CN105115605A - 轨道列车红外检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道列车红外检测系统及红外检测方法，该检测系统包括：图像信息采集装置，布设在车辆的底部和轨道的左、右两侧，图像信息采集装置包括用于采集车辆的实时红外信息的红外成像模块和采集车辆位置信息的定位信息采集模块；存储有车辆在正常行驶状态下的标准信息的存储模块，该标准信息包含车辆的标准红外图像信息；分析处理模块，与图像信息采集装置和存储模块信号连接，用于将实时红外信息与标准红外图像信息进行定位对应和差值比较，并识别温度异常部位；报警模块，用于对所述分析处理模块识别的温度异常部位进行报警。本发明具有智能检测、自动报警、定位准确的优点，缩短了技检时间，提高车辆检修质量，为车辆安全运行提供保障。

Description

轨道列车红外检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种铁路检测技术领域，特别涉及一种轨道列车的动态检测技术。

背景技术

列车安全运行是铁路运输安全的重中之中，随着动车组高速大密度开行、客车的大规模大幅度提速，以及高站台对作业的影响，动、客车的运行安全保障措施需要进一步加强。对于在高速运行状态下的列车来说，动车组齿轮箱、万向轴、轴承、制动片、空调出风口、电机、左侧轴箱、右侧轴箱等安全关键部位一旦出现温度异常升高，必须及时排查，否则可能带来重大安全隐患，因此提高车辆高速运行中部件状态的检测和异常预警，提高动客车检修运用质量，加强检修作业质量的监控至关重要。为避免由于停车致使某些故障特征减弱，并保证足够的发现和处理故障的时间，使列车在运行状态下进行在线检测，成为研发人员迫切需要解决的问题。

为此，中国专利CN104321627A和CN101716945A提出了一种铁路机车红外热像监测方法及系统，在列车穿过红外成像装置的视场时，获取红外成像数据，经过计算机分析进行温度评价。其缺点是：红外成像装置无法获知故障发生处的精确位置，导致发现故障后，排除时间长，影响轨道线路正常运行。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的问题，提供一种对于运行中的轨道列车进行红外检测的系统，能够迅速且精确地定位故障位置。

本发明的技术方案是，

本发明工作原理是：

本发明与现有技术相比的优点是：本发明将红外信息采集装置采集到的实时红外信息与车辆实时位置信息对应，通过分析处理模块与标准信息进行分析比对，能够迅速识别出异常部位并准确定位故障位置，因此本发明能够在列车高速运行过程中进行在线检测，提高了列检效率，并具有智能检测、高温报警、自动识别、定位准确的优点，提高车辆检修质量，为车辆安全运行提供保障。

附图说明

附图1为本发明的工作原理图；

附图2为本发明的红外检测系统在轨道的布置图；

附图3为本发明的分析处理模块的组成结构示意图；

附图4为本发明的红外检测系统的组成架构框图；

其中：100、轨道；101、空调出风口；102、万向轴；103、齿轮箱；104、第一电机；105、第二电机；106、第一制动片；107、第二制动片；108、第三制动片；109、左轮；110、右轮；111、左轴箱；112、右轴箱；200、轨边设备；201、第一磁钢；202、第二磁钢；203、脉冲生成电路；211、左侧部图像采集箱；212、右侧部图像采集箱；213、第一底部图像采集箱；214、第二底部图像采集箱；215、第三底部图像采集箱；220、车号识别装置；300、轨边机柜；400、服务器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

本发明的轨道列车红外检测系统建设在高铁干线、客运专线的到达站周边，能够对列车的底部和两侧的关键部位进行动态检测，并通过设备联网，将检测数据上传至集中监控中心进行分析、复合，将高温报警信息及时上报。该系统可用于有轨车辆，如动车组、地铁、城铁、普通列车等的温度异常检测和故障预警。特别是，该系统可以对行驶中的列车进行检测，以实现列车不停靠或者进站前就可以方便对列车进行非接触检测，一旦发现列车存在温度异常等故障，可以准确定位故障点，从而在列车进车站时迅速维护列车或排除故障。

参见附图2、4所示，本发明的轨道列车红外检测系统包括轨边设备200、轨边机柜300和监控中心。轨边设备实现经过列车的图像拍摄，轨边机柜实现列车自动识别及信息上传，监控中心负责对实时采集的图像信息与列车在正常行驶状态下的标准信息进行比较，识别异常和报警。监控中心通常设置在车辆检修基地的检测作业中心，由列车检修基地服务器400对网内列车的信息进行统一处理，而对于一些简易的检测系统来说，也可以通过设置在轨边的机房进行图片的识别和分析，再将处理后的结果上传至管理平台。

图1为本发明的工作原理图，该轨道列车红外检测系统，包括：红外信息采集装置、定位信息采集模块、分析处理模块、报警模块。其中，红外信息采集装置为轨边设备，其可以为红外数据采集装置，也可以为红外图像信息采集装置，只要是能够达到红外信息采集的装置，均在本发明的保护范围之内，在优选实施方式中，红外图像信息采集模块优选为红外热像仪。分析处理模块和报警模块设置在监控中心，通过列车检修基地服务器400进行分析处理，而轨边机柜提供高速网络传输接口，将轨边设备采集到的信息实时传输至监控中心。

如图2所示，轨道100的左侧设置有左侧部图像采集箱211，轨道100的右侧设置有右侧部图像采集箱212，一对轨道100之间设置有第一底部图像采集箱213、第二底部图像采集箱214、第三底部图像采集箱215，其中，左侧部图像采集箱211用于采集左侧轴箱111的图像信息，右侧部图像采集箱212用于采集右侧轴箱112的图像信息；而位于列车底部的底部图像采集箱213、214、215用于采集列车的齿轮箱103、万向轴102、轴承、第一制动片106、第二制动片107、第三制动片108、以及空调出风口101的图像信息。各个图像采集箱内分别设置有红外热像仪，以拍摄待检测部位的热成像，从而发现待检测部位的温度异常，红外热像仪可选用适应的行车速度在5～80Km／H的超高速红外摄像头。

定位信息采集模块，用于获取列车的实时位置信息。该定位信息采集模块包括设置在轨边机柜内的车号识别装置，该车号识别装置具有高速摄像机和对车型车号图像信息进行分析识别的处理器，能够检测当前列车的车型、车号。将实时位置信息与红外信息结合，工作人员就能够知道当前的红外信息对应的是哪列车，哪节车厢，从而确定红外信息所记录的位置。车号识别装置还能为系统迅速调用当前列车的车辆信息和历史信息等信息，与铁路信息系统联网后，还可以获知该列车的经过时间、段内停留时间、值乘人员、调度管理等信息。

此外，为了获得清晰稳定的红外图像信息，避免拍摄速度与列车速度不匹配，造成图像拖影和变形，该定位信息采集模块还包括用于测量列车实时速度的测速装置；及，根据所述的实时速度生成帧频信号并发送给各个图像采集箱，以使图像采集箱能够同步时序采集红外图像信息的脉冲生成电路203。

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他测速方式。参见图2，本实施例中，测速装置采用测速磁钢，包含成对设置的第一磁钢201和第二磁钢202。所述的测速装置的输出端与脉冲生成电路203的输入端信号连接，而脉冲生成电路203与各图像采集箱相连，通过获取列车通过磁钢组的实时速度并生成与列车的实时速度相匹配的帧频信号，以使红外图像信息采集模块能够同步时序采集图像，避免图像变形。由于每帧红外图像信息都有拍摄时刻信息，因此根据时刻信息和列车的实时速度，就能够得知当前拍摄的红外图像对应的列车的具体位置。

在本发明的优选实施例中，为了精确定位异常部位的位置，便于观测和比对，所述的定位信息采集模块还包括与所述的红外图像信息采集模块同步时序的可见光图像信息采集模块，所述的侧部图像采集箱211和215、底部图像采集箱213、214、215，分别设置有一个红外图像信息采集模块和一个可见光图像信息采集模块，该可见光图像信息采集模块与红外图像信息采集模块集成在在一起，并且以相同时序相同帧频拍摄。该可见光图像信息采集模块可以是二维图像信息采集模块或者三维图像信息采集模块，用于采集车辆待检测区域的可见光图像信息。所述的分析处理模块还包含用于将所述的可见光图像信息和所述的实时红外信息迭加的处理器。当系统检测到列车存在温度异常部位时，通过可见光图像信息可以迅速定位故障位置发生点，以及温度异常部位的零部件情况。而相应地，在红外检测系统提供可见光图像信息的情况下，作为比较基础，标准信息中也包含二维或三维标准可见光图像信息。

为适应夜间或低照度情况下拍摄，提高成像质量，所述的可见光图像信息采集模块还包括用于产生投射于所述的待检测区域的补充光源，补光光源可采用常见的LED光源或激光光源等。

上述红外图像信息采集模块、可见光图像信息采集模块采集到的实时图像信息，以及定位信息采集模块采集的车型车号信息、车速信息等信息，通过轨边机柜的高速网络传输系统传送至列车检修基地服务器400，在列车检修基地服务器400中设有数据分析处理模块。

分析处理模块，用于将实时红外信息和可见光图像信息与列车在正常行驶状态下的标准信息进行定位对应及比对，并依据比对结果识别温度异常部位。

分析处理模块在进行信息比对之前，首先对图片进行定位对应。由于列车行进速度已经得知，并且红外图像信息采集模块和可见光图像信息采集模块均按照时序拍摄，因此分析处理模块可以根据每帧图像拍摄的时刻，计算出当前图片距离图像采集箱的距离，即得知拍摄部位，分析处理模块在标准信息中筛选，找到该拍摄部位对应的标准信息，也就完成了对当前图片的拍摄位置的“定位”。

所述的分析处理模块包括用于存储列车在正常行驶状态下的标准信息的第一存储器、用于将实时红外信息与标准信息中的红外信息进行比对的第一比较器、根据第一比较器的比对结果提取实时红外信息中的异常部位的处理器。

车号识别装置将当前列车的车型车号信息反馈给分析处理模块，分析处理模块根据车型、车号找到第一存储器中对应该车型车号的标准信息，并通过与标准样图进行拟合，筛选出需要进行比对的齿轮箱、万向轴、轴承、制动片、空调出风口、电机、左侧轴箱、右侧轴箱等部位的图像。第一比较器将实时红外信息与标准信息中的红外信息进行比对，一旦发现温度信息不一致的地方，即将该位置确定为异常部位，由报警模块提示并报警。

所述的标准信息包括同一列车最后一次进行红外检测的历史信息，也就是说第一存储器中按照一车一档的原则，记录有各列车上次经过的整车历史信息或者无故障状态下列车的整车信息或者列车关键部位标准零部件信息，该标准信息还可以同时包含上述历史信息、无故障信息或者标准零部件信息中的任意两种或多种。由于这些信息中包含了列车在历史状态下或无故障状态下的标准红外信息，因此通过将实时红外信息与标准红外信息比对，即可获知异常部位，并进一步可实现异常部位状态监控。

在本发明的优选方案中，该标准信息还包括阈值信息，这些阈值信息给出了一个更大的范围，只要在实时红外信息在该阈值范围内，都是可以接受的，因此可以说阈值信息的范围大于历史信息或无故障信息或标准零部件信息。

处理器提取异常部位信息后，发送给报警模块，报警模块的输入端与处理器的输出端相连，报警模块还与监控中心的显示终端相连，将异常部位的红外图像信息和可见光图像信息同时显示。

参见附图3所示，对标准化程度较高的动车组，由于列车底部结构相同，利用上述定位方法就可以准确定位实时红外信息的拍摄位置，而对于一些普通列车和货车，由于列车各节车厢底部结构各不相同，并没有完全相同的整列火车的标准信息图库进行比较，比较分析起来相当困难。但是这些列车车厢底的一些零部件是存在标识特征的，可以用来识别车厢周边的局部图像信息或零部件信息，因此，本发明的另一实施例还提供了一种采用特征点比对的方法进行识别对位，在这种情况下，分析处理模块还包括用于存储包含特征部位信息的第二存储器、用于将实时位置信息中的可见光图像信息或者红外图像信息与标准信息中的特征部位信息进行比对的第二比较器，所述的第二比较器的输出端与第一比较器的输入端相连，若第二比较器的比较结果是可见光图像信息与标准信息中的特征部位信息匹配，则继续送入第一比较器进行实时红外信息与标准信息中的标准红外信息进行比对，并通过处理器识别异常部位，若第二比较器的比较结果是可见光图像信息与标准信息中的特征部位信息不匹配，则继续比较下一帧图片。在该实施例中，实时红外信息和标准信息通常采集的都是车厢的局部图像信息，仅覆盖特征部位及其周边零部件，而非整车的图像信息，这样更利于特征部位的快速计算和识别。

在上述装置实施例的基础上，本发明还提供了一种轨道列车红外检测方法，包括如下步骤：

步骤S100：采集列车在运行状态下的实时红外信息；

步骤S200：测量列车通过轨道的实时速度，并获取列车实时位置信息；

步骤S300：将上述实时红外信息与存储有列车在正常行驶状态下的标准信息进行定位及比对；及，

步骤S400：根据比对结果，识别出温度异常部位，并进行报警。

其中，步骤S100还可以包括以下步骤：

步骤S101：对列车的待检测部位投射补光光源；

步骤S102：采集列车在运行状态下的可见光图像信息。

而步骤S200还包括以下步骤：

步骤S201：根据测量到的列车实时速度生成帧频信号，并将该帧频信号传送给图像信息采集装置。

步骤S300还包括以下步骤：

步骤S301：根据列车实时速度，对当前位置的实时红外信息进行定位；

步骤S302：获取第一存储器所存储的标准信息，如前面所述该标准信息包括该列车的历史信息和／或阈值信息，找到与当前位置对应的标准红外信息；

步骤S303：第一比较器将实时红外信息与标准红外信息进行比对；

步骤S304：处理器根据第一比较器的比对结果提取红外图像信息中的温度异常部位。

在本发明的另一实施例中，步骤S300还包括在步骤S303之前的以下步骤：

步骤S310：获取第二存储器所存储的特征部位的图像信息，该信息可以是红外图像信息也可以是可见光图像信息，借由该特征部位的图像信息对列车进行实时位置信息确定；

步骤S311：第二比较器将实时图像信息与特征部位的图像信息比对，并截取特征部位所对应帧的红外图像信息作为实时红外信息；

在该实施例中，带有特征部位的实时红外信息被送入步骤S303中与标准红外信息进行比对。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种轨道列车红外检测系统，其特征在于，它包括：

红外信息采集装置，布设在所述轨道的左、右两侧和轨道之间的至少一处并朝向所述列车的待检测区域；

定位信息采集模块，用于获取列车的实时位置信息；

分析处理模块，用于将所述的红外信息采集装置采集到的实时红外信息与列车标准信息进行定位识别，并依据识别结果判定温度异常部位；及，

报警模块，用于对所述温度异常部位进行报警。

2.根据权利要求1述的轨道列车红外检测系统，其特征在于：所述的定位信息采集模块包括用于检测车辆的车型、车号的车号识别装置，所述的车号识别装置的输出端与所述的分析处理模块的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的轨道列车红外检测系统，其特征在于：所述的定位信息采集模块包括：

用于测量列车实时速度的测速装置；及，

用于根据所述的实时速度生成帧频信号并发送给所述的红外信息采集装置，以使所述的红外信息采集装置同步时序采集红外信息的脉冲生成电路；

所述的测速装置的输出端与脉冲生成电路的输入端信号连接，所述的脉冲生成电路与所述的红外信息采集装置信号相连。

4.根据权利要求3所述的轨道列车红外检测系统，其特征在于，所述的定位信息采集模块还包括与所述的红外信息采集装置同步时序的可见光图像信息采集模块，所述的可见光图像信息采集模块用于采集车辆待检测区域的可见光图像信息，所述的分析处理模块还包含用于将所述的可见光图像信息和所述的实时红外信息迭加的处理器。

5.根据权利要求4所述的轨道列车红外检测系统，其特征在于：所述的可见光图像信息采集模块为二维图像信息采集模块和/或三维图像信息采集模块。

6.根据权利要求1所述的轨道列车红外检测系统，其特征在于：所述的分析处理模块包括：

用于存储列车在正常行驶状态下的标准信息的第一存储器；

用于将实时红外信息与标准信息进行比对的第一比较器；及，

用于根据所述第一比较器的比对结果提取实时红外信息中的异常部位的处理器。

7.根据权利要求6所述的轨道列车红外检测系统，其特征在于：所述的分析处理模块包括：

用于存储包含特征部位信息的第二存储器；及，

用于将实时位置信息与标准信息中的特征部位信息进行比对的第二比较器；

所述的第二比较器的输出端与第一比较器的输入端相连。

8.一种轨道列车红外检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集列车在运行状态下的实时红外信息，并获取列车实时位置信息；

将上述实时红外信息与列车的标准信息进行定位及识别；及，

根据识别结果，判定温度异常部位，并进行报警。

9.根据权利要求8所述的轨道列车红外检测方法，其特征在于：采集当前列车的车型、车号信息，调取与当前列车所对应的车型、车号的标准信息。

10.根据权利要求8或9所述的轨道列车红外检测方法，其特征在于：所述的列车实时位置信息包含可见光图像信息，所述的可见光图像信息与所述的实时红外信息迭加显示。

11.根据权利要求8或9所述的轨道列车红外检测方法，其特征在于：所述的实时位置信息包括特征部位的识别信息，所述的红外检测方法还包括在所述的实时位置信息中识别特征部位信息的步骤，以及将所述实时位置信息中的特征部位与标准信息中的特征部位点匹配的步骤。

12.根据权利要求8或9所述的轨道列车红外检测方法，其特征在于：所述的红外检测方法还包括测量列车的实时速度，并根据该实时速度同步时序采集所述的实时红外信息的步骤。

13.根据权利要求8或9所述的轨道列车红外检测方法，其特征在于：所述的标准信息包括同一列车上次过车的整车历史信息、无故障列车的整车信息、列车关键部位标准零部件的信息及阈值信息的至少一种。