图像识别装置综合以上条件按照本申请人在先申请已公开的申请号为201010210223.2专利中的控制策略进行目标影像的在线模板比对，以此确定铁路路轨纵向位移量。

与现有技术相比，本发明的铁路路轨位移量误差修正检测方法所具有的有益效果是：

克服了本申请人在先申请的基于图像模板匹配技术的测量铁路路轨位移量的方法由于拍摄分辨率和拍摄距离导致的铁路路轨位移量的测量误差，本图像识别装置利用误差修正的控制方法，能够实现各种恶劣天气环境下铁路路轨位移量的准确测量。

附图说明

图1为本发明修正的逻辑算法流程示意图；

图2为本发明实施例结构示意图。

其中：1为路轨 2为标柱 3为可控调焦摄像头 4为定位支架 5为定位基桩6为铁路路基 7为摄像头仰角 l₁为可控调焦摄像头水平线距离铁路路基的垂直距离l₂为可控变焦摄像头身长 D₁为路轨的中心线与可控变焦摄像头在铁路路基平面上的投影之间的垂直距离 D₂为可控变焦摄像头在路轨的中心线方向投影点与路轨标尺上沿的垂直距离 D₃为可控变焦摄像头在路轨中心线上的投影距离 D₄为可控变焦摄像头在铁路路基平面上的投影距离。

具体实施方式

下面结合图1-2对本发明铁路路轨位移量误差修正检测方法作进一步详细说明。

如图1所示为本发明修正的逻辑算法流程示意图，步骤如下：

步骤1，图像识别装置进行模块内部各项参数的初始化操作，包括可控变焦摄像头和激光测距模块的软硬件初始化操作；主要是激光测距模块的归零化，保证测距的精确性；

步骤2，图像识别装置中的可控变焦摄像头通过激光测距模块获取目标影像距离，并根据此距离自动调节拍摄焦距来保证成像比例；目标影像包括标柱和路轨标尺零点；拍摄焦距Fc的调节按照如下公式进行：

Fc＝β(F1+F2)；

F 1 = F_{h} (1 + \frac{2}{h} \sqrt{D_{2}^{2} + D_{3}^{2}})

F 2 = 2 \frac{F_{l}}{l} \sqrt{{(D_{4} - 0.5 h)}^{2} + D_{1}^{2}}

其中，β为焦距误差修正系数，且0＜β＜1；F_h为可控变焦摄像头底片高度，F_l为可控变焦摄像头底片长度，D₁为路轨的中心线与可控变焦摄像头在铁路路基平面上的投影之间的垂直距离；D₂为可控变焦摄像头在路轨的中心线方向投影点与路轨标尺上沿的垂直距离；D₃为可控变焦摄像头在路轨中心线上的投影距离；D₄为可控变焦摄像头在铁路路基平面上的投影距离；h为目标影像实际平面高度；l为目标影像实际平面长度。所有投影距离均通过激光测距模块获得；

步骤3，图像识别装置中的微处理模块根据成像比例和可控变焦摄像头的像素特征，按照修正的逻辑运算公式自动设定最佳目标影像分辨率；最佳目标影像分辨率的设定按照如下公式进行：

R_{r} = \frac{l \cdot Fc \cdot P_{r}}{ϵ \cdot (2 \sqrt{{[(l_{1} - l_{2} \cos α) - 0.5 h]}^{2} + D_{1}^{2}})};

R_{c} = \frac{h \cdot Fc \cdot P_{c}}{ϵ \cdot (h + 2 \sqrt{{[(l_{1} - l_{2} \cos α) - 0.5 h]}^{2} + D_{1}^{2}})};

其中，R_r为行分辨率，R_c为列分辨率，ε为预先设定的位移量允许误差量，P_r为预先设定的位移量允许误差量ε下所需要的最小行像素数，P_c为预先设定的位移量允许误差量ε下所需要的最小列像素数，l₁为可控调焦摄像头水平线距离铁路路基的垂直距离，l₂为可控变焦摄像头身长，α为可控变焦摄像头仰角；

步骤4，图像识别装置综合以上条件按照本申请人在先申请的且已公开的专利申请号为201010210223.2中的控制策略进行目标影像的在线模板比对，以此确定铁路路轨纵向位移量。

实施例：

如图2所示，设摄像头为500W像素，底片尺寸指标为2.0*0.5mm，D₁＝1500mm，可控变焦摄像头水平线距铁路路基的距离l₁为1000mm，可控变焦摄像头仰角为30度，路轨标尺实际长度l为200mm，实际高度h为50mm，可控变焦摄像头身长l₂为200mm，焦距误差修正系数β为0.5，D₂为800mm，则根据修正的逻辑算法调焦公式

Fc＝β(F1+F2)；

F 1 = F_{h} (1 + \frac{2}{h} \sqrt{D_{2}^{2} + D_{3}^{2}})

F 2 = 2 \frac{F_{l}}{l} \sqrt{{(D_{4} - 0.5 h)}^{2} + D_{1}^{2}}

可得调节焦距Fc为35mm；根据此焦距，设位移测量允许的最小误差ε为0.05mm，此允许误差量ε下所需要的最小行像素数P_r为40，此允许误差量ε下所需要的最小列像素数P_c为120，则图像识别装置中的微处理模块根据成像比例和可控变焦摄像头的像素特征，按照修正的逻辑运算公式

R_{r} = \frac{l \cdot Fc \cdot P_{r}}{ϵ \cdot (2 \sqrt{{[(l_{1} - l_{2} \cos α) - 0.5 h]}^{2} + D_{1}^{2}})};

R_{c} = \frac{h \cdot Fc \cdot P_{c}}{ϵ \cdot (h + 2 \sqrt{{[(l_{1} - l_{2} \cos α) - 0.5 h]}^{2} + D_{1}^{2}})}

得设定的最佳分辨率为R_r＝1600，R_c＝1200。

图像识别装置中的摄像系统自动设定拍摄分辨率为此最佳分辨率(R_r×R_c)，进行当前路轨标尺影像的拍摄，并根据本申请人在先申请的且已公开的专利申请号为201010210223.2中的控制策略进行目标影像的在线模板比对，以此确定铁路路轨纵向位移量，据此算出的路轨位移量误差由实施例可知最大为0.05mm，提高了测量精度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种铁路路轨位移量误差修正检测方法，图像识别装置按照修正的逻辑算法进行目标影像的误差修正，并在修正完成的条件下实现目标影像的在线匹配；

所述的图像识别装置包括摄像系统、定位系统和控制系统，摄像系统采用可控变焦摄像头，定位系统增设激光测距模块，控制系统增设目标影像误差修正的逻辑算法模块；

其特征在于：具体步骤如下：

Fc＝β(F1+F2)；

F 1 = F_{h} (1 + \frac{2}{h} \sqrt{D_{2}^{2} + D_{3}^{2}})

F 2 = 2 \frac{F_{l}}{l} \sqrt{{(D_{4} - 0.5 h)}^{2} + D_{1}^{2}}

其中，β为焦距误差修正系数，且0＜β＜1；F_h为可控变焦摄像头底片高度，F_l为可控变焦摄像头底片长度，D₁为路轨的中心线与可控变焦摄像头在铁路路基平面上的投影之间的垂直距离；D₂为可控变焦摄像头在路轨的中心线方向投影点与路轨标尺上沿的垂直距离；D₃为可控变焦摄像头在路轨中心线上的投影距离；D₄为可控变焦摄像头在铁路路基平面上的投影距离；h为目标影像实际平面高度；l为目标影像实际平面长度；

R_{r} = \frac{l \cdot Fc \cdot P_{r}}{ϵ \cdot (2 \sqrt{{[(l_{1} - l_{2} \cos α) - 0.5 h]}^{2} + D_{1}^{2}})};

R_{c} = \frac{h \cdot Fc \cdot P_{c}}{ϵ \cdot (h + 2 \sqrt{{[(l_{1} - l_{2} \cos α) - 0.5 h]}^{2} + D_{1}^{2}})};