CN106124512A - 悬挂式单轨箱型梁巡检装置 - Google Patents

悬挂式单轨箱型梁巡检装置 Download PDF

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Abstract

悬挂式单轨箱型梁巡检装置，涉及交通工程技术。本发明包括移动平台和安装在移动平台上的下述功能单元：5个光学检测单元，分别对应下述5个位置：左轨道、右轨道、箱型轨道梁内壁的顶面和左右两侧面；系统控制单元，系统存储单元，数据处理单元，通信单元，射频识别单元；射频识别单元、光学检测单元、系统存储单元、数据处理单元和通信单元分别与系统控制单元连接，系统存储单元还与数据处理单元连接。本发明能够辅助甚至替代人工巡检完成对悬挂式单轨交通系统箱型轨道梁内壁裂纹检测、锈蚀检测、限界检查以及走行面平整度检测。

Description

悬挂式单轨箱型梁巡检装置
技术领域
本发明涉及交通工程技术。
背景技术
当前悬挂式单轨交通系统在我国逐渐兴起，悬挂式单轨交通系统作为一种新型的交通制式具有投资少、工期短、技术成熟、安全可靠、节能环保无噪音等特点，是一种低投入解决城市交通拥堵及污染问题的有效途径。
悬挂式单轨交通系统的轨道梁一般采用简支钢箱梁结构，轨道梁截面全部采用底部开口的箱形截面，箱梁的下翼缘兼做轨道，车辆悬挂于桥梁(轨道梁)下面，车轮支撑于开口的钢箱内；电力、通信系统安装在钢箱内部。箱型轨道梁的断面示意如图1。
箱型轨道梁作为悬挂式单轨交通系统的主要结构，悬挂式单轨交通开通运营后需对其进行定期维护与检测。根据国外调研和相关资料表明，当前悬挂式单轨交通系统的箱型轨道梁主要通过人工巡检方式进行检测，而箱型轨道梁的箱体内部空间狭小、光线昏暗，底部开口狭窄，使得人工巡检难度较大。同时，对箱型轨道梁内部进行检测，其内部病害点的具体里程位置难以确认。对于箱型轨道梁内壁裂纹检测、锈蚀检测、限界检查以及走行面平整度检测如果单单依靠人工肉眼观察很难满足对悬挂式单轨交通系统箱型轨道梁运营安全及可靠性的检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于悬挂式单轨交通系统箱型轨道梁的巡检装置，实现对悬挂式单轨交通系统箱型轨道梁内壁检测。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，悬挂式单轨箱型梁巡检装置，其特征在于，包括移动平台和安装在移动平台上的下述功能单元：
5个光学检测单元，分别对应下述5个位置：左轨道、右轨道、箱型轨道梁内壁的顶面和左右两侧面；每个光学检测单元包括摄像头模块和红线激光模块，所述摄像头模块包括摄像头和光源，用于拍摄箱型轨道梁内部结构的图片；所述激光模块用于形成红光直线，以便摄像头模块采集图像信息；
系统控制单元，用于控制巡检装置的工作运行；
系统存储单元，用于存储视频图像信息和运算处理后的信息；
数据处理单元，用于运算处理采集到的视频图像信息，判断箱型轨道梁内部结构缺陷状态；
通信单元，用于巡检装置的外部通信；
射频识别单元，包括RFID芯片读取装置，用于读取悬挂式单轨箱型梁中设置的电子标签，以确定巡检装置在箱型梁中的位置；
射频识别单元、光学检测单元、系统存储单元、数据处理单元和通信单元分别与系统控制单元连接，系统存储单元还与数据处理单元连接。
移动平台为小车，5个光学检测单元分别安装于下述位置：小车底板左轨道处、小车底板右轨道处、小车顶部、小车左侧和小车右侧。
本发明能够辅助甚至替代人工巡检完成对悬挂式单轨交通系统箱型轨道梁内壁裂纹检测、锈蚀检测、限界检查以及走行面平整度检测。本发明利用射频识别技术解决巡检小车的车辆定位问题，并将定位信息与采集的图像信息进行融合，从而解决巡检设备检测的病害点无法追溯病害点具体位置的问题。
附图说明
图1是箱型轨道梁的断面示意图。
图2是本发明的模块结构示意图。
图3是本发明的检测流程示意图。
具体实施方式
参见图2。
本发明的巡检装置包括一个移动平台(小车)，可在箱型轨道梁内特定环境下移动，从而完成对全线路轨道梁的检测。
在移动平台上安装有摄像头模块、红外激光模块、系统控制单元、数据采集存储单元、数据处理单元、通信模块、射频识别模块、供电模块。
摄像头模块主要由摄像头和光源组成，摄像头共计5只，用于拍摄箱型轨道梁内部结构的图片然后通过数据采集存储单元的数据存储模块进行存储。考虑到箱型轨道梁内部光线较暗，所以需要光源对其补光。
红外激光模块是由一字线激光器组成(一字线激光器共计5组，每组4只)，用于在箱型轨道梁内壁形成一系列红光直线，通过摄像头模块采集箱型轨道梁内壁各个面的图像信息，并通过存储单元存储。然后针对所采集的视频图像进行离线分析，运用图像处理分析方法，检测箱型轨道梁内壁表面是否存在裂纹、锈蚀、污迹、形变等缺陷，并同时进行缺陷定位。
系统控制单元作为巡检设备的主控核心单元，由嵌入式工控主板及芯片构成。主要完成整个巡检设备的运行及控制。
系统存储单元主要负责视频图像信息及运算处理后信息的本地存储。
数据处理单元是利用嵌入式工控主机实现的软件模块，软件模块主要解决基于视频图像的表面缺陷的检测。在缺陷检测时，针对箱型轨道梁内壁不同区域，现场复杂的应用场景下背景和缺陷区域容易产生混叠导致表面缺陷检测准确率不高的问题，本发明设计了基于低秩矩阵重构的箱型轨道梁内壁图像缺陷检测算法。
在本方案中采用低秩矩阵重构的方法，将箱型轨道梁内壁图像的缺陷检测的问题首先转化为低秩矩阵(非缺陷部分图像)和稀疏矩阵(缺陷部分图像)的分离问题。应用此算法可对不同缺陷类型都有较好的缺陷提取效果。
采用以上方法针对任意一张图片通过该算法处理之后，再通过判断稀疏矩阵是否具有某种结构来判断是否有缺陷以及缺陷的类型，如果稀疏矩阵具有某种结构，如稀疏矩阵在某一个连通域有值，或者稀疏矩阵中不为0的部分能够较好的练成一条线，那么就说明该区域存在表面缺陷，前者说明该区域有类似于锈蚀之类的缺陷，后者说明该区域有裂纹缺陷。判断稀疏矩阵是否具有某种结构需要采用适当的方法定量计算缺陷的相关参数，比如锈蚀面积、裂纹长度等等，相关结果将在计算机显示终端输出，并形成相应的缺陷检测报告。
以上描述虽然是针对缺陷图像，但是针对非缺陷部分图像也同样适用。即如果稀疏矩阵不具有某种结构那么就说明表面是没有缺陷的。
本发明的通信模块采用2.4G无线数据传输模块，在无线网络环境下，可与地面控制中心进行实时通信。能将巡检小车上操作人员的语音信息，巡检小车的位置信息以及巡检设备采集的图像信息实时或者在指定条件下发送给控制中心，同时也可接收来自地面控制中心的指挥及相关控制信息。
射频识别模块由系统控制单元控制。当小车移动过程中，射频识别模块与贴放于箱梁内部的电子标签匹配，将电子标签上携带的位置坐标及其它特征信息进行上传，从而完成巡检小车定位，以及采集的图像信息与箱梁内部里程坐标的匹配。
供电模块为巡检设备各个子模块提供直流低压供电。
本发明采用巡检小车搭载巡检设备及操作人员的方式替代或辅助人工巡检完成对悬挂式单轨交通系统箱型轨道梁内壁裂纹检测、锈蚀检测、限界检查以及走行面平整度检测。本发明的巡检设备完成对悬挂式单轨交通系统箱型轨道梁的表面缺陷及病害的自动检测及识别，巡检设备中基于低秩矩阵重构的轨道梁内壁图像表面缺陷检测算法可对缺陷及病害做自动分析处理。并可将采集数据下载到地面中心进行分析处理。在地面中心采用适当的方法定量计算缺陷的相关参数，比如锈蚀面积、裂纹长度等等，相关结果将在计算机显示终端输出，并形成相应的缺陷检测报告。
本发明在巡检设备中添加了射频识别定位装置，从而实现了病害及缺陷的图像分析检测诊断后的定位追溯。同时还可将电子标签贴于箱型轨道梁内壁的病害点处，从而满足长期观察及检测的需求。

Claims (2)

1.悬挂式单轨箱型梁巡检装置，其特征在于，包括移动平台和安装在移动平台上的下述功能单元：
5个光学检测单元，分别对应下述5个位置：左轨道、右轨道、箱型轨道梁内壁的顶面和左右两侧面；每个光学检测单元包括摄像头模块和红线激光模块，所述摄像头模块包括摄像头和光源，用于拍摄箱型轨道梁内部结构的图片；所述激光模块用于形成红光直线，以便摄像头模块采集图像信息；
系统控制单元，用于控制巡检装置的工作运行；
系统存储单元，用于存储视频图像信息和运算处理后的信息；
数据处理单元，用于运算处理采集到的视频图像信息，判断箱型轨道梁内部结构缺陷状态；
通信单元，用于巡检装置的外部通信；
射频识别单元，包括RFID芯片读取装置，用于读取悬挂式单轨箱型梁中设置的电子标签，以确定巡检装置在箱型梁中的位置；
射频识别单元、光学检测单元、系统存储单元、数据处理单元和通信单元分别与系统控制单元连接，系统存储单元还与数据处理单元连接。
2.如权利要求1所述的悬挂式单轨箱型梁巡检装置，其特征在于，移动平台为小车，5个光学检测单元分别安装于下述位置：小车底板左轨道处、小车底板右轨道处、小车顶部、小车左侧和小车右侧。
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