CN105235713A - 基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法。步骤如下：沿列车前进方向在轨道内侧依次设置第一、二、三激光位移传感器，第四激光位移传感器设置于轨道外侧且与第三激光位移传感器对称；将该四个激光位移传感器同时探测车轮得到的探测点坐标进行坐标变换；将坐标变换后的第三、四激光位移传感器的探测数据融合到同一坐标系上，得到完整踏面轮廓线；根据坐标变换之后的数据，对踏面右端面进行提取，确定踏面右端面的横坐标；对踏面曲线进行分段拟合后，根据踏面右端面横坐标值，分别提取第一、二、三激光位移传感器测得的踏面基准点坐标并得到车轮直径。本发明结构布设方便、系统稳定、测量原理简单，能够进行高精度的在线非接触式测量。

Description

基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法

技术领域

本发明属于铁路车轮检测技术领域，特别是一种基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法。

背景技术

轮对质量优劣对列车运行安全至关重要，而轮对的外形尺寸是衡量轮对技术状态的重要指标。列车轮对在运行一段时间以后，要按照相关要求对轮对进行检修。在检修中，对轮对几何尺寸、位置准确度的检测十分重要，检测数据是否准确直接关系到轮对的检修装配质量以及列车的行车安全。因此针对车轮轮对尺寸的在线检测成为保障列车安全运行的重要基础。

轮对尺寸动态在线检测技术和系统一直是国内外轨道交通研究的重点。美国、丹麦、日本、俄罗斯和罗马尼亚等国家在轮对自动检测技术上较为成熟，但国外轮对检测系统安装要求高且成本高，因此不适合国内地铁公司的实际情况。国内轮对尺寸的在线检测系统有成都主导科技公司研制的LY系列轮对动态检测系统、广州复旦奥特公司研制的AUT-3500轮对尺寸在线监测系统。二者均实现了轮对几何参数的自动测量，但系统结构复杂，易受环境干扰，重复测量精度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构布设方便、系统稳定、测量原理简单的基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，实现高精度的在线非接触式测量。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，包括以下步骤：

步骤1，布设传感器：沿列车前进方向在轨道内侧依次设置第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3，在轨道外侧设置第四激光位移传感器L4，第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4关于二者之间的轨道对称设置；

步骤2，坐标变换：第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4同时探测车轮得到探测点坐标，对该四个激光位移传感器的探测数据进行坐标旋转实现坐标变换；

步骤3，数据融合并获取轮缘高：将步骤2所得坐标变换后的第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4的探测数据融合到同一坐标系上，得到完整踏面轮廓线，进而确定车轮轮缘高；

步骤4，踏面右端面提取：根据第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4经步骤2坐标变换之后的数据，对踏面右端面进行提取，确定踏面右端面的横坐标；

步骤5，踏面曲线拟合及提取踏面基准点：对踏面曲线进行分段拟合后，根据步骤4得到的踏面右端面横坐标值，分别提取第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标；

步骤6，计算车轮直径：根据步骤5得到的第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标即滚动圆上的三个不同点坐标，计算得到车轮直径。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)测量装置只需四个激光位移传感器即可实现对轮对尺寸的检测且系统稳定、测量原理简单；(2)在线非接触式测量，可以在列车运行过程中对轮对尺寸进行检测，不仅保证了轮对的运行安全，同时提高了轮对检测效率。

附图说明

图1是本发明基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法的流程图。

图2是本发明中激光位移传感器安装俯视图。

图3是本发明中轮对踏面探测传感器安装示意图。

图4是本发明中经坐标变换、数据融合后的踏面数据点。

图5是本发明中第一、二、三激光位移传感器经坐标变换后的数据点。

具体实施方式

本发明是基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，首先对传感器输出数据进行处理，获得踏面基准点坐标，然后根据几何关系计算得到轮径。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

结合图1，本发明基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，包括以下步骤：

步骤1，布设传感器：图2为四个激光位移传感器的安装俯视图，沿列车前进方向在轨道内侧依次设置第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3，在轨道外侧设置第四激光位移传感器L4，第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4关于二者之间的轨道对称设置；

所述第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4至轨道的垂直距离均为L，L的范围为200mm～400mm；第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4与沿钢轨方向的直线夹角分别为α₁、α₂、α₃、α₄，α₁、α₂、α₃、α₄的范围均为15°～65°；如图3所示，第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4与铅垂线的夹角分别为β₁、β₂、β₃、β₄，β₁、β₂、β₃、β₄L的范围为40°～60°。

步骤2，坐标变换：第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4同时探测车轮得到探测点坐标，对该四个激光位移传感器的探测数据进行坐标旋转实现坐标变换，具体如下：

(2.1)第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4同时探测车轮得到探测点坐标，所述探测点坐标以激光发射方向的中心线为y轴、垂直于激光发射方向的中心线为x轴、激光源为坐标原点；

(2.2)对轨道内侧的第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3输出的二维坐标值(x_n ⁽ⁱ⁾,y_n ⁽ⁱ⁾)，根据以下公式进行坐标变换，变换到以激光源为原点，垂直于轨道的直线为x轴，平行于车轮端面的直线为y轴的坐标系下得(u_n ⁽ⁱ⁾,v_n ⁽ⁱ⁾)：

$\{\begin{array}{c}{u_n}^{\left(i\right)}=x_n^{\left(i\right)}{\mathrm{cos\β}}_i-y_n^{\left(i\right)}{\mathrm{sin\β}}_i\\ {v_n}^{\left(i\right)}=y_n^{\left(i\right)}{\mathrm{cos\β}}_i+x_n^{\left(i\right)}{\mathrm{sin\β}}_i\end{array},i=1,2,3---\left(1\right)$

其中，β_i为激光位移传感器与铅垂线的夹角；上标i＝1,2,3分别对应第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3；

(2.3)对轨道外侧的第四激光位移传感器L4输出的二维坐标值(x_n ⁽⁴⁾,y_n ⁽⁴⁾)，根据以下公式进行坐标变换，变换到以激光源为原点，垂直于轨道的直线为x轴，平行于车轮端面的直线为y轴的坐标系下得(u_n ⁽⁴⁾,v_n ⁽⁴⁾)：

$\{\begin{array}{c}{u_n}^{\left(4\right)}=x_n^{\left(4\right)}{\mathrm{cos\β}}_4+y_n^{\left(4\right)}{\mathrm{sin\β}}_4\\ {v_n}^{\left(4\right)}=y_n^{\left(4\right)}{\mathrm{cos\β}}_4-x_n^{\left(4\right)}{\mathrm{sin\β}}_4\end{array}---\left(2\right)$

其中，β₄为第四激光位移传感器L4与铅垂线的夹角。

步骤3，数据融合并获取轮缘高：将步骤2所得坐标变换后的第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4的探测数据融合到同一坐标系上，得到完整踏面轮廓线，进而确定车轮轮缘高，具体过程如下：

(3.1)将步骤2所得坐标变换后的第四激光位移传感器L4的探测数据进行坐标平移，平移到坐标变换后第三激光位移传感器L3的探测数据所在坐标系下，进行数据融合，公式如下：

$\begin{array}{c}{u}_n=u_n^{\left(4\right)}+a\\ v_n=v_n^{\left(4\right)}+b\end{array}---\left(3\right)$

其中，(a,b)为第四激光位移传感器L4的原始坐标原点在第三激光位移传感器L3坐标变换后的坐标系中的坐标值，(u_n,v_n)为(x_n ⁽³⁾,y_n ⁽³⁾)、(x_n ⁽⁴⁾,y_n ⁽⁴⁾)在融合坐标系中的坐标值。

(3.2)图4为通过数据融合得到的完整踏面轮廓线的离散数据点，通过数据融合得到完整的踏面轮廓线，进而得到轮缘高h。

步骤4，踏面右端面提取：根据第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4经步骤2坐标变换之后的数据，对踏面右端面进行提取，确定踏面右端面的横坐标，图5为第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3输出数据点经过坐标变换后的数据点，结合图5，具体过程如下：

假设步骤2坐标变换后得到的踏面有效数据点为(x_k,y_k)，提取满足式(4)的点：

|x_k-x_k-1|<ε(4)

式中，ε为激光位移传感器在步骤(2.1)中建立的坐标系下x轴上的分辨率；

对满足条件的横坐标值求平均作为踏面右端面的横坐标值，记第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3踏面右端面的横坐标值分别为x_L1,x_L2,x_L3。

步骤5，踏面曲线拟合及提取踏面基准点：对踏面曲线进行分段拟合后，根据步骤4得到的踏面右端面横坐标值，分别提取第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标，具体过程如下：

(5.1)对第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面轮廓线进行最小二乘法的曲线拟合，得到踏面曲线方程；

(5.2)轨道内侧的第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3能够测量到轮缘和踏面轮廓，根据步骤4所提取的踏面右端面的横坐标值，分别得到第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3踏面右端面所在直线l₁,l₃；所述l₁,l₃为垂直于在步骤(2.2)中建立的坐标系下x轴的直线，且其横坐标值分别为x_L1,x_L3；

由基准点定义知，踏面上与右端面直线l_1、l₃相距70mm的点为基准点，记第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3所得踏面基准点a₁,a₃的坐标分别为(x_c1,y_c1)、(x_c3,y_c3)，其中，x_c1＝x_L1-70，x_c3＝x_L3-70；由基准点横坐标值，根据拟合的踏面曲线方程得到基准点纵坐标值y_c1、y_c3；

(5.3)轨道内侧的第二激光位移传感器L2只能测量到轮缘和部分轨道轮廓，测不到踏面轮廓，所以无法直接根据第二激光位移传感器L2输出的踏面数据提取基准点，具体处理方法如下：

根据步骤4所提取到的踏面右端面的横坐标值，得到第二激光位移传感器L2垂直于在步骤(2.2)中建立的坐标系下X轴的踏面右端面所在直线l₂，直线l₂的横坐标值为x_L2，记第二激光位移传感器L2所得基准点a₂的坐标为(x_c2,y_c2)，其中，x_c2＝x_L2-70；

根据第二激光位移传感器L2拟合的踏面曲线方程得到轮缘顶点坐标(m,n)，结合步骤3得到的轮缘高h，确定基准点a₂的纵坐标y_c2：

y_c2＝n-h(5)

步骤6，计算车轮直径：根据步骤5得到的第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标即滚动圆上的三个不同点坐标，计算得到车轮直径，具体过程如下：

步骤5得到的第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标为滚动圆上的三个不同点坐标，分别为a₁(x_c1,y_c1)、a₂(x_c2,y_c2)、a₃(x_c3,y_c3)，根据式(6)确定滚动圆的圆心为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_0=\frac{(y_{c_1}-y_{c_3})(x_{c_1}^2-x_{c_2}^2+y_{c_1}^2-y_{c_2}^2)-(y_{c_1}-y_{c_2})(x_{c_1}^2-x_{c_3}^2+y_{c_1}^2-y_{c_3}^2)}{2(x_{c_1}-x_{c_2})(y_{c_1}-y_{c_3})-2(x_{c_1}-x_{c_3})(y_{c_1}-y_{c_2})}\\ y_0=\frac{(x_{c_1}-x_{c_2})(x_{c_1}^2-x_{c_3}^2+y_{c_1}^2-y_{c_3}^2)-(x_{c_1}-x_{c_3})(x_{c_1}^2-x_{c_2}^2+y_{c_1}^2-y_{c_2}^2)}{2(x_{c_1}-x_{c_2})(y_{c_1}-y_{c_3})-2(x_{c_1}-x_{c_3})(y_{c_1}-y_{c_2})}\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中，(x₀,y₀)为滚动圆的圆心坐标，则滚动圆的直径D为：

$D=2\&CenterDot;\sqrt{{(x_0-x_{c_1})}^2+{(y_0-y_{c_1})}^2}---\left(7\right)$

所求得D即为车轮直径。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

结合图2～3，两个激光位移传感器与轨道成45°角安装于轨道两侧，则β₃、β₄为45°，激光位移传感器的采样频率为200Hz，四个激光位移传感器距离钢轨的垂直距离均为300mm。

首先，当车轮经过四个激光位移传感器的有效测量范围时对车轮进行探测，将探测的数据点坐标按下式进行坐标变化，

将第四激光位移传感器L4的数据按下式进行坐标平移数从而与第三激光位移传感器L3的数据点进行融合获取车轮踏面轮廓。由图4得到车轮轮高为28.63mm。

$u_n=u_n^{\left(4\right)}-600$

$v_n=v_n^{\left(4\right)}+38.79$

由图4中的几何关系可以确定得车轮轮高为28.63mm。

根据步骤2得到的变换后的数据点，对第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3提取满足|x_k-x_k-1|<0.01的点，并对这些点的横坐标进行算数平均运算，得到踏面右端面的横坐标值分别为：

x_L1＝217.7135,x_L2＝-186.3533,x_L3＝-216.866。

根据最小二乘法原理对第一激光位移传感器L1和第三激光位移传感器L3的踏面部分以及第二激光位移传感器L2轮缘部分进行四阶曲线拟合。拟合方程分别如下：

$\begin{array}{c}f\left(x\right)=--0.0000024x^4+0.004999x^3-2.2118708x^2+434.8046238x-31776.7098554\\ h\left(x\right)=0.0000022x^4+0.0025248x^3+1.0702319x^2+201.3040438x+14448.0042526\\ g\left(x\right)=0.0000709x^4+0.0572423x^3+17.3782586x^2+2350.6031183x+119729.2955963\end{array}$ 根据步骤4得到的第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3的踏面右端面的横坐标值，可以确定第一激光位移传感器L1和第三激光位移传感器L3的踏面基准点横坐标分别为217.71，-286.86，然后带入拟合方程f(x)，h(x)得到第一激光位移传感器L1和第三激光位移传感器L3的踏面基准点纵坐标分别为-186.35，275.78。因此第一激光位移传感器L1和第三激光位移传感器L3的踏面基准点a₁，a₃的坐标为(217.71，-186.35)、(-286.86，275.78)。

根据步骤4得到的第二激光位移传感器L2的踏面右端面的横坐标值，可以确定根据第二激光位移传感器L2踏面基准点横坐标为-256.35，由第二激光位移传感器L2处轮缘拟合曲线g(x)得到其轮缘顶点坐标(-200.53,217.08)，结合已得到的轮缘高，确定基准点a₂的纵坐标值为245.71。因此，第二激光位移传感器L2的踏面基准点a₂的坐标为(-256.35，245.71)。

最后，根据滚动圆上三点的坐标a₁(217.71，-186.35)、a₂(-256.35，245.71)、a₃(-286.86，275.78)求得滚动圆直径为838.11mm，即车轮轮径D＝838.11mm。

根据人工测量该车轮的实际轮径为838.3mm，可见该方法满足现场实际测量要求。本发明通过四个激光位移传感器配合工作，实现了轮径的非接触式在线检测，大大提高了系统的稳定性和测量结果的精确性。

Claims (7)

1.一种基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，布设传感器：沿列车前进方向在轨道内侧依次设置第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3，在轨道外侧设置第四激光位移传感器L4，第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4关于二者之间的轨道对称设置；

步骤2，坐标变换：第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4同时探测车轮得到探测点坐标，对该四个激光位移传感器的探测数据进行坐标旋转实现坐标变换；

步骤3，数据融合并获取轮缘高：将步骤2所得坐标变换后的第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4的探测数据融合到同一坐标系上，得到完整踏面轮廓线，进而确定车轮轮缘高；

步骤4，踏面右端面提取：根据第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4经步骤2坐标变换之后的数据，对踏面右端面进行提取，确定踏面右端面的横坐标；

步骤5，踏面曲线拟合及提取踏面基准点：对踏面曲线进行分段拟合后，根据步骤4得到的踏面右端面横坐标值，分别提取第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标；

步骤6，计算车轮直径：根据步骤5得到的第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标即滚动圆上的三个不同点坐标，计算得到车轮直径。

2.根据权利要求书1所述的基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，其特征在于，步骤1所述第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4至轨道的垂直距离均为L，L的范围为200mm～400mm；第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4与沿钢轨方向的直线夹角分别为α₁、α₂、α₃、α₄，α₁、α₂、α₃、α₄的范围均为15°～65°；第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4与铅垂线的夹角分别为β₁、β₂、β₃、β₄，β₁、β₂、β₃、β₄的范围为40°～60°。

3.根据权利要求书1所述的基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，其特征在于，步骤2所述坐标变换，具体如下：

(2.1)第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4同时探测车轮得到探测点坐标，所述探测点坐标以激光发射方向的中心线为y轴、垂直于激光发射方向的中心线为x轴、激光源为坐标原点；

(2.2)对轨道内侧的第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3输出的二维坐标值(x_n ⁽ⁱ⁾,y_n ⁽ⁱ⁾)，根据以下公式进行坐标变换，变换到以激光源为原点，垂直于轨道的直线为x轴，平行于车轮端面的直线为y轴的坐标系下得(u_n ⁽ⁱ⁾,v_n ⁽ⁱ⁾)：

$\left\{\begin{array}{c}{u_n}^{\left(i\right)}=x_n^{\left(i\right)}{\mathrm{cos\&beta;}}_i-y_n^{\left(i\right)}{\mathrm{sin\&beta;}}_i\\ {v_n}^{\left(i\right)}=y_n^{\left(i\right)}{\mathrm{cos\&beta;}}_i+x_n^{\left(i\right)}{\mathrm{sin\&beta;}}_i\end{array}\right.,i=1,2,3---\left(1\right)$

其中，β_i为激光位移传感器与铅垂线的夹角；上标i＝1,2,3分别对应第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3；

(2.3)对轨道外侧的第四激光位移传感器L4输出的二维坐标值(x_n ⁽⁴⁾,y_n ⁽⁴⁾)，根据以下公式进行坐标变换，变换到以激光源为原点，垂直于轨道的直线为x轴，平行于车轮端面的直线为y轴的坐标系下得(u_n ⁽⁴⁾,v_n ⁽⁴⁾)：

$\left\{\begin{array}{c}{u_n}^{\left(4\right)}=x_n^{\left(4\right)}{\mathrm{cos\&beta;}}_4+y_n^{\left(4\right)}{\mathrm{sin\&beta;}}_4\\ {v_n}^{\left(4\right)}=y_n^{\left(4\right)}{\mathrm{cos\&beta;}}_4-x_n^{\left(4\right)}{\mathrm{sin\&beta;}}_4\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，β₄为第四激光位移传感器L4与铅垂线的夹角。

4.根据权利要求书1所述的基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，其特征在于，步骤3所述数据融合并获取轮缘高，具体过程如下：

(3.1)将步骤2所得坐标变换后的第四激光位移传感器L4的探测数据进行坐标平移，平移到坐标变换后第三激光位移传感器L3的探测数据所在坐标系下，进行数据融合，公式如下：

$\begin{array}{c}{u}_n=u_n^{\left(4\right)}+a\\ v_n=v_n^{\left(4\right)}+b\end{array}---\left(3\right)$

其中，(a,b)为第四激光位移传感器L4的原始坐标原点在第三激光位移传感器L3坐标变换后的坐标系中的坐标值，(u_n,v_n)为(x_n ⁽³⁾,y_n ⁽³⁾)、(x_n ⁽⁴⁾,y_n ⁽⁴⁾)在融合坐标系中的坐标值；

(3.2)通过数据融合得到完整的踏面轮廓线，进而得到轮缘高h。

5.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，其特征在于，步骤4所述的踏面右端面提取，具体过程如下：

假设步骤2坐标变换后得到的踏面有效数据点为(x_k,y_k)，提取满足式(4)的点：

|x_k-x_k-1|<ε(4)

式中，ε为激光位移传感器在步骤(2.1)中建立的坐标系下x轴上的分辨率；

对满足条件的横坐标值求平均作为踏面右端面的横坐标值，记第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3踏面右端面的横坐标值分别为x_L1,x_L2,x_L3。

6.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，其特征在于，步骤5所述的踏面曲线拟合及提取踏面基准点，具体过程如下：

(5.1)对第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面轮廓线进行最小二乘法的曲线拟合，得到踏面曲线方程；

(5.2)轨道内侧的第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3能够测量到轮缘和踏面轮廓，根据步骤4所提取的踏面右端面的横坐标值，分别得到第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3踏面右端面所在直线l₁,l₃；所述l₁,l₃为垂直于在步骤(2.2)中建立的坐标系下x轴的直线，且其横坐标值分别为x_L1,x_L3；

由基准点定义知，踏面上与右端面直线l_1、l₃相距70mm的点为基准点，记第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3所得踏面基准点a₁,a₃的坐标分别为(x_c1,y_c1)、(x_c3,y_c3)，其中，x_c1＝x_L1-70，x_c3＝x_L3-70；由基准点横坐标值，根据拟合的踏面曲线方程得到基准点纵坐标值y_c1、y_c3；

(5.3)轨道内侧的第二激光位移传感器L2只能测量到轮缘和部分轨道轮廓，测不到踏面轮廓，所以无法直接根据第二激光位移传感器L2输出的踏面数据提取基准点，具体处理方法如下：

根据步骤4所提取到的踏面右端面的横坐标值，得到第二激光位移传感器L2垂直于在步骤(2.2)中建立的坐标系下X轴的踏面右端面所在直线l₂，直线l₂的横坐标值为x_L2，记第二激光位移传感器L2所得基准点a₂的坐标为(x_c2,y_c2)，其中，x_c2＝x_L2-70；

根据第二激光位移传感器L2拟合的踏面曲线方程得到轮缘顶点坐标(m,n)，结合步骤3得到的轮缘高h，确定基准点a₂的纵坐标y_c2：

y_c2＝n-h(5)

。

7.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的城轨车辆车轮直径在线检测方法，其特征在于，步骤6所述计算车轮直径，具体过程如下：

步骤5得到的第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标为滚动圆上的三个不同点坐标，分别为a₁(x_c1,y_c1)、a₂(x_c2,y_c2)、a₃(x_c3,y_c3)，根据式(6)确定滚动圆的圆心为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_0=\frac{(y_{c_1}-y_{c_3})(x_{c_1}^2-x_{c_2}^2+y_{c_1}^2-y_{c_2}^2)-(y_{c_1}-y_{c_2})(x_{c_1}^2-x_{c_3}^2+y_{c_1}^2-y_{c_3}^2)}{2(x_{c_1}-x_{c_2})(y_{c_1}-y_{c_3})-2(x_{c_1}-x_{c_3})(y_{c_1}-y_{c_2})}\\ y_0=\frac{(x_{c_1}-x_{c_2})(x_{c_1}^2-x_{c_3}^2+y_{c_1}^2-y_{c_3}^2)-(y_{c_1}-y_{c_3})(x_{c_1}^2-x_{c_2}^2+y_{c_1}^2-y_{c_2}^2)}{2(x_{c_1}-x_{c_2})(y_{c_1}-y_{c_3})-2(x_{c_1}-x_{c_3})(y_{c_1}-y_{c_2})}\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中，(x₀,y₀)为滚动圆的圆心坐标，则滚动圆的直径D为：

$D=2\&CenterDot;\sqrt{{(x_0-x_{c_1})}^2+{(y_0-y_{c_1})}^2}---\left(7\right)$

所求得D即为车轮直径。