CN105547160A - 铁路构件位移监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路构件位移监测系统，它包括数字图像采集设备、服务器、参考基准卡和位移标志卡，其中，参考基准卡上设有至少四个标定点，所述四个标定点中任意两个标定点之间的连线至少确定四条不重合的直线，所述位移标志卡上设有定位点，所述数字图像采集设备的镜头面向参考基准卡和位移标志卡，所述数字图像采集设备的信号输出端连接服务器的信号输入端。本发明实现了标定、测量和储存的自动进行，降低了劳动强度，同时也排除了人为及环境因素的干扰。

Description

铁路构件位移监测系统和方法

技术领域

本发明涉及铁路构件监测技术领域，具体地指一种铁路构件位移监测系统和方法。

背景技术

铁路构件的相对位置会随着环境的变化而发生改变。在某些情况下，监测这种位移是十分必要的，它不仅为保证结构的安全提供了保障，也为构件的维修提供了必要的依据。

目前对铁路构件位移的长期监测基本采用“位移传感器加采集仪”的实时监测系统。这种方法具有精度高、适应性强等优势，但同时也存在建设、维护费用高，难于大规模应用的缺点。因此开发一种廉价、稳定、精度适宜的位移监测系统是很有必要的。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种成本低，稳定可靠，精度高的铁路构件位移监测系统和方法。

为实现此目的，本发明所设计的铁路构件位移监测系统，其特征在于：它包括数字图像采集设备、服务器、参考基准卡和位移标志卡，其中，参考基准卡上设有至少四个标定点，所述四个标定点中任意两个标定点之间的连线至少确定四条不重合的直线，所述位移标志卡上设有定位点，所述数字图像采集设备的镜头面向参考基准卡和位移标志卡，所述数字图像采集设备的信号输出端连接服务器的信号输入端。

一种利用上述铁路构件位移监测系统进行铁路构件位移监测的方法，它包括如下步骤：

步骤1：在可能产生相对位移的两个铁路构件上分别安装参考基准卡和位移标志卡；

步骤2：用数字图像采集设备实时获取参考基准卡和位移标志卡的数字图像；

步骤3：数字图像采集设备将实时获取的参考基准卡和位移标志卡的数字图像传输给服务器；

步骤4：服务器识别出每个时刻下参考基准卡和位移标志卡的数字图像中的所有圆点，圆点个数有6个；

步骤5：服务器分别得到每个时刻下参考基准卡和位移标志卡的数字图像中所有圆点的圆心坐标；

步骤6：服务器分别对每个时刻下参考基准卡和位移标志卡的数字图像中的所有圆点进行如下判断；

首先找出面积最小圆点，该圆点为定位点，将该定位点命名为1号点；

再找出与定位点圆心坐标最近的圆点，该圆点为第一个标定点，命名为2号点；

再找出与定位点圆心坐标最远的圆点，该圆点为第二个标定点，命名为4号点(4号点与2号点为对角的两个点)；

再找出以2号点为圆心，以4号点为端点，顺时针方向的第一个圆点，该圆点为第三个标定点，命名为3号点；

再找出剩余两个圆点中离4号点圆心最近的圆点，该圆点为第四个标定点，命名为5号点；

最后剩下的圆点即为校核点，命名为6号点；

步骤7：服务器根据上述每个数字图像中四个标定点圆心的相对距离不变的特点，对数字图像进行像素标定，获得1个像素对应的实际距离；

步骤8：服务器选定任意一个标定点，并计算不同时刻下定位点与该选定的标定点之间的相对位置变化，即实现了对铁路构件位移的实时监测。

本发明的有益效果：

1、本发明与传统实时监测系统相比，其建设和维护费用低廉。

2、本发明与传统的人工测试相比，其实现了标定、测量和储存的自动进行，降低了劳动强度，同时也排除了人为及环境因素的干扰。

3、本发明只需在可能产生相对位移的两个铁路构件上分别安装参考基准卡和位移标志卡，并对其进行图像识别即可，安装过程简单，测量过程方便，只需技术人员对准参考基准卡和位移标志卡照相即可，其余操作均由服务器计算完成，位移识别结果准确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1—数字图像采集设备、2—服务器、3—参考基准卡、3.1—标定点、4—位移标志卡、4.1—定位点、4.2—校核点、5—二维码。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的铁路构件位移监测系统，它包括数字图像采集设备1、服务器2、参考基准卡3和位移标志卡4，其中，参考基准卡3上设有至少四个标定点3.1，所述四个标定点3.1中任意两个标定点3.1之间的连线至少确定四条不重合的直线，所述位移标志卡4上设有定位点4.1，所述数字图像采集设备1的镜头面向参考基准卡3和位移标志卡4，所述数字图像采集设备1的信号输出端连接服务器2的信号输入端。

上述技术方案中，数字图像采集设备1可以是便于进行长期实时监测的监控摄像头，也可以是便于携带的移动终端，或者其他类似设备。

上述技术方案中，数字图像采集设备1通过网络将识别结果上传至服务器2，通过对比点的位置变化，获得结构的位移情况，从而实现位移的长期检测。

上述技术方案中，所述位移标志卡4上还设有与定位点4.1并排设置的校核点4.2。校核点4.2用于对定位点4.1相对标定点3.1位移位置的校验，确保位移监测结果的准确性。

上述技术方案中，所述标定点3.1、定位点4.1和校核点4.2均为圆点，所述校核点4.2和所有标定点3.1的半径均相等，所述定位点4.1的半径小于校核点4.2的半径。定位点4.1的半径最小，利于在图像识别过程中首先定位。

上述技术方案中，所述参考基准卡3上设有二维码5。服务器2通过识别参考基准卡3上二维码5的信息，可以方便的对参考基准卡3进行定位。

上述技术方案中，所述参考基准卡3为正方形金属卡片，该正方形金属卡片上的标定点3.1有四个，四个标定点3.1分别位于正方形金属卡片的四个角落区域。

上述技术方案中，所述位移标志卡4为长方形金属卡片。

上述技术方案中，所述参考基准卡3用于安装在轨道板上，所述位移标志卡4用于安装在与上述轨道板对应的砂浆层上。

一种利用上述铁路构件位移监测系统进行铁路构件位移监测的方法，它包括如下步骤：

步骤1：在可能产生相对位移的两个铁路构件上分别安装参考基准卡3和位移标志卡4；

步骤2：用数字图像采集设备1实时获取参考基准卡3和位移标志卡4的数字图像；

步骤3：数字图像采集设备1将实时获取的参考基准卡3和位移标志卡4的数字图像传输给服务器2，服务器2对数字图像进行灰度化，对灰度图像进行二值化处理，然后去除图像中较小的空洞；

步骤4：服务器2识别出每个时刻下参考基准卡3和位移标志卡4的数字图像中的所有圆点，圆点个数有6个，当找到6个圆形区域时，识别成功；

步骤5：服务器2分别得到每个时刻下参考基准卡3和位移标志卡4的数字图像中所有圆点的圆心坐标，圆心坐标利用圆点中每个像素的坐标，求平均值得到；

步骤6：服务器2分别对每个时刻下参考基准卡3和位移标志卡4的数字图像中的所有圆点进行如下判断；

首先找出面积最小圆点，该圆点为定位点4.1，将该定位点4.1命名为1号点；

再找出与定位点4.1圆心坐标最近的圆点，该圆点为第一个标定点3.1，命名为2号点；

再找出与定位点4.1圆心坐标最远的圆点，该圆点为第二个标定点3.1，命名为4号点；

再找出以2号点为圆心，以4号点为端点，顺时针方向的第一个圆点，该圆点为第三个标定点3.1，命名为3号点；

再找出剩余两个圆点中离4号点圆心最近的圆点，该圆点为第四个标定点3.1，命名为5号点；

最后剩下的圆点即为校核点4.2，命名为6号点；

根据2号点、3号点、4号点和5号点圆心的相对位置的特点(可为矩形，但不限于矩形)，对图像进行畸形矫正，以剔除拍摄角度对监测结果的影响；

步骤7：服务器2根据上述每个数字图像中四个标定点3.1圆心的相对距离不变的特点，对数字图像进行像素标定，获得1个像素对应的实际距离；

步骤8：服务器2选定任意一个标定点3.1，并计算不同时刻下定位点4.1与该选定的标定点3.1之间的相对位置变化，即实现了对铁路构件位移的实时监测。

步骤9，服务器2计算不同时刻下校核点4.2与该选定的标定点3.1之间的相对位置变化，并与步骤8中得到的相对位置变化量进行比较，如两个相对位置变化量之差大于阈值(0.5mm)则重新进行识别，或提请人工干预。

步骤4中，服务器2根据如下公式识别出每个时刻下参考基准卡3和位移标志卡4的数字图像中的所有圆点；

$\mathrm{\ϵ}=\frac{4\mathrm{\π}S}{L^2}$

其中，S为被识别区域面积，L为被识别区域周长，当ε范围在0.85～1之间时，即确定识别区域为圆点。

本发明使用四个标定点3.1、一个定位点4.1和一个校核点4.2相配合的定位方式，保证了位移监测结果的准确性。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种铁路构件位移监测系统，其特征在于：它包括数字图像采集设备(1)、服务器(2)、参考基准卡(3)和位移标志卡(4)，其中，参考基准卡(3)上设有至少四个标定点(3.1)，所述四个标定点(3.1)中任意两个标定点(3.1)之间的连线至少确定四条不重合的直线，所述位移标志卡(4)上设有定位点(4.1)，所述数字图像采集设备(1)的镜头面向参考基准卡(3)和位移标志卡(4)，所述数字图像采集设备(1)的信号输出端连接服务器(2)的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的铁路构件位移监测系统，其特征在于：所述位移标志卡(4)上还设有与定位点(4.1)并排设置的校核点(4.2)。

3.根据权利要求2所述的铁路构件位移监测系统，其特征在于：所述标定点(3.1)、定位点(4.1)和校核点(4.2)均为圆点，所述校核点(4.2)和所有标定点(3.1)的半径均相等，所述定位点(4.1)的半径小于校核点(4.2)的半径。

4.根据权利要求1所述的铁路构件位移监测系统，其特征在于：所述参考基准卡(3)上设有二维码(5)。

5.根据权利要求1所述的铁路构件位移监测系统，其特征在于：所述参考基准卡(3)为正方形金属卡片，该正方形金属卡片上的标定点(3.1)有四个，四个标定点(3.1)分别位于正方形金属卡片的四个角落区域。

6.根据权利要求1所述的铁路构件位移监测系统，其特征在于：所述位移标志卡(4)为长方形金属卡片。

7.根据权利要求1所述的铁路构件位移监测系统，其特征在于：所述参考基准卡(3)用于安装在轨道板上，所述位移标志卡(4)用于安装在与上述轨道板对应的砂浆层上。

8.一种利用权利要求1～7中任意一项所述铁路构件位移监测系统进行铁路构件位移监测的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在可能产生相对位移的两个铁路构件上分别安装参考基准卡(3)和位移标志卡(4)；

步骤2：用数字图像采集设备(1)实时获取参考基准卡(3)和位移标志卡(4)的数字图像；

步骤3：数字图像采集设备(1)将实时获取的参考基准卡(3)和位移标志卡(4)的数字图像传输给服务器(2)；

步骤4：服务器(2)识别出每个时刻下参考基准卡(3)和位移标志卡(4)的数字图像中的所有圆点，圆点个数有6个；

步骤5：服务器(2)分别得到每个时刻下参考基准卡(3)和位移标志卡(4)的数字图像中所有圆点的圆心坐标；

步骤6：服务器(2)分别对每个时刻下参考基准卡(3)和位移标志卡(4)的数字图像中的所有圆点进行如下判断；

首先找出面积最小圆点，该圆点为定位点(4.1)，将该定位点(4.1)命名为1号点；

再找出与定位点(4.1)圆心坐标最近的圆点，该圆点为第一个标定点(3.1)，命名为2号点；

再找出与定位点(4.1)圆心坐标最远的圆点，该圆点为第二个标定点(3.1)，命名为4号点；

再找出以2号点为圆心，以4号点为端点，顺时针方向的第一个圆点，该圆点为第三个标定点(3.1)，命名为3号点；

再找出剩余两个圆点中离4号点圆心最近的圆点，该圆点为第四个标定点(3.1)，命名为5号点；

最后剩下的圆点即为校核点(4.2)，命名为6号点；

步骤7：服务器(2)根据上述每个数字图像中四个标定点(3.1)圆心的相对距离不变的特点，对数字图像进行像素标定，获得1个像素对应的实际距离；

步骤8：服务器(2)选定任意一个标定点(3.1)，并计算不同时刻下定位点(4.1)与该选定的标定点(3.1)之间的相对位置变化，即实现了对铁路构件位移的实时监测。

9.根据权利要求8所述的铁路构件位移监测方法，其特征在于：所述步骤8后还包括步骤9，服务器(2)计算不同时刻下校核点(4.2)与该选定的标定点(3.1)之间的相对位置变化，并与步骤8中得到的相对位置变化量进行比较，如两个相对位置变化量之差大于阈值则重新进行识别，或提请人工干预。

10.根据权利要求8所述的铁路构件位移监测方法，其特征在于：所述步骤4中，服务器(2)根据如下公式识别出每个时刻下参考基准卡(3)和位移标志卡(4)的数字图像中的所有圆点；

$\mathrm{\ϵ}=\frac{4\mathrm{\π}S}{L^2}$

其中，S为被识别区域面积，L为被识别区域周长，当ε范围在0.85～1之间时，即确定识别区域为圆点。