CN104567725A - 车辆运行故障检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆运行故障检测系统及方法，该系统包括：用于采集车辆的三维图像信息的三维信息采集模块；用于识别所述三维图像信息中异常部位的识别模块；及，用于对所述异常部位进行报警的报警模块；所述三维信息采集模块、所述识别模块及所述报警模块电性连接。该系统可以在车辆运行过程中，实时采集车辆的三维图像信息，并且对异常的部位进行报警，另外，不会对水渍、灰尘等非故障点将进行报警，提高了报警的准确性，避免车辆由于检测误报警而影响正常运行的问题。

Description

车辆运行故障检测系统及方法

技术领域

本发明涉及交通运输技术领域，尤其涉及一种车辆运行故障检测系统及方法。

背景技术

传统的车辆异常检测方式主要是工作人员根据经验进行排查，这种检测方式，要求车辆进站或入库，但由于车辆组成结构复杂，细小部件较多，尤其是动车组车辆，其一般长度有200多米，从裙板到转向架及底部仅螺栓一项就有几千项；而且目前一些在车辆运行时，通常一站直达，即使中间停靠多次，每次停站时间也非常短，使得车辆在进站后检测时间非常短，因此采用人工检测方式存在工作效率低及容易漏检的问题。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种车辆运行故障检测系统及方法。

在第一方面，本发明提供了一种车辆运行故障检测系统，包括：

用于采集车辆的三维图像信息的三维信息采集模块，所述三维信息采集模块布设于所述车辆底部、所述车辆顶部及所述车辆左、右两个侧部中至少一个位置并朝向所述车辆的待检测区域；

用于识别所述三维图像信息中异常部位的识别模块；及，

用于对所述异常部位进行报警的报警模块；

所述三维信息采集模块、所述识别模块及所述报警模块电性连接。

可选地，所述三维信息采集模块包括：

用于产生投射于所述车辆上的结构光的结构光光源，所述结构光光源的出射光线形成照射区域，所述照射区域投射在所述车辆上的区域覆盖待检测区域；及，

用于采集投射于所述待检测区域内结构光图像信息的面阵相机；

所述面阵相机于所述车辆上的成像区域全部/部分覆盖所述待检测区域，且，所述面阵相机的光轴与所述结构光光源的光轴之间设有夹角。

可选地，所述三维信息采集模块还包括：

用于采集所述待检测区域的车辆图像信息的图像数据采集装置；

所述图像数据采集装置于所述车辆上的成像区域全部/部分覆盖所述待检测区域。

可选地，所述结构光光源为线光源，所述图像数据采集装置为线阵相机；

所述线光源的出射光线形成照射平面，且所述照射平面在所述车辆上形成一条光带；

所述线阵相机的光轴位于所述照射平面内，用于采集所述待检测区域的车辆图像信息；

所述面阵相机位于所述照射平面外，且，所述面阵相机的光轴与所述照射平面之间设有夹角；

所述面阵相机于所述车辆的成像区域全部/部分覆盖所述待检测区域，用于采集所述光带的所述结构光图像信息。

可选地，所述三维信息采集模块还包括：

用于在所述图像数据采集装置采集所述车辆图像信息时补光的补光光源；

所述补光光源在所述车辆上的照射区域覆盖所述图像数据采集装置于所述车辆的成像区域。

可选地，所述补光光源的出射光波长与所述结构光光源的出射光波长不同。

可选地，所述三维信息采集模块还包括：

标定件；

所述标定件能够在所述面阵相机的成像区域内沿所述面阵相机的光轴方向移动；

所述面阵相机采集包含在所述标定件移动过程中的多个标定图像信息。

可选地，所述三维信息采集模块包括：

用于从不同位置采集包含同一待检测区域的二维图像信息的至少两个图像数据采集装置；

各个所述图像数据采集装置在照射于所述车辆上的成像区域重合，其中，各个所述图像数据采集装置的成像区域重合后的区域为待检测区域。

可选地，各个所述图像数据采集装置的焦距均相同。

可选地，各个所述图像数据采集装置的光轴之间设有夹角；

所述三维信息采集模块还包括：用于产生投射于所述车辆上的结构光的结构光光源，所述结构光覆盖所述待检测区域。

可选地，所述结构光光源为线光源、点阵光源、线阵光源及网格光源的至少一种。

可选地，所述图像数据采集装置为线阵相机、面阵相机、线阵摄像机及面阵摄像机的至少一种。

可选地，还包括：

用于测量轨道上车辆通过时的车速的测速装置，及，

用于根据所述测速装置测量到的车速生成的脉冲控制信号并发送给所述三维信息采集模块，以使所述三维信息采集模块能够同步时序采集所述车辆三维图像信息的脉冲生成电路；

所述脉冲生成电路的输入端与所述测速装置电性连接，所述脉冲生成电路的输出端与所述三维信息采集模块电性连接。

可选地，所述识别模块包括：

用于存储预设图像信息的第一存储器；

用于将整体/局部所述三维图像信息与所述预设图像信息比对的第一比较器；及，

用于根据所述第一比较器的比对结果提取所述三维图像信息中的异常部位的处理器。

可选地，所述识别模块还包括：

用于存储预设位置信息的第二存储器；及，

用于将三维图像信息与预设位置信息比对锁定三维图像信息中的预设位置，并截取所述预设位置所对应的局部三维图像信息的第二比较器；

所述第一比较器还用于将局部所述三维图像信息与预设图像信息比对；及，

所述处理器还用于根据所述第一比较器的比对结果提取局部所述三维图像信息中的异常部位。

可选的，所述预设图像信息为无故障车辆的图像信息，与当前采样时刻最邻近时刻通过的同辆车辆的图像信息，与当前采样时刻邻近时刻通过的同辆车辆的多组图像信息的统计分布信息，及标准零部件的图像信息的至少一种。

可选的，所述图像信息可以二维图像信息，也可以为三维图像信息，所述三维图像信息可以为二维图像信息与第三维图像信息的合成信息，也可以为各个维度图像信息的独立信息。

在第二方面，本发明提供了一种车辆运行故障检测方法，包括：

三维信息采集模块采集车辆待检测区域的三维图像信息；

识别模块识别所述三维图像信息中异常部位；

报警模块对所述异常部位进行报警。

可选地，所述方法还包括：

测速装置测量测量轨道上所述车辆通过时的车速；

脉冲生成电路根据所述测速装置测量到的车速生成的脉冲控制信号并发送给所述三维信息采集模块，以使所述三维信息采集模块能够同步时序采集所述车辆三维图像信息。

可选地，所述识别模块识别所述三维图像信息中异常部位，包括：

获取第一存储器所存储的预设图像信息；

第一比较器将整体/局部所述三维图像信息与所述预设图像信息进行比对；

处理器根据所述第一比较器的比对结果提取所述三维图像信息中的异常部位。

可选地，在所述第一比较器将整体/局部所述三维图像信息与所述预设图像信息进行比对的步骤前，所述方法还包括：

获取第二存储所存储的预设位置信息；及，

第二比较器将三维图像信息与预设位置信息比对锁定三维图像信息中的预设位置，并截取所述预设位置所对应的局部三维图像信息；

其中，

所述第一比较器用于将局部所述三维图像信息与预设图像信息比对；

所述处理器还用于根据所述第一比较器的比对结果提取局部所述三维图像信息中的异常部位。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例提供的该系统，在对车辆故障进行检测时，可以在车辆运行过程中，实时采集车辆的三维图像信息，并且可以对三维图像信息进行图像处理，识别出三维图像信息中的异常部位，且对异常的部位进行报警。

与现有技术相比，由于在整个检测过程中，采集到的是车辆的三维图像信息，进而在对车辆进行故障检测时，可以对车辆上三维结构出现异常的部位进行实时、准确检测，另外，由于车辆上的水渍或灰尘不会对车辆的三维结构构成影响，所以该系统不会对水渍、灰尘等非故障点将进行报警，提高了报警的准确性，避免车辆由于检测误报警而影响正常运行的问题，同时，该系统也减少了人工复检的时间，提高了检测效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明实施例提供的一种车辆运行故障检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种车辆运行故障检测系统的场景示意图；

图3为本发明实施例提供的三维信息采集模块第一种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的三维信息采集模块第二种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的三维信息采集模块第三种结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第三维信息检测原理示意图；

图7为本发明实施例提供的三维信息采集模块第四种结构示意图；

图8为本发明实施例提供的三维信息采集模块第五种结构示意图；

图9为本发明实施例提供的三维信息采集模块第六种结构示意图；

图10为本发明实施例提供的三维信息采集模块第七种结构示意图；

图11为图10的一个具体实施例结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一种识别装置的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种识别装置的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的第一种车辆运行故障检测方法流程图；

图15为本发明实施例提供的第二种车辆运行故障检测方法流程图；

图16为本发明实施例提供的第三种车辆运行故障检测方法流程图；

图17为本发明实施例提供的第四种车辆运行故障检测方法流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1为本发明实施例提供的一种车辆运行故障检测系统的结构示意图。该车辆运动故障检测系统可以应用于运行的车辆，例如：轨道列车(包括动车组、货车、客车、地铁或城铁等)，以及，无轨列车等需要长途运行的车辆，甚至一些无人驾驶车辆。该车辆运行故障检测系统可以对运行途中的车辆上的故障情况进行检测，以实现在车辆不停靠或进站时就可以方便对车辆进行非接触检测。

如图1所示，该车辆运行故障系统可以包括：三维信息采集模块11、识别模块12和报警模块13，其中，三维信息采集模块11、识别模块12及报警模块13电性连接。

三维信息采集模块11可以为至少一个，至少一个三维信息采集模块11可以布设在车辆运行途中，并且至少一个三维信息采集模块11根据实际需要可以在车辆经过时位于车辆的底部、顶部以及车辆的两侧等位置，以便于每个三维信息采集模块11可以采集车辆上的待检测区域的三维图像信息。

识别模块12与所有三维信息采集模块11无线/有线连接，识别模块12可以为微处理器，也可以计算机，还可以为服务器，识别模块12用于对所有三维信息采集模块11采集到的三维图像信息进行图像处理，以识别到三维图像信息中的异常部位。

报警模块13与识别模块12无线/有线连接，报警模块13用于当识别模块12识别到异常部位时，对识别到的异常部位进行报警。报警模块13在报警时可以采用文字报警、图像报警、声音报警以及灯光报警灯等至少一种报警方式，在本发明实施例中，报警模块13可以为显示屏上弹出框，并且辅助以声音，即结合图像以及声音两种报警方式。

本发明实施例提供的该系统，在对车辆故障进行检测时，可以在车辆运行过程中，实时采集车辆的三维图像信息，并且可以对三维图像信息进行图像处理，识别出三维图像信息中的异常部位，且对异常的部位进行报警。

与现有技术相比，由于在整个检测过程中，都采集到的是车辆的三维图像信息，进而在对车辆进行故障检测时，可以对车辆上三维结构出现异常的部位进行实时、准确检测，另外，由于车辆上的水渍或灰尘不会对车辆的三维结构构成影响，所以该系统不会对水渍、灰尘等非故障点将进行报警，提高了报警的准确性，避免车辆由于检测误报警而影响正常运行的问题。与此同时，该系统也减少了传统的人工复检时间，从而提高了检测效率。

下面结合一个具体场景对本发明实施例提供的该车辆运行故障检测系统进行详细介绍：

如图2所示，图中示出了该车辆运行故障检测系统安装在火车轨道上的一个示意图，图中2包括：轨道100、检测点200、底箱101、第一侧箱102及第二侧箱103，其中，在轨道100上沿途可以设置有多个检测点200，在每个检测点200上可以分别设置有底箱101、第一侧箱102和第二侧箱103，并且底箱101设置在一对轨道100之间，第一侧箱102和第二侧箱103分别设置在轨道100的两个外侧。

在本发明实施例中，第一侧箱102和第二侧箱103的位置可以与底箱101的位置在一条直线上，并且底箱101、第一侧箱102和/或第二侧箱103可以设置在轨道基础面上，也可以采用全掩埋或半掩埋等方式设置在轨道基础面的下方。

在底箱101、第一侧箱102和第二侧箱103内分别设置有一个或多个三维信息采集模块11，并且在底箱101内可以同时设置一个或多个三维信息采集模块11。当一个箱体内设置有多个三维信息采集模块11时，多个三维信息采集模块11所采集车辆上的区域不完全相同，可以完全不重合或部分重合。

底箱101内的三维信息采集模块11用于采集轨道上通过车辆底部的三维图像信息，第一侧箱102和第二侧箱103内的三维信息采集模块分别用于采集车辆两侧的三维图像信息。

在本发明实施例中，三维图像信息可以为车辆待检测区域的二维图像信息与第三维图像信息(通常为图像深度信息)的合成信息，也可以为各个维度图像信息的独立信息。

在图2中，12为识别模块，并且识别模块分别与该检测点200上所有三维信息采集模块相连接。在本发明实施例中，如图2所示，识别模块12通过第二侧箱103与该检测点200上所有三维信息采集模块相连接。

识别模块12可以根据该检测点200上所有三维信息采集模块采集到的三维图像信息计算得到车辆的三维结构信息，并将三维结构信息与预先获取的车辆的预设图像信息进行比较，确定三维结构信息中与预设图像信息中有差异的部位，并进行报警。

预设图像信息可以为无故障车辆的图像信息，与当前采样时刻最邻近时刻通过的同辆车辆的图像信息，与当前采样时刻邻近时刻通过的同辆车辆的多组图像信息的统计分布信息，及标准零部件的图像信息的至少一种，其中，上述预设图像信息可以为二维图像信息，也可以为三维图像信息。

从图2中可以看到，在具体应用中，可以在火车轨道沿途的多个检测点上，均设置有一个或多个三维信息采集装置，并且同一检测点上的多个三维信息采集装置可以都与一个识别模块相连接，这样在车辆沿该轨道行进时，可以在轨道沿途就对车辆的三维故障情况进行检测。所以该系统可以在车辆运行途中就完成故障检测，提高故障检测效率。

当同一检测点200上设置有多个三维信息采集装置时，如图2所示，该系统还可以包括：测速装置14和脉冲生成电路15，其中：

该测速装置可以包括：测速雷达和/或测速磁钢，以及本领域常用的其它测速方式。如图2所示，图中测速装置采用测速磁钢，在图2中，测速装置14可以包括：磁钢A1和磁钢A2，并且磁钢A1和磁钢A2在沿轨道延伸方向上位于底箱101的一侧，用于获取磁钢所在方向来车的车辆信息，并且可以通过不同磁钢之间的位置以及不同磁钢与车辆车轮相接触的时间，可以计算得到车辆的车速；

脉冲生成电路15的输入端与测速装置14相连接，脉冲生成电路15的输出端分别与每个三维信息采集模块11相连接(图2中未示出)。

脉冲生成电路15用于根据测量得到的车速生成脉冲控制信号，脉冲生成电路15将生成的脉冲控制信号发送给同一检测点位置上每个三维信息采集模块。该脉冲信号用于控制同一检测点位置上的所有三维信息采集模块可以按照相同时序进行图像信息采集，即使得同一检测点位置上的三维信息采集模块都按照同步时序进行图像信息采集。

本发明实施例提供的该系统，各个三维信息采集模块能够按照相同的脉冲信号进行图像采集，从而使三维图像信息在进行故障检测时，不会出现三维信息采集模块采集到的三维图像信息位置不对应的问题，提高了故障检测时的精度。此外，在采集车辆的三维图像信息时，同一个检测点位置上的多个三维信息采集模块也可以按照相同的脉冲信号进行图像信息采集，从而使三维信息采集模块按照相同的采集时序同步进行采集。

如图3所示，图中300为被检测车辆，在本发明实施例中，每个三维信息采集模块11均包括：结构光光源111和面阵相机112，其中：

结构光光源111，用于产生投射于车辆上的结构光，并且结构光光源111的出射光线形成照射区域，照射区域投射在车辆上的区域能够覆盖待检测区域。

结构光光源111可以为线光源、点阵光源、线阵光源及网格光源的至少一种，在图3所示实施例中，结构光光源111优选为线光源。

面阵相机112，用于采集投射于待检测区域内结构光图像信息；

另外，面阵相机112在车辆上的成像区域全部或部分覆盖待检测区域，且，面阵相机112的光轴与结构光光源111的光轴之间设有夹角。

这样当结构光光源111照射的结构光投射于车辆上时，面阵相机112可以从侧面获取结构光位于车辆上待检测区域的图像信息，以结构光的形状为圆形为例，由于面阵相机112的光轴与结构光光源111的光轴之间设有一定夹角，其所获取到的图像信息中结构光将会变成椭圆形；相应地，当待检测区域内车辆的表面具有凹凸的深度变化特征时，面阵相机112所获取到的结构光图像信息中的形状也会出现相应地变化，图3中，当结构光光源111照射到被检测车辆上的凹槽上时，形成具有凹槽深度信息的折线形光带，此时，面阵相机112通过采集结构光光源111照射到凹槽上的图像信息，从而能够获取到对应待检测区域上凹槽的深度信息，图像b即为面阵相机12获取到的结构光光源111位于车辆上待检测区域的含有深度信息的图像信息。

除此之外，上述面阵相机112在获取结构光位于车辆上待检测区域的图像的深度信息同时，还可以获取车辆上待检测区域的二维图像信息；通过面阵相机112与结构光光源111之间位置信息的换算处理后，上述三维信息采集模块也能够获取待检测区域的三维图像信息。

在本发明另一实施例中，如图4所示，该三维信息采集模块11还可以包括：图像数据采集装置113，其中，图像数据采集装置113在车辆上的成像区域全部或部分覆盖结构光光源所照射的待检测区域，用于采集待检测区域的车辆图像信息。这里图像数据采集装置113获取到的图像信息为车辆的二维图像信息，其可以为面阵相机，也可以为线阵相机，还可以为面阵摄像机或线阵摄像机等装置，依据车辆的运行速度及图像检测的精准度标准，可以适时的选择面阵相机、线阵相机、面阵摄像机或线阵摄像机。

此外，为了使系统结构小型化，结构光光源111还可以充当补光光源对车辆的待检测区域进行补光。

优选实施例中，若考虑到图像数据采集装置113采集到的二维图像的清晰度，在本发明实施例中，如图4所示，该三维信息采集模块还可以包括：补光光源114。

补光光源114用于在图像数据采集装置采集车辆图像信息时补光，并且补光光源114在车辆上的照射区域覆盖图像数据采集装置于车辆的成像区域，上述结构光光源111和补光光源114的波长可以相同，但是，为了避免两者之间的图像干涉，结构光光源111和补光光源114优选为不同波长，例如：线光源可以为700～1000nm的激光器，补光光源可以为600～900nm的激光器。并且，补光光源不再是线光源，而是可以为一个漫射的光源，例如：常见的照明灯等。

在一个具体的应用实施例中，如图5所示，结构光光源111为线光源，图像数据采集装置113为线阵相机；

该线光源的出射光线形成照射平面，且该照射平面在车辆上形成一条光带；

线阵相机的光轴位于照射平面内，用于采集待检测区域的车辆图像信息；

面阵相机112位于照射平面外，且，面阵相机112的光轴与照射平面之间设有夹角；

面阵相机112照射于车辆的成像区域全部或部分覆盖待检测区域，用于采集线光源在车辆上所形成的光带的结构光图像信息。从图5中可以看到，当线光源在被检测车辆300上照射形成的直线形光带，面阵相机112采集到的图像b中光带的形状随着被检测车辆300上凹槽出现曲折变化，而线阵相机采集到的图像a中光带的形状仍然为直线形，并且线阵相机采集到的多个图像信息可以组成车辆的外表的整体二维图像信息。

在本发明一个实施例中，如图5所示，该装置还可以包括：标定件115，

标定件115独立于被检测车辆，可以为标定块、标定板等其他本领域技术人员所熟知的标定件，此外，标定件115可以独立于图4所示的三维信息采集模块11，还可以与三维信息采集模块设置在同一支架上。如图5所示，标定件115设置在线阵相机和面阵相机的成像区域内，并且标定件可以沿面阵相机的轴线进行移动，当标定件115移动时，面阵相机112还用于采集包含在标定件移动过程中的多个标定图像信息。通常在车辆未通过时移动标定件115，然后可以预先采集到多个标定图像信息。

在本发明一个实施例中，上述三维信息采集模块还可以包括：标定信息获取装置、深度信息计算装置和图像信息合成装置。

标定信息获取装置，用于根据多个标定影像中标定件的图像信息获取标定信息，标定信息包括：标定件与面阵相机之间的距离，以及，标定件的图像信息位于面阵相机的图像传感器上的行数。

如图6所示，可以看到在标定件115沿面阵相机112的轴线方向进行移动时，由于在面阵相机112采集的多个标定影像中都会有标定件115的图像信息，那么当将多个标定影像合成在一起时，就会得到一个如图6所示的坐标系，图中x坐标为标定件115距离面阵相机之间的距离，y坐标为光带在面阵相机图像传感器上的行数Li，当标定件115移动时，其距离面阵相机之间的距离不同，因此，对应的行数Li也不同，利用该对应关系可以拟合得到一条曲线，如图6所示。通过这条拟合曲线，在车辆实际检测的过程中，通过照射在待检测区域的光带在面阵相机图像传感器上的行数Li即可确定位于该坐标系中被检测车辆距离面阵相机的实际距离X。

深度信息计算装置，用于根据标定信息以及结构光图像内光带的信息，确定每个结构光图像内光带距离面阵相机之间的深度信息。

如图6所示，利用光线对应的光带位于该坐标系中的位置，就可以计算到光带上不同点到面阵相机之间的深度信息。

图像信息合成装置，用于将深度信息计算装置计算得到的光带上不同点到面阵相机之间的深度信息和线阵相机采集到的车辆图像信息进行合成，从而得到车辆的三维图像信息。

在本发明另一实施例中，三维信息采集模块可以包括：至少两个图像数据采集装置，用于从不同位置采集包含同一待检测区域的二维图像信息，优选实施例中，至少两个图像数据采集装置的焦距均相同，其光轴可以平行，也可以设置有一定的夹角。但无论哪种方式，各个图像数据采集装置在照射于车辆上的成像区域重合，其中，各个图像数据采集装置的成像区域重合后的区域覆盖待检测区域。优选实施例中，三维信息采集模块包括上述两个图像数据采集装置，上述图像数据采集装置可以为面阵相机，也可以为线阵相机，还可以为摄像机等装置，依据车辆的运行速度及图像检测的精准度标准，可以适时的选择面阵相机、线阵相机或线阵摄像机或面阵摄像机。

如图7所示，本实施例揭示了三维信息采集模块的一种结构，图中三维信息采集模块11包括两个光轴方向相互平行的图像数据采集装置411A、411B，其中，这两个图像数据采集装置411A、411B的相平面位于同一平面，且焦距相等。

当被检测车辆(或标定物)300在待检测区域C内Zi位置时，图像数据采集装置411A、411B能够同时采集到上述被检测车辆300的二维图像，此时，若以图像数据采集装置411A上所采集的被检测车辆300的图像中心位置为基准位置，图像数据采集装置411B上所采集的被检测车辆300的图像中心位置会相对基准位置产生水平偏移△Xi。

被检测车辆300依次由Z1向Z3方向移动时，图像数据采集装置411A、411B能够采集到上述被检测车辆300的多幅二维图像组，此时，通过水平偏移△Xi与Zi之间的位置关系即可拟合得到一条拟合曲线，在车辆实际检测的过程中，即可通过两个图像数据采集装置411A、411B之间的特征点的位置对应关系，得到待检测区域内车辆表面各部件精确的深度信息，再通过各个特征点与图像数据采集装置411A上所采集的二维图像的对应关系，即可构建出待检测区域C或被检测车辆300的三维尺寸模型。

如图8及图9所示，本实施例揭示了三维信息采集模块11另外两种结构，包括两个光轴方向呈夹角的图像数据采集装置，其检测机理与图7所示的检测机理相同。

图8及图9所示的三维信息采集模块11能够适用于不同的检测情况：其中，图8所示的结构适用于检测范围的发散角度大，待检测区域的景深较短的情况；图9所示的结构适用于检测范围相对集中，待检测区域的景深较长的情况。

此外，为了提高三维信息的检测精度，优选实施例中，该三维信息采集模块11还包括结构光光源，结构光光源用于产生投射于车辆上的结构光，并且所投射的结构光能够覆盖待检测区域。

图10为本发明实施例提供的三维信息采集模块另一种结构示意图，图中结构光光光源为111，当结构光光源111照射的结构光位于车辆待检测区域C时，图像数据采集装置411A、411B同步实时采集结构光位于待检测区域的二维图像信息，并经过图像数据采集装置411A、411B的立体标定、关联点校正及匹配等运算后，最终得到待检测区域的三维图像信息。

结构光光源111可以位于两个图像数据采集装置411A、411B之间，也可以位于图像数据采集装置411A或411B所在一侧的外侧边，本实施例中，为了提高三维信息采集模块的检测精度及简化图像信息的数据处理过程，两个图像数据采集装置411A、411B以结构光中心轴线为中心对称设置，且两个图像数据采集装置的光轴411A、411B与结构光光源111的光轴之间共面。其中，结构光光源可以为线光源、点阵光源、线阵光源及网格光源的至少一种或本领域技术人员所公知的能够进行尺寸标定的光源。本实施方式中，为了便于三维信息采集模块安装调试时的参数标定，结构光光源优选为阵列光源，例如，点阵光源、线阵光源及网格光源等，此外，还可以通过减小阵列间距，以提高参数标定及检测的精准度，当然，这样也会带来数据运算量大的问题。

图11为图10的一个具体实施例的结构示意图，图11中还包括：存储装置5和远程通信接口6。该实施例用于对车辆轮对踏面缺陷信息进行采集，其中，两个图像数据采集装置从不同位置采集包含轨道上通过车辆轮对踏面的二维图像信息，另外，该系统内设置的存储装置5中还存储有每个三维信息采集模块中的图像数据采集装置的标定信息。这样当车辆通过轨道上的检测点时，每个三维信息采集模块中的图像数据采集装置都可以采集包含结构光照射在车辆轮对踏面上的二维图像信息，并且将这些二维图像信息发送至识别模块(可以为图像处理器)中，识别模块还可以从存储装置5中获取标定信息，并且将接收到的所有二维图像信息以及标定信息一起发送到远程通信模块，以便通过远程通信模块发送给后台服务器。这样后台服务器就可以利用接收到的标定信息对所有二维图像信息进行图像处理，从而得到最终的车辆车轮的三维踏面缺陷信息。

此外，该三维信息采集模块还可以对接触网中单个接触线工作状态进行监测及几何参数检测，如接触线导高、拉出值，接触线偏移量等。

在本发明实施例中，如图12所示，识别模块12还可以包括：第一存储器121、第一比较器122和处理器123，其中，

第一存储器121(可以为图11中的存储装置5)内存储有预设图像信息，这里的预设图像信息可以为：无故障车辆的图像信息，与当前采样时刻最邻近时刻通过的同辆车辆的图像信息，与当前采样时刻邻近时刻通过的同辆车辆的多组图像信息的统计分布信息，及标准零部件的图像信息的至少一种，此外，上述图像信息可以二维图像信息，也可以为三维图像信息，上述三维图像信息可以为二维图像信息与第三维图像信息的合成信息，也可以为各个维度图像信息的独立信息。

第一比较器122用于将整体/局部三维图像信息与预设图像信息比对，在进行比对时，需要将三维图像信息中所包含的深度信息与预设图像信息中的深度信息进行比对，一旦出现深度信息不一致的地方，即将该位置确定为异常部位。

处理器123用于根据第一比较器的比对结果提取三维图像信息中的异常部位。

当车辆运行轨道固定时，第一存储器121可以通过预先存储当前采样时刻最邻近时刻通过的同辆车辆的图像信息作为预设图像信息，此时，第一比较器122将三维信息采集模块所采集的车辆各部分的三维图像信息与上述预设图像信息的对应部分进行三维信息的逐一比对，一旦出现深度信息不一致的地方，即对异常部位进行报警。这种方法能够有效确保车辆运行故障的识别准确率，避免因漏检、误检而造成的车辆故障误报的现象发生。但是，于此同时，该检测方法对异常部位的识别过程耗时较长，故障检测的实时性有所下降。

优选实施例中，可以针对三维信息采集模块所采集的车辆各部分的三维图像信息部分中的二维信息部分，调取预设图像信息中与其对应的二维图像信息部分，进行异常部位的初级锁定，然后，再针对锁定的异常部位进行深度信息的比对，一旦出现深度信息不一致的地方，即对异常部位进行报警。这种方法在能够确保车辆运行故障的识别准确率的同时，有效的提高了第一比较器及处理器的运算速度，可以节省大量的传输带宽，在通信线缆带宽有限的情况下，可以满足实时传输的要求。

另一种优选实施例中，如图13所示，该识别模块还包括第二存储器124和第二比较器125。其中，第二存储器124用于存储车辆上预设部件的预设位置信息，上述预设位置信息可以是待检测区域的车轴位置信息、车速信息及固定部件位置信息的至少一种，或其它能够用来定位待检测区域的本领域技术人员所公知的位置信息。第二比较器125用于将三维图像信息与预设位置信息进行比对，从而锁定三维图像信息中的预设位置，并截取三维图像信息中预设位置所对应的局部三维图像信息，此时，第一比较器122还将上述所截取的局部三维图像信息与预设图像信息比对，处理器123还可以根据第一比较器的比对结果提取局部三维图像信息中的异常部位。

在具体应用中，可以在车辆上预先设置的一些具有标志性的特征，例如：孔或杆，并且在该标志性特征所在的标准零部件的图像信息已知，以及，该标志性特征周围的部件的位置信息也已知。第二比较器可以将三维信息采集模块所采集的三维图像信息与预设位置信息进行比对，从而锁定三维图像信息中的预设位置，并截取三维图像信息中预设位置所对应的局部三维图像信息。由于标志性特征的周围的标准零部件的图像信息已知，那么在进行比对时，将所截取的局部三维图像信息与标准零部件的图像信息进行比对，那么在处理器进行异常部位提取时，就可以针对该预设位置所对应的局部三维图像信息进行操作，如果发现异常部位，例如：螺栓丢失等，就可以判定螺栓丢失的具体位置。

在图13所示实施例中，由于识别模块不再依次对整个三维图像信息进行分析，而是可以对预设部件周围的局部三维图像信息进行分析，进而可以在应用中，重点在预设位置中查找容易出现故障的预设部件，以提高故障检测针对性及检测效率。此外，这种方法也比较适用于对车辆运行轨道不确定的车辆的故障检测。

在上述装置实施例的基础上，本申请实施例还提供了一种车辆运行故障检测方法，如图14所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤S100：三维信息采集模块采集车辆待检测区域的三维图像信息；

步骤S200：识别模块识别三维图像信息中异常部位；

步骤S300：报警模块对异常部位进行报警。

在图14所示实施例的基础上，在本申请另一实施例中，如图15所示，该方法还可以包括以下步骤：

步骤：S400：测速装置测量测量轨道上车辆通过时的车速；

步骤：S500：脉冲生成电路根据测速装置测量到的车速生成的脉冲控制信号并发送给三维信息采集模块，以使三维信息采集模块能够同步时序采集车辆三维图像信息。

在图14所示实施例的基础上，在本申请另一实施例中，如图16所示，该方法还可以包括以下步骤：

步骤S210：获取第一存储器所存储的预设图像信息；

步骤S211：第一比较器将整体/局部三维图像信息与预设图像信息进行比对；

步骤S212：处理器根据第一比较器的比对结果提取三维图像信息中的异常部位。

在图14所示实施例的基础上，在本申请另一实施例中，如图17所示，在上述步骤S211之前，该方法还可以包括以下步骤：

步骤S220：获取第二存储所存储的预设位置信息；

步骤S221：第二比较器将三维图像信息与预设位置信息比对锁定三维图像信息中的预设位置，并截取预设位置所对应的局部三维图像信息；

另外，在步骤S220～步骤S221的基础上，第一比较器用于将局部三维图像信息与预设图像信息比对；

以及，处理器还用于根据第一比较器的比对结果提取局部三维图像信息中的异常部位。

关于上述方法实施例的各步骤的详细描述，可参见上述装置实施例中的详细描述，在此不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (17)

1.一种车辆运行故障检测系统，其特征在于，包括：

用于采集车辆的三维图像信息的三维信息采集模块，所述三维信息采集模块布设于所述车辆底部、所述车辆顶部及所述车辆左、右两个侧部中至少一个位置并朝向所述车辆的待检测区域；

用于识别所述三维图像信息中异常部位的识别模块；及，

用于对所述异常部位进行报警的报警模块；

所述三维信息采集模块、所述识别模块及所述报警模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块包括：

用于产生投射于所述车辆上的结构光的结构光光源，所述结构光光源的出射光线形成照射区域，所述照射区域投射在所述车辆上的区域覆盖所述待检测区域；及，

用于采集投射于所述待检测区域内结构光图像信息的面阵相机；

所述面阵相机于所述车辆上的成像区域全部/部分覆盖所述待检测区域，且，所述面阵相机的光轴与所述结构光光源的光轴之间设有夹角。

3.根据权利要求2所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块还包括：

用于采集所述待检测区域的车辆图像信息的图像数据采集装置；

所述图像数据采集装置于所述车辆上的成像区域全部/部分覆盖所述待检测区域。

4.根据权利要求3所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述结构光光源为线光源，所述图像数据采集装置为线阵相机；

所述线光源的出射光线形成照射平面，且所述照射平面在所述车辆上形成一条光带；

所述线阵相机的光轴位于所述照射平面内，用于采集所述待检测区域的车辆图像信息；

所述面阵相机位于所述照射平面外，且，所述面阵相机的光轴与所述照射平面之间设有夹角；

所述面阵相机于所述车辆的成像区域全部/部分覆盖所述待检测区域，用于采集所述光带的结构光图像信息。

5.根据权利要求3所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块还包括：

用于在所述图像数据采集装置采集所述车辆图像信息时补光的补光光源；

所述补光光源在所述车辆上的照射区域覆盖所述图像数据采集装置于所述车辆的成像区域。

6.根据权利要求2所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块还包括：

标定件；

所述标定件能够在所述面阵相机的成像区域内沿所述面阵相机的光轴方向移动；

所述面阵相机采集包含在所述标定件移动过程中的多个标定图像信息。

7.根据权利要求1所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块包括：

用于从不同位置采集包含同一待检测区域的二维图像信息的至少两个图像数据采集装置；

各个所述图像数据采集装置在于所述车辆上的成像区域重合，其中，各个所述图像数据采集装置的成像区域重合后的区域覆盖所述待检测区域。

8.根据权利要求7所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述三维信息采集模块还包括：用于产生投射于所述车辆上的结构光的结构光光源，所述结构光覆盖所述待检测区域。

9.根据权利要求2-8中任一所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述结构光光源为线光源、点阵光源、线阵光源及网格光源的至少一种。

10.根据权利要求2-8中任一所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述图像数据采集装置为线阵相机、面阵相机、线阵摄像机及面阵摄像机的至少一种。

11.根据权利要求1所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，还包括：

用于测量轨道上车辆通过时的车速的测速装置，及，

用于根据所述测速装置测量到的车速生成的脉冲控制信号并发送给所述三维信息采集模块，以使所述三维信息采集模块能够同步时序采集所述车辆三维图像信息的脉冲生成电路；

所述脉冲生成电路的输入端与所述测速装置电性连接，所述脉冲生成电路的输出端与所述三维信息采集模块电性连接。

12.根据权利要求1所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述识别模块包括：

用于存储预设图像信息的第一存储器；

用于将整体/局部所述三维图像信息与所述预设图像信息比对的第一比较器；及，

用于根据所述第一比较器的比对结果提取所述三维图像信息中的异常部位的处理器。

13.根据权利要求12所述的车辆运行故障检测系统，其特征在于，所述识别模块还包括：

用于存储预设位置信息的第二存储器；及，

用于将三维图像信息与预设位置信息比对锁定三维图像信息中的预设位置，并截取所述预设位置所对应的局部三维图像信息的第二比较器；

所述第一比较器还用于将局部所述三维图像信息与预设图像信息比对；及，

所述处理器还用于根据所述第一比较器的比对结果提取局部所述三维图像信息中的异常部位。

14.一种车辆运行故障检测方法，其特征在于，包括：

三维信息采集模块采集车辆待检测区域的三维图像信息；

识别模块识别所述三维图像信息中异常部位；

报警模块对所述异常部位进行报警。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

测速装置测量测量轨道上所述车辆通过时的车速；

脉冲生成电路根据所述测速装置测量到的车速生成的脉冲控制信号并发送给所述三维信息采集模块，以使所述三维信息采集模块能够同步时序采集所述车辆三维图像信息。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述识别模块识别所述三维图像信息中异常部位，包括：

获取第一存储器所存储的预设图像信息；

第一比较器将整体/局部所述三维图像信息与所述预设图像信息进行比对；

处理器根据所述第一比较器的比对结果提取所述三维图像信息中的异常部位。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述第一比较器将整体/局部所述三维图像信息与所述预设图像信息进行比对的步骤前，所述方法还包括：

获取第二存储所存储的预设位置信息；及，

第二比较器将三维图像信息与预设位置信息比对锁定三维图像信息中的预设位置，并截取所述预设位置所对应的局部三维图像信息；

其中，

所述第一比较器用于将局部所述三维图像信息与预设图像信息比对；

所述处理器还用于根据所述第一比较器的比对结果提取局部所述三维图像信息中的异常部位。