CN106091959A - 一种城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测方法及其系统，通过激光发射和接收装置接收到一组列车车轮经过时的时间序列，结合现场安装的安装参数，首先计算出车轮经过时的瞬时速度，在通过速度计算出激光在车轮上划过的弦长，最后通过文中给出的算法计算出轮缘顶点圆的直径。本发明采用两组高低激光发射接收装置进行轮缘顶点圆的直径测量，不需要另外布置车速测量传感器；两组高低激光发射接收装置独立计算出轮缘顶点园的直径，并对结果求平均，可以极大的减小误差。

Description

一种城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测方法及其系统

技术领域

本发明属于轨道车辆在线监测领域，特别是一种城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测方法及其系统。

背景技术

城市轨道交通系统中，轮对承载着整部列车的重量，是列车走行系中及其重要的部件。随着列车运营里程的增加，列车车轮不断磨耗，车轮直径不断减小，对车轮直径进行监测防止因磨耗过度导致列车安全事故的发生。同时，同轴车轮直径相差过大，会加剧车轮的磨耗，并对列车的安全运营有很大的影响。因此，车轮直径的监测对列车的安全运行至关重要。列车车轮轮缘顶点圆直径减去2倍的轮缘高即可得到车轮直径，所以对轮缘顶点圆直径的检测是十分重要的。

目前，我国的车轮直径测量主要依赖人工使用轮径尺进行测量。使用轮径尺时，不仅费时费力，而且精度与人工测量时的力度、轮径尺的使用状况等有很大关系。近年来，随着激光及图像技术的发展，出现了一批非接触式的轮径测量装置和方法。专利CN102901457A(一种列车车轮直径动态测量方法及系统)利用基于线结构光视觉传感器的CCD相机，获取列车车轮和车轴断面轮廓光条的图像，然后通过坐标变换获得三个轮廓图像将轮缘顶点的坐标归化到全局坐标下，从而计算出轮缘顶点圆直径，最后通过轮缘顶点圆直径减去两倍轮缘高可以得到车轮直径。该方法使用的视觉传感器价格昂贵，且视觉系统受外界光线干扰比较严重，需要进行曲线拟合及坐标变换，计算过程繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构布设方便、计算速度快、测量结果准确的城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测方法及其系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检

测方法及其系统，步骤如下：

步骤1，传感器布设：沿着列车前进方向，在轨道内侧依次设置四个激光发射装置，分别记为HS1、LS1、LS2、HS2，四个激光发射装置在同一条直线上且平行于轨道延伸方向，激光发射装置发射的激光沿轨道延伸的垂直方向由轨道内侧射向轨道外侧；在轨道外侧依次设置四个激光接收装置，记为HR1、LR1、LR2、HR2，四个激光接收装置处于同一竖直面上且该竖直面平行于轨道延伸方向，HR1接收HS1发出的激光，HR2接收HS2发出的激光，HR3接收HS3发出的激光，HR4接收HS4发出的激光；HS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₁，LS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₂，LS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₃，HS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₄，安装时保证α₁＝α₂＝α₃＝α₄；安装时，激光发射装置HS1、HS2低于轨平面，以保证列车和激光发射装置的安全；

步骤2，安装参数的获取：激光发射装置HS1、HS2处于同一水平高度且激光束之间的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2处于同一高度且激光束之间的间距为L₂，HS1、HS2激光发射装置的位置比LS1、LS2的位置高，HS1与LS1的垂直高度差为h₁，HS2与LS2的垂直高度差为h₂，安装时h₁＝h₂；

步骤3，传感器数据获取：当车轮经过时，激光接收装置HR1、LR1、LR2、HR2会分别经历“导通——截止——导通”的状态，激光接收装置记录下各状态变化的时刻，每一个车轮会得到由8个时刻数据组成的一组时间序列；

步骤4，车辆速度获取：根据激光发射装置HS1、HS2的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2的间距为L₂以及步骤3中获取的状态变化时的时刻数据，得到车轮通过设备时的瞬时速度；

步骤5，车轮轮缘顶点圆直径计算：根据步骤4得到的列车瞬时速度，结合车轮通过时的时刻，得到激光打在车轮上不同高度的两组弦长，从而计算得到车轮轮缘顶点圆的直径。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)采用两组高低激光发射接收装置进行轮缘顶点圆的直径测量，不需要另外布置车速测量传感器；(2)两组高低激光发射接收装置独立计算出轮缘顶点园的直径，并对结果求平均，可以极大的减小误差；(3)具有在线非接触式测量等优点，为实现车轮直径在线测量提供了一种精确度更高的解决方案。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明车轮轮缘顶点圆直径检测方法的流程图。

图2是车轮轮缘顶点圆直径检测的传感器安装示意图。

图3是车轮轮缘顶点圆直径检测的传感器布设图。

图4是车轮轮缘顶点圆直径检测的传感器安装截面图。

图5是车轮时刻序列示意图。

图6是直径计算原理说明图。

具体实施方式

结合图1，本发明城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测方法，步骤如下：

步骤1，传感器布设：传感器包括激光发射装置和激光接收装置。如图2所示，沿着列车前进方向，在轨道内侧依次设置四个激光发射装置，分别记为HS1、LS1、LS2、HS2，四个激光发射装置在同一条直线上且平行于轨道延伸方向，激光发射装置发射的激光沿轨道延伸的垂直方向由轨道内侧射向轨道外侧；在轨道外侧依次设置四个激光接收装置，记为HR1、LR1、LR2、HR2，四个激光接收装置处于同一竖直面上且该竖直面平行于轨道延伸方向，HR1接收HS1发出的激光，HR2接收HS2发出的激光，HR3接收HS3发出的激光，HR4接收HS4发出的激光；HS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₁，LS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₂，LS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₃，HS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₄，安装时保证α₁＝α₂＝α₃＝α₄；安装时，激光发射装置HS1、HS2低于轨平面，以保证列车和激光发射装置的安全。

所述激光发射装置由调制编码器和激光发射器组成，激光接收装置由激光接收器、放大检波器和调制解调器组成，调制编码器调制出一定频率的激光由激光发射器发出；当激光接收器接收到激光时，通过调制解调器对激光的频率进行解析，当激光频率符合接收条件时记录下开始照射和结束照射的时刻，若激光频率不符合接收条件，该光线是噪声或受到干扰，予以滤除；整个“接收——判断——记录”过程在30微秒以内完成以保证精度。

所述的激光束与水平夹角α₁、α₂、α₃、α₄应满足：HS1、HS2发射的激光照射在车轮内侧，光斑高度低于车轮圆心、高于LS1、LS2发射的光线且不会照射到车轮的刹车片以及其他车底装置上；LS1、LS2发射的激光照射在车轮内侧，高度高于轨面、低于HS1、HS2发射的光线且不会照射到车轮的刹车片以及其他车底装置上。

步骤2，安装参数的获取：如图3、图4所示，激光发射装置HS1、HS2处于同一水平高度且激光束之间的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2处于同一高度且激光束之间的间距为L₂，HS1、HS2激光发射装置的位置比LS1、LS2的位置高，HS1与LS1的垂直高度差为h₁，HS2与LS2的垂直高度差为h₂，安装时h₁＝h₂。

所述的激光发射装置HS1、HS2之间的距离L₁和LS1、LS2之间的距离L₂满足以下条件：840mm<L₁<L₂<3140mm，即L₁大于标准轮对的直径值(840mm)，防止出现LS1与LS2发射的激光同时打在车轮上的情况，造成激光之间的干扰和时间序列的混乱；L₂应小于转向架的前后轴距(2300mm)与标准轮对的直径值(840mm)的和值，使一个车轮测量期间不会有另一个车轮进入LS1的检测区域。

步骤3，传感器数据获取：当车轮经过时，激光接收装置HR1、LR1、LR2、HR2会分别经历“导通——截止——导通”的状态，激光接收装置记录下各状态变化的时刻，每一个车轮会得到由8个时刻数据组成的一组时间序列。

所述的时间序列有以下8个时刻依次构成：①HR1由“导通——截止”的时刻t₁；②LR1由“导通——截止”的时刻t₂；③HR1由“截止——导通”的时刻t₃；④LR1由“截止——导通”的时刻t₄；⑤LR2由“导通——截止”的时刻t₅；⑥HR2由“导通——截止”的时刻t₆；⑦LR2由“截止——导通”的时刻t₇；⑧HR2由“截止——导通”的时刻t₈。其中车轮开始遮挡HS1的时刻t₁和离开HS1的时刻t₃，以及车轮开始遮挡LS1的时刻t₂和离开LS1的时刻t₄，可以求得HS1和LS1在车轮上划过的不同高度但平行的两条弦长；根据车轮开始遮挡LS2的时刻t₅和离开LS2的时刻t₇，以及车轮开始遮挡HS2的时刻t₆和离开HS2的时刻t₈，如图5所示。

步骤4，车辆速度获取：根据激光发射装置HS1、HS2的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2的间距为L₂以及步骤3中获取的状态变化时的时刻数据，得到车轮通过设备时的瞬时速度。所述的车轮通过时的瞬时速度求取步骤如下：

第1步，根据步骤2获得激光发射装置HS1、HS2之间的距离L₁和LS1、LS2之间的距离L₂；

第2步，根据步骤3获取车轮开始遮挡HS1的时刻t₁和开始遮挡HS2的时刻t₆，以及HS1、HS2激光束之间距离L₁可以求得一个瞬时速度值V₁；根据车轮离开HS1的时刻t₃和离开HS2的时刻t₈，以及HS1、HS2激光束之间距离L₁可以求得一个瞬时速度值V₂；根据车轮开始遮挡LS1的时刻t₂和开始遮挡LS2的时刻t₅，以及LS1、LS2激光束之间距离L₂求得一个瞬时速度值V₃；根据车轮离开LS1的时刻t₄和离开LS2的时刻t₇，以及LS1、LS2激光束之间距离L₁可以求得一个瞬时速度值V₄，其中：

$V_1=\frac{L_1}{t_6-t_1}$

$V_2=\frac{L_1}{t_8-t_3}$

$V_3=\frac{L_2}{t_5-t_2}$

$V_4=\frac{L_2}{t_7-t_4}$

第3步，对速度V₁、V₂、V₃、V₄求均值获得该车轮从开始遮挡HS1到最后走出HS2射程期间的平均速度

$\stackrel{\&OverBar;}{v}=\frac{1}{4}(V_1+V_2+V_3+V_4)=\frac{1}{4}(\underset{i=5,7}{\&Sigma;}\frac{L_2}{t_i-t_{i-3}}+\underset{i=6,8}{\&Sigma;}\frac{L_1}{t_i-t_{i-5}}).$

步骤5，车轮轮缘顶点圆直径计算：根据步骤4得到的列车瞬时速度，结合车轮通过时的时刻，得到激光打在车轮上不同高度的两组弦长，从而计算得到车轮轮缘顶点圆的直径。如图6所示，所述的车轮轮缘顶点圆直径的求取步骤如下：

第1步，根据步骤4得到车轮通过时的平均速度

第2步，以车轮通过第一组传感器HS1、LS1计算车轮直径：根据步骤3获取车轮开始遮挡HS1的时刻t₁和离开HS1的时刻t₃，求得HS1在车轮内侧面上划过的弦长为l₁；车轮开始遮挡LS1的时刻t₂和离开LS1的时刻t₄，求得LS1在车轮内侧面上划过的弦长为l₂；车轮开始遮挡LS2的时刻t₅和离开LS2的时刻t₇，求得LS2在车轮内侧面上划过的弦长为l₃；车轮开始遮挡HS2的时刻t₆和离开HS2的时刻t₈，求得HS2车轮内侧面上划过的弦长为l₄，其中：

$l_1=(t_3-t_1)\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{v}$

$l_2=(t_4-t_2)\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{v}$

$l_3=(t_7-t_5)\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{v}$

$l_4=(t_8-t_6)\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{v}$

第3步，由HS1和LS1在车轮上划过的不同高度但平行的两条弦长l₁、l₂与HS1和LS1的水平高度差h₁，通过两组勾股定理计算得到车轮轮缘顶点圆的第一个直径值R₁；由HS2和LS2在车轮上划过的不同高度但平行的两条弦长l₃、l₄与HS2和LS2的水平高度差h₂，通过两组勾股定理计算得到该车轮轮缘顶点圆的第二个直径值R₂，计算过程如下：

根据勾股定理，有：

$R_1^2=d_1^2+{\left(\frac{l_1}{2}\right)}^2$

$R_1^2={(d_1+h)}^2+{\left(\frac{l_2}{2}\right)}^2$

其中d₁为车轮圆心到HS1发射的激光在内侧面划过轨迹的垂直距离；

联立求得：

$R_1=\sqrt{{(\frac{l_1^2-l_2^2}{8h}-\frac{h}{2})}^2+\frac{l_1^2}{4}}$

将l₁、l₂代入得：

$R_1=\sqrt{{\&lsqb;\frac{{(t_3-t_1)}^2-{(t_4-t_2)}^2}{8h}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2-\frac{h}{2}\&rsqb;}^2+\frac{{(t_3-t_1)}^2}{4}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2}$

同理，车轮通过后一组传感器LS2、HS2时：

$R_2^2=d_2^2+{\left(\frac{l_4}{2}\right)}^2$

$R_2^2={(d_2+h)}^2+{\left(\frac{l_3}{2}\right)}^2$

其中d₂为车轮圆心到HS2发射的激光在内侧面划过轨迹的垂直距离；

联立求得：

$R_2=\sqrt{{(\frac{l_4^2-l_3^2}{8h}-\frac{h}{2})}^2+\frac{l_4^2}{4}}$

将l₃、l₄代入得：

$R_2=\sqrt{{\&lsqb;\frac{{(t_8-t_6)}^2-{(t_7-t_5)}^2}{8h}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2-\frac{h}{2}\&rsqb;}^2+\frac{{(t_8-t_6)}^2}{4}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2}$

第4步，将第3步中得到的两个顶点圆直径值R₁、R₂求平均，其平均值作为车轮的最终轮缘顶点圆直径R：

$\begin{array}{c}R=\frac{R_1+R_2}{2}\\ =\sqrt{{\&lsqb;\frac{{(t_3-t_1)}^2-{(t_4-t_2)}^2}{8h}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2-\frac{h}{2}\&rsqb;}^2+\frac{{(t_3-t_1)}^2}{4}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2}+\sqrt{{\&lsqb;\frac{{(t_8-t_6)}^2-{(t_7-t_5)}^2}{8h}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2-\frac{h}{2}\&rsqb;}^2+\frac{{(t_8-t_6)}^2}{4}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2}\end{array}$

结合图2和图3，本发明城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测系统，包括连接在中央处理单元的激光发射装置和激光接收装置，激光发射装置和激光接收装置均安装在支架上；

沿着列车前进方向，在轨道内侧依次设置四个激光发射装置，分别记为HS1、LS1、LS2、HS2，四个激光发射装置在同一条直线上且平行于轨道延伸方向，激光发射装置发射的激光沿轨道延伸的垂直方向由轨道内侧射向轨道外侧；在轨道外侧依次设置四个激光接收装置，记为HR1、LR1、LR2、HR2，四个激光接收装置处于同一竖直面上且该竖直面平行于轨道延伸方向，HR1接收HS1发出的激光，HR2接收HS2发出的激光，HR3接收HS3发出的激光，HR4接收HS4发出的激光；HS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₁，LS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₂，LS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₃，HS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₄，安装时保证α₁＝α₂＝α₃＝α₄；安装时，激光发射装置HS1、HS2低于轨平面，以保证列车和激光发射装置的安全；

所述激光发射装置HS1、HS2处于同一水平高度且激光束之间的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2处于同一高度且激光束之间的间距为L₂，HS1、HS2激光发射装置的位置比LS1、LS2的位置高，HS1与LS1的垂直高度差为h₁，HS2与LS2的垂直高度差为h₂，安装时h₁＝h₂。

本发明的中央处理单元包括车辆速度获取模块和车轮轮缘顶点圆直径计算模块；

在车辆速度获取模块中，根据激光发射装置HS1、HS2的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2的间距为L₂以及状态变化时的时刻数据，得到车轮通过设备时的瞬时速度；

在车轮轮缘顶点圆直径计算模块中，根据车辆速度获取模块得到的列车瞬时速度，结合车轮通过时的时刻，得到激光打在车轮上不同高度的两组弦长，从而计算得到车轮轮缘顶点圆的直径。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例

结合图3和图4，在轨道内侧依次安装四个激光发射装置，发射装置位置距离轨道内侧为0.45m，角度α为36°，实测激光发射装置HS1、HS2的激光束之间的距离L₁为1.202m，实测激光发射装置LS1、LS2的激光束之间的距离L₂为0.901m。HS1、LS1激光束之间的垂直高度差为0.06m。

根据步骤3的方法，规定车速为5km/h通过设备，通过设备可以得到列车的时间序列。取其中一个序列进行计算演示：t₁＝15.012s；t₂＝15.136s；t₃＝15.584s；t₄＝15.668s；t₅＝15.762s；t₆＝15.846s；t₇＝16.294s；t₈＝16.418s。

根据步骤4中方法，结合L₁、L₂的数值，计算得到列车的速度为：

$\stackrel{\&OverBar;}{v}=1.4403m/s$

根据步骤5中方法，将步骤3中测得的列车的速度带入半径计算公式，可以测得该车轮的轮缘顶点圆直径为884.4339mm。本次计算的车轮轮缘顶点圆的人工测量值为884.25mm，可见该方法能有效准确的测量轮缘顶点圆的直径。

Claims (9)

1.一种城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，传感器布设：沿着列车前进方向，在轨道内侧依次设置四个激光发射装置，分别记为HS1、LS1、LS2、HS2，四个激光发射装置在同一条直线上且平行于轨道延伸方向，激光发射装置发射的激光沿轨道延伸的垂直方向由轨道内侧射向轨道外侧；在轨道外侧依次设置四个激光接收装置，记为HR1、LR1、LR2、HR2，四个激光接收装置处于同一竖直面上且该竖直面平行于轨道延伸方向，HR1接收HS1发出的激光，HR2接收HS2发出的激光，HR3接收HS3发出的激光，HR4接收HS4发出的激光；HS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₁，LS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₂，LS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₃，HS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₄，安装时保证α₁＝α₂＝α₃＝α₄；安装时，激光发射装置HS1、HS2低于轨平面，以保证列车和激光发射装置的安全；

步骤2，安装参数的获取：激光发射装置HS1、HS2处于同一水平高度且激光束之间的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2处于同一高度且激光束之间的间距为L₂，HS1、HS2激光发射装置的位置比LS1、LS2的位置高，HS1与LS1的垂直高度差为h₁，HS2与LS2的垂直高度差为h₂，安装时h₁＝h₂；

步骤3，传感器数据获取：当车轮经过时，激光接收装置HR1、LR1、LR2、HR2会分别经历“导通——截止——导通”的状态，激光接收装置记录下各状态变化的时刻，每一个车轮会得到由8个时刻数据组成的一组时间序列；

步骤4，车辆速度获取：根据激光发射装置HS1、HS2的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2的间距为L₂以及步骤3中获取的状态变化时的时刻数据，得到车轮通过设备时的瞬时速度；

步骤5，车轮轮缘顶点圆直径计算：根据步骤4得到的列车瞬时速度，结合车轮通过时的时刻，得到激光打在车轮上不同高度的两组弦长，从而计算得到车轮轮缘顶点圆的直径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1中，所述激光发射装置由调制编码器和激光发射器组成，激光接收装置由激光接收器、放大检波器和调制解调器组成，调制编码器调制出一定频率的激光由激光发射器发出；当激光接收器接收到激光时，通过调制解调器对激光的频率进行解析，当激光频率符合接收条件时记录下开始照射和结束照射的时刻，若激光频率不符合接收条件，该光线是噪声或受到干扰，予以滤除；整个“接收——判断——记录”过程在30微秒以内完成以保证精度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1中，所述的激光束与水平夹角α₁、α₂、α₃、α₄应满足：HS1、HS2发射的激光照射在车轮内侧，光斑高度低于车轮圆心、高于LS1、LS2发射的光线且不会照射到车轮的刹车片以及其他车底装置上；LS1、LS2发射的激光照射在车轮内侧，高度高于轨面、低于HS1、HS2发射的光线且不会照射到车轮的刹车片以及其他车底装置上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2中，所述的激光发射装置HS1、HS2之间的距离L₁和LS1、LS2之间的距离L₂满足以下条件：840mm<L₁<L₂<3140mm，即L₁大于标准轮对的直径值，防止出现LS1与LS2发射的激光同时打在车轮上的情况，造成激光之间的干扰和时间序列的混乱；L₂应小于转向架的前后轴距与标准轮对的直径值的和值，使一个车轮测量期间不会有另一个车轮进入LS1的检测区域。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3中，所述的时间序列有以下8个时刻依次构成：①HR1由“导通——截止”的时刻t₁；②LR1由“导通——截止”的时刻t₂；③HR1由“截止——导通”的时刻t₃；④LR1由“截止——导通”的时刻t₄；⑤LR2由“导通——截止”的时刻t₅；⑥HR2由“导通——截止”的时刻t₆；⑦LR2由“截止——导通”的时刻t₇；⑧HR2由“截止——导通”的时刻t₈。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤4中，所述的车轮通过时的瞬时速度求取步骤如下：

第1步，根据步骤2获得激光发射装置HS1、HS2之间的距离L₁和LS1、LS2之间的距离L₂；

第2步，根据步骤3获取车轮开始遮挡HS1的时刻t₁和开始遮挡HS2的时刻t₆，以及HS1、HS2激光束之间距离L₁可以求得一个瞬时速度值V₁；根据车轮离开HS1的时刻t₃和离开HS2的时刻t₈，以及HS1、HS2激光束之间距离L₁可以求得一个瞬时速度值V₂；根据车轮开始遮挡LS1的时刻t₂和开始遮挡LS2的时刻t₅，以及LS1、LS2激光束之间距离L₂求得一个瞬时速度值V₃；根据车轮离开LS1的时刻t₄和离开LS2的时刻t₇，以及LS1、LS2激光束之间距离L₁可以求得一个瞬时速度值V₄，其中：

$V_1=\frac{L_1}{t_6-t_1}$

$V_2=\frac{L_1}{t_8-t_3}$

$V_3=\frac{L_2}{t_5-t_2}$

$V_4=\frac{L_2}{t_7-t_4}$

第3步，对速度V₁、V₂、V₃、V₄求均值获得该车轮从开始遮挡HS1到最后走出HS2射程期间的平均速度

$\stackrel{\&OverBar;}{v}=\frac{1}{4}(V_1+V_2+V_3+V_4)=\frac{1}{4}(\underset{i=5,7}{\&Sigma;}\frac{L_2}{t_i-t_{i-3}}+\underset{i=6,8}{\&Sigma;}\frac{L_1}{t_i-t_{i-5}}).$

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤5中，所述的车轮轮缘顶点圆直径的求取步骤如下：

第1步，根据步骤4得到车轮通过时的平均速度

第2步，根据步骤3获取车轮开始遮挡HS1的时刻t₁和离开HS1的时刻t₃，求得HS1在车轮内侧面上划过的弦长为l₁；车轮开始遮挡LS1的时刻t₂和离开LS1的时刻t₄，求得LS1在车轮内侧面上划过的弦长为l₂；车轮开始遮挡LS2的时刻t₅和离开LS2的时刻t₇，求得LS2在车轮内侧面上划过的弦长为l₃；车轮开始遮挡HS2的时刻t₆和离开HS2的时刻t₈，求得HS2车轮内侧面上划过的弦长为l₄，其中：

$l_1=(t_3-t_1)\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{v}$

$l_2=(t_4-t_2)\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{v}$

$l_3=(t_7-t_5)\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{v}$

$l_4=(t_8-t_6)\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{v}$

第3步，由HS1和LS1在车轮上划过的不同高度但平行的两条弦长l₁、l₂与HS1和LS1的水平高度差h₁，通过两组勾股定理计算得到车轮轮缘顶点圆的第一个直径值R₁；由HS2和LS2在车轮上划过的不同高度但平行的两条弦长l₃、l₄与HS2和LS2的水平高度差h₂，通过两组勾股定理计算得到该车轮轮缘顶点圆的第二个直径值R₂，计算过程如下：

根据勾股定理，有：

$R_1^2=d_1^2+{\left(\frac{l_1}{2}\right)}^2$

$R_1^2={(d_1+h)}^2+{\left(\frac{l_2}{2}\right)}^2$

其中d₁为车轮圆心到HS1发射的激光在内侧面划过轨迹的垂直距离；

联立求得：

$R_1=\sqrt{{(\frac{l_1^2-l_2^2}{8h}-\frac{h}{2})}^2+\frac{l_1^2}{4}}$

将l₁、l₂代入得：

$R_1=\sqrt{{\&lsqb;\frac{{(t_3-t_1)}^2-{(t_4-t_2)}^2}{8h}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2-\frac{h}{2}\&rsqb;}^2+\frac{{(t_3-t_1)}^2}{4}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2}$

同理，车轮通过后一组传感器LS2、HS2时：

$R_2^2=d_2^2+{\left(\frac{l_4}{2}\right)}^2$

$R_2^2={(d_2+h)}^2+{\left(\frac{l_3}{2}\right)}^2$

其中d₂为车轮圆心到HS2发射的激光在内侧面划过轨迹的垂直距离；

联立求得：

$R_2=\sqrt{{(\frac{l_4^2-l_3^2}{8h}-\frac{h}{2})}^2+\frac{l_4^2}{4}}$

将l₃、l₄代入得：

$R_2=\sqrt{{\&lsqb;\frac{{(t_8-t_6)}^2-{(t_7-t_5)}^2}{8h}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2-\frac{h}{2}\&rsqb;}^2+\frac{{(t_8-t_6)}^2}{4}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2}$

第4步，将第3步中得到的两个顶点圆直径值R₁、R₂求平均，其平均值作为车轮的最终轮缘顶点圆直径R：

$\begin{array}{c}R=\frac{R_1+R_2}{2}\\ =\sqrt{{\&lsqb;\frac{{(t_3-t_1)}^2-{(t_4-t_2)}^2}{8h}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2-\frac{h}{2}\&rsqb;}^2+\frac{{(t_3-t_1)}^2}{4}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2}+\sqrt{{\&lsqb;\frac{{(t_8-t_6)}^2-{(t_7-t_5)}^2}{8h}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2-\frac{h}{2}\&rsqb;}^2+\frac{{(t_8-t_6)}^2}{4}{\stackrel{\&OverBar;}{v}}^2}\end{array}$

8.一种城轨列车车轮轮缘顶点圆直径的检测系统，其特征在于包括连接在中央处理单元的激光发射装置和激光接收装置，激光发射装置和激光接收装置均安装在支架上；

沿着列车前进方向，在轨道内侧依次设置四个激光发射装置，分别记为HS1、LS1、LS2、HS2，四个激光发射装置在同一条直线上且平行于轨道延伸方向，激光发射装置发射的激光沿轨道延伸的垂直方向由轨道内侧射向轨道外侧；在轨道外侧依次设置四个激光接收装置，记为HR1、LR1、LR2、HR2，四个激光接收装置处于同一竖直面上且该竖直面平行于轨道延伸方向，HR1接收HS1发出的激光，HR2接收HS2发出的激光，HR3接收HS3发出的激光，HR4接收HS4发出的激光；HS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₁，LS1发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₂，LS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₃，HS2发射的激光与沿轨道方向的纵向水平线夹角为α₄，安装时保证α₁＝α₂＝α₃＝α₄；安装时，激光发射装置HS1、HS2低于轨平面，以保证列车和激光发射装置的安全；

所述激光发射装置HS1、HS2处于同一水平高度且激光束之间的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2处于同一高度且激光束之间的间距为L₂，HS1、HS2激光发射装置的位置比LS1、LS2的位置高，HS1与LS1的垂直高度差为h₁，HS2与LS2的垂直高度差为h₂，安装时h₁＝h₂。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于中央处理单元包括车辆速度获取模块和车轮轮缘顶点圆直径计算模块；

在车辆速度获取模块中，根据激光发射装置HS1、HS2的间距为L₁，激光发射装置LS1、LS2的间距为L₂以及状态变化时的时刻数据，得到车轮通过设备时的瞬时速度；

在车轮轮缘顶点圆直径计算模块中，根据车辆速度获取模块得到的列车瞬时速度，结合车轮通过时的时刻，得到激光打在车轮上不同高度的两组弦长，从而计算得到车轮轮缘顶点圆的直径。