CN106338515A - 一种铁路轨边设备图像检视诊断装置及检视诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路轨边设备图像检视诊断装置及检视诊断方法，属于轨边设备故障检测技术领域；所述装置包括车载设备及车外吊装设备；车载设备安放在机柜中，车外吊装设备包括：线阵相机和激光器测距仪；分别焊接在检测车底部；所述检视诊断方法，采用GPS定位，在检测车通过5T轨边设备时用线阵相机扫描技术进行拍摄，通过探测目标后由图像服务器进行数据处理，找到要检视的目标体图像，并对容易出故障的部位进行自动故障识别，最后由人工对图像进行检查验证；本发明的优点为：能安全、高效、客观的监测到所有5T设备的轨边外部状况问题。

Description

一种铁路轨边设备图像检视诊断装置及检视诊断方法

技术领域

本发明属于轨边设备故障检测技术领域，具体涉及一种铁路轨边设备图像检视诊断装置及检视诊断方法。

背景技术

5T轨边设备是铁路部门检测列车各类故障的关键设备，它为我国铁路的运行安全提供着可靠的保障，因此其运行状态的好坏直接或间接的影响着每天无数乘坐火车出行的人们的切身利益。

目前在全国铁路轨边装有数千套此类设备，这些设备日夜不停地检测通过列车的各种状况。而对这些设备的外观检修目前主要是依靠人工去现场进行，在铁路多次大提速的今天，车速快，车流密度大，对铁路沿线维修人员的上道安全作业是一个严峻的考验，人工上道作业维护设备变得越来越困难。

在这种情况下，利用铁道部门各路局配属的检测车直接拍摄轨边5T设备，成为提高该类设备维护效率的一种非常有效的方法。但是，目前在国内还没有此类设备的应用。

发明内容

本发明为了检测5T轨边设备的外形故障，提出了一种铁路轨边设备图像检视诊断装置及检视诊断方法。

所述铁路轨边设备图像检视诊断装置位于检测车内，具体包括车载设备及车外吊装设备。

车载设备安放在机柜中，包括：惯导GPS定位系统、线阵相机控制箱、线阵相机电源箱、工业控制计算机和图像服务器；机柜固定安装在检测车的机房里。

工业控制计算机通过RS485口和线阵相机控制箱连接；线阵相机控制箱通过电缆对线阵相机进行控制。

工业控制计算机通过RS232串口和惯导GPS定位系统相连，为系统提供GPS定位信息；

工业控制计算机通过网线连接图像服务器，工业控制计算机负责向图像服务器传输原始的5T轨边设备图像数据，图像服务器将原始图像数据进行计算和分析，最后将图像分析结果和相应的图像照片再返回工业控制计算机以备查询调阅。

车外吊装设备包括：线阵相机和相机支架、激光器测距仪和激光器支架；

线阵相机有三个，分别通过网线连接到机柜中的工业控制计算机进行数据采集；采用线阵相机对轨边5T设备进行扫描拍摄以及信号采集，对设备外形故障进行识别和分析，实现对5T设备外形故障的高效、可靠监测。

三个线阵相机分别由相机支架吊装在检测车底架上，与检测车焊接相连，且并列等间距处于同一条水平线；其中，两个线阵相机分别吊装在左/右两根钢轨正上方位置；保证看到轨外设备和轨內中心线该侧的所有物体。另一个线阵相机吊装在检测车体的底板中央，位于两根钢轨内中心线上，保证看清钢轨内侧所有物体，同时每个线阵相机配有两台照明激光器。

激光器测距仪有两个，分别各通过一个激光器支架固定，与检测车焊接相连，对称安装在检测车底两侧，左/右两根钢轨正上方位置；激光器测距仪为定位拍摄目标体提供更加精确的定位信息。

一种铁路轨边设备图像检视诊断方法，具体步骤如下：

步骤一、在检测车发车前，进行开机准备；

步骤二、工业控制计算机存储并调用待检测铁轨线路上的所有探测站站名和GPS坐标；

步骤三、设备开始工作，惯导GPS定位系统实时进行定位，工业控制计算机接收GPS信号，并计算检测车当前位置与探测站之间的间距；

步骤四、检测车行进过程中判断间距是否小于等于180米，如果是，工业控制计算机给激光器测距仪和线阵相机发信号，开始准备工作；否则，返回步骤三继续计算间距；

步骤五、当检测车距离探测站小于等于50米时，判断激光器测距仪是否发第一次激光脉冲信号给线阵相机，如果是，线阵相机启动工作，进入步骤六；否则，工业控制计算机强制开启线阵相机工作；

线阵相机将拍摄的图像实时传输给工业控制计算机；

步骤六、工业控制计算机监测激光器测距仪依次发出第二次激光脉冲信号和第三次激光脉冲信号；

步骤七、判断激光器测距仪是否发出第三次激光脉冲信号，如果是，线阵相机停止工作，进入步骤九；否则，进入步骤八；

步骤八、工业控制计算机继续接收GPS信号，并计算检测车当前位置与探测站之间的间距，直至间距大于等于180米后，线阵相机停止工作；

步骤九、工业控制计算机将线阵相机录制的图像传输给图像服务器；

步骤十、图像服务器将图像合并，并分析判断是否存在故障，产生设备故障报文；

步骤十一、图像服务器将合并图像及设备故障报文返回给工业控制计算机，供工作人员查看。

本发明的优点在于：

1)、一种铁路轨边设备图像检视诊断装置，可以安全、高效、客观的监测到5T设备的轨边外部状况问题。

2)、一种铁路轨边设备图像检视诊断方法，结合GPS定位技术，图像识别和诊断技术，一次性检测铁路轨边各类5T设备的外形故障，大大减少了现场维护人员的工作量和维护费用，使其可以从每月的定期去探测站检修变为5T设备有故障才去检修。

附图说明

图1是本发明一种铁路轨边设备图像检视诊断装置的示意图；

图2是本发明铁路轨边设备图像检视诊断装置中车外吊装设备的示意图；

图3是本发明一种铁路轨边设备图像检视诊断方法的流程图；

图4是本发明图像服务器合并图像产生设备故障报文的流程图。

101-相机支架；102-相机托板；103-线阵相机；104-激光器支架；105-激光器测距仪；

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种铁路轨边设备图像检视诊断装置，通过采用GPS定位，在检测车通过5T轨边设备时用线阵相机扫描技术进行拍摄，通过探测目标后由专用图像服务器，利用美国Mathworks公司的数学软件Matlab强大的图像处理和算法进行数据处理，找到5T轨边设备要检视的目标体图像，并对容易出故障的部位进行自动故障识别，最后由人工对图像进行检查验证，能安全、高效、客观的监测到所有5T设备的轨边外部状况问题。

所述的铁路轨边设备图像检视诊断装置整体安装在检测火车上，如图1所示，具体包括车外吊装设备及车载设备。

车载设备安放在机柜中，具体包括：工业控制计算机，惯导GPS定位系统，图像服务器，线阵相机控制箱和线阵相机电源箱；所述机柜固定安装在检测车的机房里。

工业控制计算机同时连接线阵相机控制箱，惯导GPS定位系统和图像服务器；

具体为：

工业控制计算机通过RS485口和线阵相机控制箱连接；

工业控制计算机通过RS232串口和惯导GPS定位系统相连，为系统提供GPS定位信息；

工业控制计算机通过网线连接图像服务器，向图像服务器传输原始的5T轨边设备图像数据，经图像服务器进行计算和分析后，将图像分析结果和图像照片返回给工业控制计算机，以备工人进行查询调阅。

线阵相机控制箱通过电缆对三个线阵相机进行拍摄控制。

线阵相机电源箱通过电源电缆为三个线阵相机供电。

车外吊装设备，如图2所示，包括：三个线阵相机103和六个相机支架101、两个激光器测距仪105和两个激光器支架104；

三个线阵相机103分别通过网线连接到机柜中的工业控制计算机，三个线阵相机103分别对轨边的5T设备进行扫描拍摄以及数据信号采集，对设备外形故障进行识别和分析，实现对5T设备外形故障的高效、可靠监测。

每个线阵相机由相机支架吊装在检测车底架上，与检测车焊接相连，且三个线阵相机103并列等间距处于同一条水平线，间距一般为600mm；其中，两个线阵相机103分别吊装在左/右两根钢轨正上方位置，保证看到轨外设备和轨内中心线左/右侧的所有物体。另一个线阵相机103吊装在检测车体的底板中央，位于两根钢轨内中心线上，保证看清钢轨内侧所有物体。

每个线阵相机103两侧各对称安装一个相机支架101，相机支架101选用钢板；线阵相机103底侧安有相机托板102，相机托板102与检测火车底板平行；且两个相机支架101分别垂直固定在相机托板102两侧；线阵相机103安放在两个相机支架101与相机托板102之间的中心位置。

将5T检测车车体架起，车体打孔，在检测车的两层底板上，第一层底板打一个内径50mm的孔，第二层底板开有3个内径为32mm的孔，用于穿插三台线阵相机的电缆，通过穿透两层底板，将三台线阵相机连接到机柜中。

两个激光器测距仪105分别各固定安装在一个激光器支架104上，通过激光器支架104固定对称安装在检测车底两侧，左/右两根钢轨正上方位置；为定位拍摄目标体提供更加精确的定位信息。

激光器测距仪105通过检测车的预留孔，使用电缆连接到机柜中；拍摄的距离范围为：垂直向下测距为750mm，水平距离为沿铁轨50米。

各电缆要使用带屏蔽的电缆，电缆外加金属护管，在机柜室沿内墙走线槽连接到机柜。

一种铁路轨边设备图像检视诊断方法，首先，检测车接收GPS定位信号；根据探测站GPS坐标信息计算与检测车当前位置的间距，利用激光器测距仪来开启和关闭线阵相机，实现线阵相机录制图像，在图像服务器中用图形算法自动或人工找到铁路轨边5T设备图像，根据5T设备图像，自动形成5T轨边设备状态报表。最后，判定结果经过无线网络转送到铁路局检测中心服务器。

如图3所示，具体步骤如下：

步骤一、在检测车发车前，进行开机准备；

接通电源进行开机测试；

准备工作包括：检查三个线阵相机上指示灯是否显示工作正常；工业控制计算机车载主程序是否工作正常；三个线阵相机是否工作正常；检查工业控制计算机车载主程序GPS定位是否工作正常；检查两台激光器测距仪是否工作正常；检查工业控制计算机和图像服务器程序网络通讯是否工作正常。

步骤二、工业控制计算机存储并调用待检测铁轨线路上的所有探测站站名和GPS坐标；

步骤三、检测车开始在铁轨线路正常运行，惯导GPS定位系统实时进行定位，工业控制计算机接收GPS信号，并计算检测车当前位置与探测站之间的间距；

检测车运行过程中接受GPS识别信号，并与探测站的GPS坐标数据比对，将车速测定为线阵相机提供扫描参数。当探测站进入预定距离时，探测站名定位获悉到达探测站名称。

步骤四、检测车行进过程中判断间距是否小于等于180米，如果是，工业控制计算机给激光器测距仪和线阵相机发信号，开始准备工作；否则，返回步骤三继续计算间距；

步骤五、当检测车距离探测站小于等于50米时，判断激光机测距仪是否发第一次激光脉冲信号给线阵相机，如果是，两者同时工作，进入步骤六；否则，工业控制计算机强制开启线阵相机工作；

检测探测站距离，当进入50米范围时，工业控制计算机发出三部线阵相机拍摄指令，同时向为六台照明激光器发出点亮指令。激光器测距仪精确定位要被检视设备的位置，缩短线阵相机拍摄时间。

线阵相机将拍摄的图像实时传输给工业控制计算机；

步骤六、工业控制计算机监测激光器测距仪依次发出第二次激光脉冲信号和第三次激光脉冲信号；

步骤七、工业控制计算机判断激光器测距仪是否发出第三次激光脉冲信号，如果是，线阵相机停止工作，进入步骤九；否则，进入步骤八；

步骤八、工业控制计算机继续接收GPS信号，并计算检测车当前位置与探测站之间的间距，直至检测车与探测站之间的间距大于等于180米后，线阵相机停止工作；

步骤九、工业控制计算机将线阵相机录制的图像传输给图像服务器；

三台线阵相机103数据通过工业控制计算机显示后经网线传入图像服务器；

步骤十、图像服务器将图像合并，并分析判断是否存在故障，产生设备故障报文；

如图4所示，具体步骤如下：

步骤1001、针对两侧线阵相机，图像服务器对线阵相机产生的图像数据进行数值二值化处理，通过图形算法找到轨内侧磁头位置；

对TH设备通过磁头，能同时找到磁头侧的卡轨器位置；对TF设备和TP设备，仅找磁头位置。

步骤1002、将TH设备的两侧线阵相机的图像合并为一张图；

对TH设备，从磁头侧线阵相机的前后每幅1000行的五幅图内，寻找磁头对应侧的卡轨器，将左右侧卡轨器的图像合成一张大图，作为一组5T轨边数据；

步骤1003、针对中间线阵相机，根据图像寻找5T设备对应的故障部件，并形成一张图。

对TH设备，中间线阵相机的图像中，在磁头前后位置寻找位于钢轨中间的车号天线，形成一张图。

对TF设备，中间线阵相机的图像中，根据磁头前后位置寻找沉箱大门，形成一张图；

对TP设备，中间线阵相机的图像中，根据磁头前后位置寻找轨边压力传感器，形成一张图。

步骤1004、将步骤1002和步骤1003中的两张图存盘后，开始对图像进行故障分析。

具体为：对TH设备，分析磁头是否缺失、是否松动歪斜、是否外形破损；卡轨器是否松动歪斜、是否有外力撞击破损、列车通过时卡轨器保护大门是否完全打开；车号天线外罩是否有破损、安装螺钉是否有缺失。

对TF设备，分析磁头是否缺失、是否松动歪斜、是否外形破损；沉箱大门是否完全打开；沉箱内三个线阵相机边上的照明灯或照明激光器是否点亮。

对TP设备，分析磁头是否缺失、是否松动歪斜、是否外形破损；所有轨边压力传感器是否有松动、歪斜、破损和缺失。

对其它设备目前主要是磁头外形故障分析。

步骤十一、图像服务器将合并图像及设备故障报文结果返回给工业控制计算机，供工作人员查看。

最后将设备故障报文和合成的图像传回工业控制计算机显示，在分析过程中工业控制计算机要继续动态显示线阵相机扫描到的图像，图像服务器过滤出的故障再让检测车工作人员确认，通知相关5T维修人员去现场维修。

Claims (6)

1.一种铁路轨边设备图像检视诊断装置，装在各铁路局检测车上，其特征在于，包括车载设备及车外吊装设备；

车载设备安放在机柜中，包括：惯导GPS定位系统、线阵相机控制箱、线阵相机电源箱、工业控制计算机和图像服务器；

工业控制计算机通过RS485口和线阵相机控制箱连接；并通过RS232串口和惯导GPS定位系统相连；

工业控制计算机通过网线连接图像服务器，工业控制计算机负责向图像服务器传输原始的5T轨边设备图像数据，图像服务器将原始图像数据进行计算和分析，最后将图像分析结果和相应的图像照片再返回工业控制计算机以备查询调阅；

车外吊装设备包括：线阵相机和激光器测距仪；

线阵相机有三个，分别通过网线连接到机柜中的工业控制计算机进行数据采集；三个线阵相机分别由相机支架吊装在检测车底架上，与检测车焊接相连；其中，两个线阵相机分别吊装在左/右两根钢轨正上方位置；另一个线阵相机吊装在检测车体的底板中央，位于两根钢轨内中心线上，同时每个线阵相机配有两台照明激光器；

激光器测距仪有两个，分别与检测车焊接相连，对称安装在检测车底两侧，左/右两根钢轨正上方位置。

2.如权利要求1所述的一种铁路轨边设备图像检视诊断装置，其特征在于，所述的机柜固定安装在检测车的机房里。

3.如权利要求1所述的一种铁路轨边设备图像检视诊断装置，其特征在于，所述每个线阵相机两侧各对称安装一个相机支架；线阵相机底侧安有相机托板，且两个相机支架分别垂直固定在相机托板两侧；线阵相机安放在两个相机支架与相机托板之间的中心位置。

4.应用权利要求1所述的一种铁路轨边设备图像检视诊断装置的检视诊断方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、在检测车发车前，进行开机准备；

步骤二、工业控制计算机存储并调用待检测铁轨线路上的所有探测站站名和GPS坐标；

步骤三、设备开始工作，惯导GPS定位系统实时进行定位，工业控制计算机接收GPS信号，并计算检测车当前位置与探测站之间的间距；

步骤四、检测车行进过程中判断间距是否小于等于180米，如果是，工业控制计算机给激光器测距仪和线阵相机发信号，开始准备工作；否则，返回步骤三继续计算间距；

步骤五、当检测车距离探测站小于等于50米时，判断激光器测距仪是否发第一次激光脉冲信号给线阵相机，如果是，线阵相机启动工作，进入步骤六；否则，工业控制计算机强制开启线阵相机工作；

步骤六、工业控制计算机监测激光器测距仪依次发出第二次激光脉冲信号和第三次激光脉冲信号；

步骤七、判断激光器测距仪是否发出第三次激光脉冲信号，如果是，线阵相机停止工作，进入步骤九；否则，进入步骤八；

步骤八、工业控制计算机继续接收GPS信号，并计算检测车当前位置与探测站之间的间距，直至间距大于等于180米后，线阵相机停止工作；

步骤九、工业控制计算机将线阵相机录制的图像传输给图像服务器；

步骤十、图像服务器将图像合并，并分析判断是否存在故障，产生设备故障报文；

步骤十一、图像服务器将合并图像及设备故障报文返回给工业控制计算机，供工作人员查看。

5.应用权利要求4所述的一种铁路轨边设备图像检视诊断方法，其特征在于，所述步骤五中：当检测车与探测站之间的间距进入50米范围时，工业控制计算机发出三部线阵相机拍摄指令，同时向为六台照明激光器发出点亮指令；线阵相机将拍摄的图像实时传输给工业控制计算机。

6.应用权利要求4所述的一种铁路轨边设备图像检视诊断方法，其特征在于，所述步骤十具体为：

步骤1001、针对两侧线阵相机，图像服务器对线阵相机产生的图像数据进行数值二值化处理，通过图形算法找到轨内侧磁头位置；

步骤1002、将TH设备的两侧线阵相机的图像合并为一张图；

步骤1003、针对中间线阵相机，根据图像寻找5T设备对应的故障部件，并形成一张图；

步骤1004、将上述两张图存盘后，开始对图像进行故障分析；

具体为：对TH设备，分析磁头是否缺失、是否松动歪斜、是否外形破损；卡轨器是否松动歪斜、是否有外力撞击破损、列车通过时卡轨器保护大门是否完全打开；车号天线外罩是否有破损、安装螺钉是否有缺失；

对TF设备，分析磁头是否缺失、是否松动歪斜、是否外形破损；沉箱大门是否完全打开；沉箱内三个线阵相机边上的照明灯或照明激光器是否点亮；

对TP设备，分析磁头是否缺失、是否松动歪斜、是否外形破损；所有轨边压力传感器是否有松动、歪斜、破损和缺失；

对其它设备目前主要是磁头外形故障分析。