CN102285361A - 一种轨距测量车 - Google Patents

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柴晓冬
郑树彬
李立明
安小雪
徐晓伟
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Abstract

本发明提供一种轨距测量车，包括车厢，成像底部设置有在铁轨上运行的车轮，车厢内设置有座椅、工作台和用来驱动车轮运转的驱动机构，车厢内还设置有电控箱、尾部设置有油箱，车厢尾部下方设置有一相机安装支架，该支架上设置有背对的两组CCD摄像机，每组包含两个间隔开的CCD摄像机，在两个间隔开的CCD摄像机之间各设置有一个扇形激光器，每组CCD摄像机具有共同的视场，两组CCD摄像机没有共同的视场，分别朝向不同的铁轨，两组CCD摄像机拍摄的数据发送给所述工作台上的中央处理器，计算轨距。本发明具有精度高的优点。

Description

一种轨距测量车
技术领域
本发明涉及到轨距测量领域，具体涉及到一种可以测量铁轨间距的轨距测量车。
背景技术
轨距不平顺会导致车轮掉道或卡轨，及时轨距尚未扩大到会使车轮掉道的程度，由于斜度较大的车轮踏面将使钢轨遭受额外增加的水平推力，因此如果车轮踏面的大坡度段进入轨顶内侧圆弧以内也应当避免。短距离内轨距变化剧烈，表明存在严重的方向不平顺，当然也会影响列车安全，因此轨距参数是轨道监测中必不可少的监测项目。
长期以来，对轨距等不平顺参数的监测都采用手工测量的方法。然而国际上在70年代末开始对钢轨轨距的自动测量系统的研究，特别是日本、德国等发达国家在80年代前后开始利用计算机视觉测量技术进行钢轨监测，但是受制于计算机硬件和计算机图像处理技术的限制，并没有很好解决这类问题。我国在90年代开始这个项目的研究，其中第四代轨检车采用了光电传感和伺服机构进行测量，其主要缺点是由于现藏震动的原因，伺服机构容易损坏。
随着计算机图像处理技术的发展，由线光源、图像采集系统和数据处理系统几部分构成的自动监测系统已经被研制出来，如何利用机器视觉技术达到提高轨道监测精度，是业内共同研究的方向。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种轨距测量车，以解决现有技术的测量方法，测量不精确的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种轨距测量车，包括车厢，车厢底部设置有在铁轨上运行的车轮，车厢内设置有座椅、工作台和用来驱动车轮运转的驱动机构，车厢内还设置有电控箱、尾部设置有油箱，车厢尾部下方设置有一相机安装支架，该支架上设置有背对的两组CCD摄像机，每组包含两个间隔开的CCD摄像机，在两个间隔开的CCD摄像机之间各设置有一个扇形激光器，每组CCD摄像机具有共同的视场，两组CCD摄像机没有共同的视场，分别朝向不同的铁轨，两组CCD摄像机拍摄的数据发送给所述工作台上的中央处理器，计算轨距。
依照本发明较佳实施例所述的轨距测量车，还包括激光雕刻得到的标定板，在该标定板上选择空间坐标是已知的角点，得到每个角点的像素坐标，进行单个CCD摄像机进行标定得到摄像机的内外参数。
依照本发明较佳实施例所述的轨距测量车，所述中央处理器通过对应的变换矩阵可以得到2个CCD摄像机的相对关系矩阵。
依照本发明较佳实施例所述的轨距测量车，所述中央处理器通过变换矩阵得到4个CCD摄像机的任意2个的相对位置关系矩阵。
依照本发明较佳实施例所述的轨距测量车，所述中央处理器将空间坐标的原点选择建立在标定板上。
依照本发明较佳实施例所述的轨距测量车，所述的4个CCD摄像机构成两组没有公共视场的双目系统，通过变换关系矩阵计算可以得到2个摄像机的位置关系矩阵。
依照本发明较佳实施例所述的轨距测量车，所述中央处理器通过空间重建我们得到每一边的1点的空间坐标，再通过两边双目系统的位置关系矩阵，我们就建立起来两边2个点的空间位置关系，从而得到我们关心的轨距。
由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：
第一、本发明提供的轨距测量车，利用两组背对式的双目视觉成像系统，配合世界坐标中的坐标，计算两个铁轨之间的间距，可以提高精度和准确性。
附图说明
图1是本发明提供的轨距测量车的示意图；
图2是本发明中的相机安装支架的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。
如图1所示，本发明提供的轨距测量车一种轨距测量车，包括车厢10，车厢10底部设置有在铁轨上运行的车轮11，车厢10内设置有座椅12、工作台17和用来驱动车轮运转的驱动机构13，车厢10内还设置有电控箱14、尾部设置有油箱15，车厢尾部下方设置有一相机安装支架16。
请同时参考图2,支架16上设置有背对的两组CCD摄像机，每组包含两个间隔开的CCD摄像机，在两个间隔开的CCD摄像机之间各设置有一个扇形激光器，每组CCD摄像机具有共同的视场，两组CCD摄像机没有共同的视场，分别朝向不同的铁轨，两组CCD摄像机拍摄的数据发送给所述工作台17上的中央处理器，计算轨距。
轨距测量车包括激光雕刻得到的标定板，中央处理器将空间坐标的原点选择建立在标定板上。在该标定板上选择空间坐标是已知的角点，得到每个角点的像素坐标，进行单个CCD摄像机进行标定得到摄像机的内外参数，中央处理器通过对应的变换矩阵可以得到2个CCD摄像机的相对关系矩阵，进一步得到中央处理器通过变换矩阵得到4个CCD摄像机的任意2个的相对位置关系矩阵。
所述的4个CCD摄像机构成两组没有公共视场的双目系统，通过变换关系矩阵计算可以得到2个摄像机的位置关系矩阵，中央处理器通过空间重建我们得到每一边的1点的空间坐标，再通过两边双目系统的位置关系矩阵，我们就建立起来两边2个点的空间位置关系，从而得到我们关心的轨距。
如图2所示，在左右钢轨内侧安装扇形激光光源1和2，扇形激光光源1和2垂直照射在钢轨上，在钢轨内侧形成一个钢轨半断面轮廓，分别由左右两侧交汇式双目立体视觉系统四个CCD摄像机C1、C2、C3、C4来扑捉钢轨断面光带图像，通过图像分析、匹配和立体视觉算法获得左右钢轨顶部一下16mm处的空间坐标（轨距点）。由双目视觉系统理论可知，对于左侧双目视觉系统CCD摄像机C1、C2，假设摄像机已定标，则可知摄像机C1、C2的内部参数A1和A2，以及他们之间的几何关系R1,2和T1,2，将双目视觉系统的世界坐标系固定于摄像机C1的光心上，则他们的投影矩阵分别为M1=A1I=A1（I为单位矩阵），M2=A2[R1,2T1,2],投影关系可由公式（1-1）和（1-2）表示。
Figure 885342DEST_PATH_IMAGE001
其中，zc1、zc2为空间点在摄像机坐标中分量，在计算时可消去，(u1,v1)和(u2,v2)为轨距点p1分别在摄像机C1和C2所拍摄图像中的图像坐标，可通过图像分析匹配得到，（ x wl  , y wl , z w l   ）为P1的空间坐标，由立体视觉三维重建理论可知，可通过公式1-1和1-2求得，同理，对于右侧双目视觉系统（由CCD摄像机C3和C4构成），另世界坐标系固定于摄像头C3的光心上，可求出右侧钢轨轨距点Pr的空间坐标（x wr  , y wr  , z  wr ）。另外，通过定标的方式，还可由求出CCD摄像机C1和C3之间的集合关系R1，3和 T1，3，因此可由将Pl和 Pr的空间坐标（ x wl  , y wl , z w l   ）（x wr  , y wr  , z  wr ）映射到同一世界坐标下。通过空间距离公式可求得轨迹点Pl和 Pr之间的距离，即为所要求的轨距值。
发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种轨距测量车，其特征在于，包括车厢，车厢底部设置有在铁轨上运行的车轮，车厢内设置有座椅、工作台和用来驱动车轮运转的驱动机构，车厢内还设置有电控箱、尾部设置有油箱，车厢尾部下方设置有一相机安装支架，该支架上设置有背对的两组CCD摄像机，每组包含两个间隔开的CCD摄像机，在两个间隔开的CCD摄像机之间各设置有一个扇形激光器，每组CCD摄像机具有共同的视场，两组CCD摄像机没有共同的视场，分别朝向不同的铁轨，两组CCD摄像机拍摄的数据发送给所述工作台上的中央处理器，计算轨距。
2.如权利要求1所述的轨距测量车，其特征在于，还包括激光雕刻得到的标定板，在该标定板上选择空间坐标是已知的角点，得到每个角点的像素坐标，进行单个CCD摄像机进行标定得到摄像机的内外参数。
3.如权利要求1所述的轨距测量车，其特征在于，所述中央处理器通过对应的变换矩阵可以得到2个CCD摄像机的相对关系矩阵。
4.如权利要求3所述的轨距测量车，其特征在于，所述中央处理器通过变换矩阵得到4个CCD摄像机的任意2个的相对位置关系矩阵。
5.如权利要求2所述的轨距测量车，其特征在于，所述中央处理器将空间坐标的原点选择建立在标定板上。
6.如权利要求1所述的轨距测量车，其特征在于，所述的4个CCD摄像机构成两组没有公共视场的双目系统，通过变换关系矩阵计算可以得到2个摄像机的位置关系矩阵。
7.如权利要求1所述的轨距测量车，其特征在于，所述中央处理器通过空间重建我们得到每一边的1点的空间坐标，再通过两边双目系统的位置关系矩阵，我们就建立起来两边2个点的空间位置关系，从而得到轨距。
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