CN104349963A - 铁路设施同步监视系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过对沿相同的线路移动的列车的移动位置的准确的测量，在利用由设置于列车的激光发生器、三维坐标获取用摄像头、用于测量列车的振动等的车辆装置构成的监视装置反复积累对铁道、电车线及隧道构筑物的测量数据并对该数据进行处理的同时，监视上述铁路设施的系统。本发明提供一种铁路设施监视系统，包括：激光发生器200，具备在列车上；摄像头100，与上述激光发生器联动工作，可监视铁路设施并获取测量的影像信息数据；三维影像信息变换装置110，利用从上述激光发生器和摄像头获取的影像信息数据变换为三维影像信息；位置确认部300，确认作为测量对象的铁路设施的位置；信号处理装置400，发出上述激光发生器或/及摄像头的启动命令；综合数据处理装置500，加工、分析、解释或保存从上述影像信息数据、三维影像信息或位置确认部传送的数据。另外，提供一种铁路设施监视系统，其特征在于：上述位置确认部，包括：感测列车的移动的动态行动检测装置310、测量列车的移动位置的距离测量传感器320、速度测量装置330、高速精密时钟340及处理从上述装置或传感器传送获得的信息的信息处理装置350。另外，提供一种铁路设施监视系统，其特征在于：通过上述激光发生器200及摄像头100获取影像信息的铁路设施为铁道、电车线、枕木或隧道构筑物中的一种以上。另外，提供一种铁路设施监视系统，其特征在于：对位置确认部测量的距离信息及根据该距离信息的一定区间的铁路设置的影像信息进行数据采集（DAQ）。
Description
技术领域
本发明涉及将沿线路移动的列车的动态特性和对铁路设施的监视数据与一定的移动距离同步进行监视的铁路监视系统，尤其涉及在利用由设置于列车的激光发生器、三维坐标获取用摄像头、用于测量列车的振动等的车辆装置构成的监视装置反复积累对铁道、电车线及隧道构筑物的测量数据并对该数据进行处理的同时，监视上述铁路设施的系统。
背景技术
对于地铁及行驶在铁道上的列车，考虑到列车脱轨的危险，需对铁道、电车线随时进行安全监视，但因长的行驶距离和短暂的停驶检查时间难以进行完全的安全检查，从而需要新的检验方法。另外，对于行驶在地下隧道的地铁，老化的隧道构筑物成为重要的安全检查项目。但老化的隧道的裂缝难以被发现。因此，需要可对上述铁路设施随时进行安全检查的方法。另外，即使测得对主要位置的数据，若不能达到对测量位置的同步，则难以进行对基准线的数据的比较及分析。
对铁道、电车线及隧道构筑物的检查，只有在相同的测量位置获取数据才能进行对基准线的严格的比较。即铁道的细微变化可通过持续比较相同数据确认其差异，但如果位置不固定，则难以通过数据比较确认变化的差异。但是，现有技术有为确认列车的位置而累加相对于车轮的旋转速度的距离进行推算的方法、通过加速度传感器的积分推算距离的方法及通过影像确认位置的方法等，但这导致使用者的不便。因此，经常发生误差，而为解除这些累积误差，采用停车后进行初始化的方法。
不固定的数据的测量，对确认隧道的构筑物的变化(产生裂缝、部分降落物等)等确认大致位置的情况，其距离误差的影响较小，但对于铁道或电车线等，当产生细微的变化时，距离误差将对安全维护作业产生严重的影响。
另外，对于利用广泛用作的测量装置的摄像头的影像处理，需为获取影像提供高的光亮，而对于铁道等金属表面，需补正由反射产生的散射影响。另外，利用激光的扫描方法，在低速下可进行有效的检测，但对于高速移动有速度限制。
现有技术有注册专利10-1111569号(“利用轨道车辆的铁路设施监视系统及方法”，下称“先行技术”)，其提供一种铁路设施监视系统，其特征在于，包括：信息获取装置，在轨道车辆上安装监视摄像头并移动以获取并保存隧道构筑物、轨道及电车线影像，而且，保存通过安装在轨道车辆的传感器部搜集到的噪音及振动数据；服务器部，传送得到信息获取装置搜集到的数据保存于数据库，并将保存于数据库的影像及搜集数据提供给监控室终端以进行检查。
但是，上述先行技术对铁道、电车线、枕木及隧道构筑物的相同测量位置的同步不完全。尤其是，对于铁道、电车线等需要准确的距离测量的重要项目，仍然不能解决距离误差问题。
另外，摄像头的影像不考虑列车的速度和移动距离进行拍摄，因此，相同影像的重复降低保存效率，而且，增加安全交叉所需时间。
发明内容
但是，需解决上述先行技术中存在的问题，即对移动距离的同步问题。
本发明的目的在于提供一种安全检查监视装置，其为进行对铁道、电车线、枕木及隧道构筑物的安全检查，包括在以一定以上速度行驶的列车上设置多个带状激光发生器和图像处理器以提供三维坐标的摄像头及确认列车的振动等的测量装置。
本发明的另一目的在于提供一种安全检查监视装置，其为控制主要测量项目始终位于相同的位置，以因滑动多少存在误差的车轮的旋转速度作为参考数据，而测量使用固定设置于枕木的位置同步测量位置，从而提供对测量对象的非常准确的测量位置。
本发明的又一目的在于提供一种安全检查监视装置，其不仅在列车高速行驶时，而且还在列车低速行驶时，也可获取对测量对象的准确位置，以提供准确的测量位置，从而提高对安全检查数据的可靠性。
本发明的上述目的是这样实现的：
提供一种铁路设施监视系统，包括：激光发生器200，具备在列车上；摄像头100，与上述激光发生器联动工作，可监视铁路设施并获取测量的影像信息数据；三维影像信息变换装置110，利用从上述激光发生器和摄像头获取的影像信息数据变换为三维影像信息；位置确认部300，确认作为测量对象的铁路设施的位置；信号处理装置400，发出上述激光发生器或/及摄像头的启动命令；综合数据处理装置500，加工、分析、解释或保存从上述影像信息数据、三维影像信息或位置确认部传送的数据。
另外，提供一种铁路设施监视系统，其特征在于：上述位置确认部，包括：感测列车的移动的动态行动检测装置310、测量列车的移动位置的距离测量传感器320、速度测量装置330、高速精密时钟340及处理从上述装置或传感器传送获得的信息的信息处理装置350。
另外，提供一种铁路设施监视系统，其特征在于：通过上述激光发生器200及摄像头100获取影像信息的铁路设施为铁道、电车线、枕木或隧道构筑物中的一种以上。
另外，提供一种铁路设施监视系统，其特征在于：对位置确认部测量的距离信息及根据该距离信息的一定区间的铁路设置的影像信息进行数据采集(DAQ)。
本发明的位置确认部具有测量铁道、电车线、枕木或/及隧道构筑物的准确位置的作用，因此，较之现有技术，本发明的铁路设施监视系统所获取的数据的准确性和可靠性得到显著提高。
尤其是，对于铁道、电车线等也几乎不发生误差，从而显著提高数据的准确性。
另外，本发明可在固定的测量位置积累数据，从而可为铁路设施的安全检查构建有效的比较数据，提高设施管理的效率。
另外，本发明可随时进行检查，从而将检查所需的时间用于维护，增加的安全的维护时间。与此同时，数据的积累以三维影像信息数据的方式提供并变得形象化，从而较之现有的根据单纯摄像头影像的资料积累，显著提高数据保存及加工性。
附图说明
图1为本发明的铁路设施监视系统结构图；
图2为本发明的位置确认部的结构概念图；
图3为设置于列车的激光发生器及摄像头示意图；
图4为对区划的隧道构筑物的激光发生器及摄像头安装概念图。
符号标记
100：摄像头 200：激光发生器
110：三维影像信息变换装置 300：位置确认部
310：动态行动检测装置 320：距离测量传感器
321：激光发生器 322：计数器
323：传送装置 330：速度测量装置
340：高速精密时钟 350：信息处理装置
400：信号处理装置 500：综合数据处理装置
具体实施方式
下面，通过实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供一种铁路设施监视系统，包括：激光发生器200，具备在列车上；摄像头100，与上述激光发生器联动工作，可监视铁路设施并获取测量的影像信息数据；三维影像信息变换装置110，利用从上述激光发生器和摄像头获取的影像信息数据变换为三维影像信息；位置确认部300，确认作为测量对象的铁路设施的位置；信号处理装置400，发出上述激光发生器或/及摄像头的启动命令；及综合数据处理装置500，加工、分析、解释或保存从上述影像信息数据、三维影像信息或位置确认部传送的数据。
本发明涉及在行驶的列车上监视并测量铁路设施的瑕疵的装置，因此，为对铁路设施的持续管理，准确检测当前测量的铁路社二十的位置并积累相应的数据信息是重点。
在本发明中，铁路设施是指铁道、电车线、枕木或隧道构筑物等。
因此，本发明的最大的技术特征是为检测铁路设施的准确位置而具备位置确认部300。如在现有技术中存在的问题中提及的那样，最重要的是沿铁路所处的铁路设施的准确位置，而检测铁路设施的同一性是最大的问题。因此，在铁道或电车线等发生细微的变化，则距离误差将成为降低数据可靠性的原因。
但是，本发明的位置确认部起到在行驶的列车上也能利用对速度和距离等的各种测量系数准确检测铁道、电车线、枕木或/及隧道构筑物的位置的作用。
因此，位置确认部的功能包括将作为用于启动获取对上述铁路设施中隧道构筑物的影像信息的激光发生器及摄像头的信息的距离信息提供给信号处理装置的功能，或准确检测对铁路设施，即铁道、电车线、隧道构筑物的影像信息的准确位置的功能。
本发明的位置确认部300包括感测列车的移动的动态行动检测装置310、测量列车的移动位置的距离测量传感器320、速度测量装置330、高速精密时钟340及处理从上述装置或传感器传送获得的信息的MCU(MicroController Unit)、CPU(central prosessing unit)或信息处理装置350。
如上所述，不固定的数据的测量，对确认隧道的构筑物的变化(产生裂缝、部分降落物等)等确认大致位置的情况，其距离误差的影响较小，但对于铁道或电车线等，当产生细微的变化时，距离误差将成为降低数据的可靠性的原因。
本发明的位置确认部不仅可准确检测隧道构筑物的位置，而且，还可非常准确地检测铁道、电车线等位置。
在本发明中，动态行动测量装置是指检测列车的移动与否的手段或装置，可使用通常测量加速度等的装置或编码器(encoder)。
动态行动测量装置310起到在列车停止时决定是否启动距离测量传感器的作用。即具备在列车停止时停止距离测量传感器的工作，而在列车移动时重新启动距离测量传感器的功能。
在本发明中，距离测量传感器320的技术特征是以与现有方式完全不同的方式测量距离。
本发明的距离测量传感器利用激光测量距离。
因此，距离测量传感器320包括激光发生器321、获取上述激光发生器的反射光计算枕木的数量的计数器322及传送从计数器获取的计数信息的传送装置323。
本发明的距离测量传感器通过计数器利用激光的反射光计算从列车的出发点(例如首尔站)到沿着铁路所处的某个特定铁路设施(例如隧道构筑物)的枕木的数量。
这样计算出的枕木的数量乘以枕木间的间距即可算得从出发点到隧道构筑物的距离。
例如，枕木间的间距为100cm，而测得的枕木数量为100,000个，则可准确测得隧道构筑物位于距首尔站100km的地点。
另外，通过这样的方式，可准确测得特定地点的铁道、电车线或枕木的位置。
各铁路设施的位置从基准点已设，这样利用上述距离测量传感器通过计算枕木的数量确认某特定铁路设施是否在相应的位置。
当然，在此情况下，需事先将基准点及某铁路设施的位置以已设值数据化保存于上述信息处理装置340，才能使用该数据。
在本发明中，通过上述距离测量传感器的位置计算有可能产生误差，因此，利用通过上述速度测量装置330算得的速度和时间提供可补正该准确位置的信息。
本发明的速度测量装置是指通过计测列车的车轮测量速度的机械式或电子式速度测量装置。可使用通常使用的转速计。
将转速计每一刻测量的速度数字信息化加以利用，而且，利用通过高速精密时钟340测得准确的时间的关系计算从基准点的距离。
即如上所述，测量从某个基准点(例如首尔站)出发的列车的速度并积分运算该车速与高速精密时钟测得的时间的关系，即可推算从首尔站的距离。
因距离时速度*时间，因此，每一刻的速度可利用时间的积分函数求得。上述积分运算由上述信息处理装置350来完成。
积分运算功能可通过搭载于信息处理装置的应用程序实现。
当然，在此情况下，通过将上述动态行动测量装置提供的列车移动与否的信息用于与高速精密时钟提供的时间信息的关系，从而在列车停止时不计算距离。另外，因在列车停止时速度为0(zere)，同样不计算距离。
本发明可更准确地测量通过如上所述的距离测量传感器和速度测量装置算得的某特定铁路设施的位置进行同步。
因此，如上所述，可根据距离测量传感器测的测量数据，准确检测通过上述激光发生器及与之联动的摄像头获取的影像信息或三维影像信息的对象铁路设施(铁道、电车线、隧道构筑物、枕木等)位置。
即距离测量传感器预测的距离和速度测量装置预测的距离有可能存在差异，因此，可通过定义对该两种距离测量值的关系获得准确的位置。
因此，在上述信息处理装置中定义使用者预先设置的关于距离测量传感器及速度测量装置所获取的距离信息的关系，向下述信号处理装置提供启动信号信息。
例如，本发明的距离测量传感器测量的距离，因为是要计算枕木的数量才可以完成测量，因此可测得非常准确的距离。因此，对上述激光发生器及摄像头获取的影像信息的距离以上述距离测量传感器为准测得位置。
但是，因某些原因，例如枕木的灭失等原因距离测量发生误差时，将通过上述速度测量装置获取的距离信息作为辅助距离信息保存，从而可进行相互比较。
因此，具有可参考速度测量装置获取的辅助距离信息准确计算对象铁路设施的距离的功能。
尤其是，在监视位于铁道上的特定位置的隧道构筑物时，以距离测量传感器的距离信息为准，但因如上所述的原因，将与速度测量装置测得的距离之间的差异的中间点设置为激光发生器及摄像头启动的起点，从而当检测到该中间点时，向信号处理装置传送启动信号信息。
另外，如上所述的对特定铁路设施(例如隧道构筑物)的距离测量传感器测得距离信息和速度测量装置测得的距离信息了累积。
这样累积的距离测量传感器测得距离信息和速度测量装置测得的距离信息可帮助更准确地测得该特定监视对象铁路设施的位置，而且，可用作实现对监视对象铁路设施的距离的同步的信息。
因此，更准确地测得该特定监视对象铁路设施的位置，以获得激光发生器的信息及摄像头的影像信息。
当然，上例只是一个实施例，可根据使用者的意思及要求以任意方式预先设置距离测量传感器测得距离信息和速度测量装置测得的距离信息实现同步。
如将要说明的内容，上述距离测量传感器及速度测量装置获取的距离信息提供至信号处理装置400或提供至综合数据处理装置500。
因此，如上所述，位置确认部的距离测量传感器及速度测量装置获取的距离信息传送至信号处理装置，而信号处理装置通过利用该距离信息的信息向激光发生器或/及摄像头发送启动信号。
与此同时，在综合数据处理装置中用作测得铁路设施的位置的信息。
在本发明中，信号处理装置400是指向激光发生器及/或摄像头提供对隧道构筑物的启动信号的装置或手段。
因此，信号处理装置利用从上述位置确认部300传送得到的启动信号信息启动用于监视隧道构筑物的激光发生器及/或摄像头的运行。即启动对隧道构筑物的激光扫描仪及/或摄像头。
在本发明中，上述隧道构筑物之外的铁路设施是需随时检查的项目，因此，需持续获取通过激光发生器及摄像头的影像信息。
但是，因隧道构筑物位于铁道上的一定地点，因此，对隧道构筑物只需在该地点获取影像信息即可。
如上所述，从上述位置确认部准确测得某特定隧道构筑物的位置，从而通过激光及摄像头获取对该隧道构筑物的缺陷存在与否。
在本发明中，激光发生器200是指产生向物体照射并利用反射光确认物体的形状、裂缝、槽等的激光的通常的装置或手段。
因此，在本发明中，可利用通常的激光，但较佳地，使用可产生带状激光的带状激光发生器。
在本发明中，摄像头100是指包括通常的获取影像信息的装置或手段的全部装置或手段。
因此，本发明摄像头可获取从上述激光发生器反射的影像信息。
这样通过激光发生器及与之联动的摄像头获取的影像信息，如将要说明的内容那样，通过三维影像变换装置加工成三维影像信息，而该三维影像信息传送至上述综合数据处理装置。
另外，未变换为上述三维影像信息的影像信息也可以传送至上述综合数据处理装置。
在本发明中，通过激光发生器及与之联动的摄像头获取影像信息并利用该影像信息变换为三维影像的装置，可通过通常使用的可加工成三维影像信息的装置或手段实现。
因此，本发明通过设置于行驶的列车上的激光发生器及与之联动的摄像头获取对铁路设施的影像信息，并利用通过上述三维影像变换装置加工的三维影像信息读取铁路设施存在缺陷与否。
即由摄像头获取设置于列车的激光发生器产生的带状激光打到铁路设施反射的影像信息，而综合这样继续获取的影像信息即可形成三维影像信息。
上述三维影像信息为对存在于特定位置的铁路设施的影像信息。
在本发明中，三维影像变换装置的一例如下：
但下述实施例只是三维影响变换装置的一例而非限制，而利用激光及摄像头变换三维影像的装置都包含于本发明的技术内容中。
三维影响变换装置包括处理及分析从激光发生器及与之联动的摄像头获取的影像信息的中央处理装置和内存，而上述中央处理装置可包括用于提取影像信息的坐标的坐标提取部及异常部分检查部或追加观察判别部。
在本发明中，三维影像变化装置的另一实施例的结构可采用如注册专利10-0898601所公开的方法的利用通过激光发生器(激光扫描仪)和摄像头获取的影像信息变换为三维影像的结构。(在此，激光扫描仪可视为与本发明的激光发生器相同的概念)
包括用于处理及分析从激光发生器及摄像头获取的影像信息的中央处理装置及内存，而上述中央处理装置可包括利用通过激光发生器测得的数据提取拍摄地点特性及坐标的激光发生器控制部，及将上述坐标值传送给摄像头且使摄像头拍摄对应的坐标获取影像信息的摄像头控制部。
上述三维影像变换装置在列车向隧道的轴方向移动时，将激光发生器检测到的测量数据传送给激光发生器控制部，而上述激光发生器控制部利用获取的测量数据提取拍摄地点特性及坐标，并判定异常或追加观察与否将该坐标值传送至摄像头驱动控制部。
上述摄像头驱动控制部将通过激光发生器控制部获得的坐标值传递至摄像头，而摄像头拍摄相应坐标的影像获取影像数据，由此摄像头获取对上述坐标的影响。
通过上述装置利用激光发生器的测量数据和摄像头的影像信息获取三维影像信息。
这样利用激光发生器及摄像头的影像信息变换为三维影像的三维影像变换装置，可一体形成于上述综合数据处理装置或单独设置。
如图3所示，在本发明中，激光发生器具备于列车并设置为照向铁道、电车线、枕木或隧道构筑物中的一个以上。
另外，与激光发生器联动的上述摄像头也设置为拍摄铁道、电车线、枕木或隧道构筑物中的一个以上。
因此，通常激光发生器和摄像头在铁道上设置两个，在电车线上设置一个，在枕木上设置一个，但非限制。
在此，具备于枕木的激光发生器可兼具计算上述枕木的数量的激光发生器的功能。
如图4所示，考虑到隧道呈圆筒形状，对隧道构筑物的激光发生器区划隧道(I、Ⅱ等)并计算激光发生器的数量以使激光照射区划的隧道部分。
另外，与上述激光发生器联动的摄像头可具备与激光发生器相同的数量。
与此同时，在本发明中，对隧道构筑物的激光发生器及摄像头可具备测量方向变更装置，以改变激光发生方向及拍摄位置。
如上所述，本发明的摄像头具备于列车，且为获取上述激光发生器提供的信息，设置于可拍摄铁道、电车线、枕木或隧道构筑物中的一种以上的位置。
这样由激光发生器及与之联动的摄像头获取的对铁道、电车线、枕木或隧道构筑物中的一种以上的影像信息通过上述三维影像信息变换装置变换为三维影像信息。
因此，对铁道、电车线、枕木或隧道构筑物中的一种以上的三维影像信息将传送至如上所述的综合数据处理装置。
如上所述，综合数据处理装置500是指具备用于加工、分析、解释或保存上述激光发生器及与之联动的摄像头的影像信息或经影像信息变换装置变换的三维影像信息等数据或从位置确认部传送的对速度及距离等的数据的功能的装置或手段。
因此，综合数据处理装置500中搭载有中央处理装置、信息保存装置及应用程序。
上述应用程序可传送得到上述激光发生器及与之联动的摄像头的影像信息及/或经影像信息变换装置变换的三维影像信息等数据及/或从位置确认部传送的对速度及/或距离等的数据进行保存并加工、分析、解释上述信息，从而解读对铁道、电车线、枕木或隧道构筑物的存在缺陷与否。
因此，本发明的综合数据处理装置可包括用于执行运行于本发明的过程的计算机可读媒体。
上述计算机可读的媒体可单独或组合包含程序命令、数据文件、数据结构等。上述媒体可以是为用于本发明的应用程序命令特殊设计构成的，也可以是计算机软件领域公开使用的。
计算机可读媒体包括硬盘、软盘及磁带等磁性媒体(Magnetic Media)、CD-ROM、DVD等光媒体(Optical Media)、光磁软盘(Floptical Disk)等磁光媒体(Magneto-Optical Media)及ROM、RAM、闪存等可存储及执行程序命令的硬件装置。
另外，应用程序命令不仅包括编译器中产生的机器语言代码，而且还包括使用翻译器等在计算机中执行的高级语言代码。
另外，本发明提供可输入/输出作为位置确认部检测的信息的距离信息、对应于该距离信息的对一定区间的激光发生器及与之联动的摄像头的影像信息及/或通过影像信息变换装置的三维影像信息等数据的可进行数据采集(DAQ，data acquisition)的铁路设施监视系统。
另外，还提供不仅可测量上述位置确认部的距离信息，还可以测量为获得补正距离信息而获得来自距离测量传感器的距离信息及/或来自速度测量装置的速度信息的数据的铁路设施监视系统。
上述数据测量可通过上述综合数据处理装置的中央处理装置、信息保存装置及应用程序来完成。
如上所述，本发明提供利用火车(或列车)同步监视铁路设施的系统。
工业实用性
本发明是非常有利于生产、制造、供应或使用列车的产业的发明。
另外，本发明是非常有利于利用轨道的车辆的使用、利用、服务提供等产业的发明。
Claims (4)
1.提供一种铁路设施监视系统，包括：激光发生器200，具备在列车上；摄像头100，与上述激光发生器联动工作，可监视铁路设施并获取测量的影像信息数据；三维影像信息变换装置110，利用从上述激光发生器和摄像头获取的影像信息数据变换为三维影像信息；位置确认部300，确认作为测量对象的铁路设施的位置；信号处理装置400，发出上述激光发生器或摄像头的启动命令；综合数据处理装置500，加工、分析、解释或保存从上述装置传送的影像信息数据、三维影像信息或位置确认部传送的数据。
2.根据权利要求1所述的铁路设施监视系统，其特征在于：上述位置确认部，包括：感测列车的移动的动态行动检测装置310、测量列车的移动位置的距离测量传感器320、速度测量装置330、高速精密时钟340及处理从上述装置或传感器传送获得的信息的信息处理装置350。
3.根据权利要求1或2所述的铁路设施监视系统，其特征在于：通过上述激光发生器200及摄像头100获取影像信息的铁路设施为铁道、电车线、枕木或隧道构筑物中的一种以上。
4.根据权利要求1或2所述的铁路设施监视系统，其特征在于：对位置确认部测量的距离信息及根据该距离信息的一定区间的铁路设置的影像信息进行数据采集（DAQ）。
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