CN108482421B - 一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统，系统包括现场基础装置、主控操作系统及供电系统，现场基础设备包括图像采集系统和刻度标尺，图像采集系统用于发射照射在刻度标尺上的光标记，并用于实时采集刻度标尺上光标记的位移图像，发送至主控操作系统；主控操作系统用于实时接收图像采集系统发送的位移图像，并根据位移图像与预设的原始图像对比，基于光标记的位置变化来测量位移，并进行保存。本发明实现了钢轨位移的准确测量、存储、统计及管理一体化的智能设计，单人操作即可快速准确的完成多条线路的钢轨位移检测，工作人员无需跨线作业，杜绝了人员安全风险，数据实时存储，且能够快速导出，方便管理。

Description

一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统

技术领域

本发明属于高速铁路无缝线路检测技术领域，特别涉及一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统。

背景技术

随着无缝线路的应用与发展，无缝线路日常养修监控的规范性、精确性、时效性等要求越来越高，尤其是钢轨纵向位移变化可能引起的线路病害等方面。无缝线路钢轨位移检测是高铁铁路无缝线路维修和养护的基础检测项目，是高速铁路轨道结构防断工作的重要保证，对高速铁路线路运营安全稳定起着至关重要的作用。

目前针对无缝线路位移观测的手段是采用埋设位移观测桩的办法，即在无缝线路路肩两侧埋设永久固定观测桩，在观测桩上标记定点，钢轨上标记基准点，通过拉线或准直仪测量钢轨位移情况，应力则是根据标记点量取的位移偏差计算而得。目前此种位移观测手段存在以下弊端：

1、埋设位移观测桩施工困难、成本高。受铁路特殊环境影响，每处位移观测桩点埋深必须超过一定深度，且铁路沿线地质复杂，开挖困难，并且必须提前将利用废旧钢轨制作成不短于2.5米的短轨运输到现场，耗费大量人力、物力，并且施工进度缓慢；

2、测量数据准确度不高、且测量速度慢。由于拉线或准直仪测量受天气影响、线路通过车产生震动影响、以及人工读数误差，导致每个桩点读数误差在±3毫米以上，对于路肩较窄或改造后被掩埋位移观测桩，则增加了位移观测难度，影响位移观测速度；

3、测量人员工作耗时长，天窗时间内可测量数据少，测量一个桩位数据需要3人同时操作；

4、位移观测桩维护困难。由于高抬道施工、水害、帮补路基卸土毛石会掩埋位移观测桩，则需重新埋设或再焊接一段，维护困难；

5、存在安全风险。尤其是长大桥上无位移观测桩时，需要用拉线测量，来回横穿线路，安全风险大。

为了解决上述测试方法存在的问题，现有技术中开发了一种检测装置，其包括固定基座、钢轨纵向位移检测仪、钢轨丝网印刷刻度和观测望远镜，将固定基座安装于电力牵引供电接触网支柱上，利用固定基座实现钢轨纵向位移检测仪的高精度基准定位，通过钢轨纵向位移检测仪使得激光点落在钢轨丝网印刷刻度上，工人使用观测望远镜实现对位移测量的操作端读数，从而实现了钢轨的纵向位移的测量。但是这种检测装置仍然存在以下缺陷：依靠激光照射在钢轨丝网印刷刻度尺上，由于现有激光技术在5米以上距离无法聚焦精细到1毫米光点，并且激光照在钢轨丝网印刷刻度尺上会形成很大的光斑，对要求正确读出清晰刻度值的应用要求是无法达到标准的。另外线路大多是上下行线路(4条钢轨)，距离接触网杆最近的是2.5左右，最远7米以上，肉眼无法识别这么距离1毫米的刻录，只能借助望远镜才能观察测量，同时需要人工记录，涂增铁路工人负担，耗费人力，而且测量过程中距离钢轨较近，安全风险大，实用性差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种检测效率高，测量准确，无需工作人员跨线作业，且能够实现测量数据的智能传输和记录的无缝线路钢轨位移爬行检测系统。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供了一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统，所述系统包括现场基础设备、主控操作系统及供电系统，所述现场基础设备包括安装在铁路沿线的接触网杆上的图像采集系统和设置在钢轨轨腰上的刻度标尺，所述图像采集系统与所述刻度标尺的安装位置平行，其中，

所述图像采集系统，用于发射照射在所述刻度标尺上的光标记，并用于实时采集所述刻度标尺上光标记的位移图像，发送至所述主控操作系统；

所述主控操作系统用于实时接收所述图像采集系统发送的所述位移图像，并根据所述位移图像与预设的原始图像对比，基于光标记的位置变化来测量位移，并进行保存；

所述供电系统，用于为所述图像采集系统和所述主控操作系统供电。

进一步的，所述图像采集系统包括摄像设备、位于所述摄像设备垂直下方的激光头和与所述摄像设备连接的高清视频采集卡，所述激光头用于发射照射在所述刻度标尺上的激光标记，所述摄像设备用于实时拍摄所述刻度标尺上激光标记照射的位移图像，所述高清视频采集卡用于对所述位移图像进行实时存储并发送至所述主控操作系统，所述摄像设备为变焦变倍摄像机，所述摄像设备上设置有用于控制其变焦操控的远近变焦按钮和远近聚焦按钮；

优选的，所述激光头为与所述主控操作系统通讯连接的激光测距仪，所述激光测距仪用于发射照射在所述刻度标尺上的激光标记，并能够测量所述刻度标尺与所述摄像设备之间的距离并发送至所述主控操作系统，所述主控操作系统用于控制调节所述摄像设备进行变焦变倍。

进一步的，所述现场基础设备还包括用于对所述图像采集系统采集的所述位移图像进行实时显示的显示系统，所述显示系统与所述主控操作系统通讯连接，所述显示系统为触摸显示屏，所述触摸显示屏通过LVDS数据线和背光线与所述主控操作系统连接；

所述触摸显示屏通过电源线与所述供电系统连接。

进一步的，所述现场基础设备还包括用于固定所述触摸显示屏的固定测量基座，所述固定测量基座包括安装板和设置在所述安装板上下两端的紧固绳，所述紧固绳用于固定在所述铁路沿线的接触网杆上，所述安装板中部设有螺纹孔，所述触摸显示屏背部设有与所述螺纹孔适配的螺杆。

优选的，所述刻度标尺由铝板采用腐蚀工艺雕刻，且尺面通过喷塑工艺制成，所述刻度标尺上标注有尺面信息，所述尺面信息包括左右标识、轨节标注、轨条编号及里程；

所述摄像设备设有与所述刻度标尺对应的地理坐标位置信息，所述地理坐标位置信息包括所述摄像设备所处的经度和纬度。

进一步的，所述主控操作系统包括相连接的中央处理器和数据库，所述中央处理器通过USB2.0线与所述触摸显示屏的触摸口连接、通过4路GPIO接口与所述触摸显示屏的操作按键连接，所述操作按键包括上翻页、下翻页、屏保和记录，所述中央处理器通过USB3.0线与所述高清视频采集卡通讯连接，其所述中央处理器与所述摄像设备连接，并通过控制所述远近变焦按钮和所述远近聚焦按钮对所述摄像设备进行调节；

其中，所述中央处理器包括位移测量模块、数据管理模块，所述位移测量模块用于对所述高清视频采集卡发送的所述位移图像进行处理并测量位移，同时将测量的位移发送至所述数据库存储，所述数据管理模块用于调取或导出所述数据库内的位移数据，并用于对所述数据库内的位移数据按照预设条件进行筛选或分类，所述预设条件包括时间范围、轨节标注、轨条编号及里程范围；

优选的，所述主控操作系统还包括GPS定位模块和北斗定位模块，所述GPS定位模块和所述北斗定位模块均能够根据所述地理坐标位置信息查询定位对应的所述摄像设备，同时根据所述摄像设备能够调取对应所述刻度标尺的所述位移图像。

进一步的，所述位移测量模块包括提取单元、测量单元，所述提取单元用于对位移图像进行抠图处理，提取所述位移图像中带有光标记的所述刻度标尺的标记图像发送至所述测量单元，所述测量单元将所述标记图像的光标记点与预设的原始图像的原标记点进行对比，并测量其间距即为位移。

进一步的，所述中央处理器还包括与所述数据管理模块连接的监测管理模块和与所述监测管理模块连接的曲线监测模块、报警模块，所述监测管理模块用于接收所述数据管理模块筛选或分类的位移数据建立时间-位移坐标曲线图展示给用户；所述曲线监测单元用于预设根据原始图像的原标记点在所述监测管理模块建立的时间-位移坐标曲线上预设基准线和阀值线，同时监测时间-位移坐标曲线走向，当时间-位移坐标曲线超出所述阀值线时，快速生成报警指令并发送至所述报警模块，所述报警模块进行报警。

优选的，所述阀值线包括第一阀值线和第二阀值线，其中第一阀值线对应的阀值小于第二阀值线对应的阀值，所述中央处理器还包括与所述报警模块连接的提醒模块，所述报警模块包括第一报警单元和第二报警单元，所述第一报警单元，当监测时间-位移坐标曲线超出第一阀值线，而低于第二阀值线时，生成预警提示指令发送至所述提醒模块；

所述第二报警单元，当监测时间-位移坐标曲线超出第二阀值线，生成报警指令，并进行闪灯报警，同时生成提示指令发送至所述提醒模块；

所述提醒模块接收提示指令并生成弹出框显示在用户的操作界面，所述弹出框内关联有监测的位移数据。

优选的，所述中央处理器还包括与所述报警模块连接的趋势分析模块、通讯模块，所述趋势分析模块根据历史位移数据的变化，根据以下公式计算出位移超出最大阀值时所需的平均时间差ΔT，所述时间差为当位移超出最大阀值时的监测时间点T_b与最近一次维护钢轨位移为标准值时的时间点Ta之间的差值，并生成提醒指令发送至通讯模块；

其中，ΔT为平均时间差，Ta_n为最近一次调整钢轨位移为标准值时的时间点，T_bn为当位移超出最大阀值时的监测时间点；

所述通讯模块，若当前时间为最近一次维护钢轨位移时的时间点

与平均时间差ΔT之和时，将钢轨位移维护提醒信息发送至用户的移动终端。

本发明的有益效果如下：本发明从铁路沿线长期适用角度，巧妙、简便的设计了该系统，该系统实现了钢轨位移的准确测量、存储、统计及管理一体化的智能设计，单人操作即可快速准确的完成多条线路的钢轨位移检测，工作人员无需跨线作业，杜绝了人员安全风险，数据实时存储，且能够快速导出，方便管理，此外，现场基础设备安装简单、快捷，价格低廉，适合大面积铺设，解决了现有技术中测量准确度低，耗费时间长，人员跨线作业存在安全隐患，不能做到记录的实时统计，数据存在记录不完整等缺陷，为此，本发明结构简单，操作方便，能够做到数据的准确测量和实时记录，方便数据查询，以防遗漏检测点，保证了高速铁路线路的运营安全。

附图说明

图1为实施例1所述的一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统的结构图；

图2为实施例2所述的一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统中图像采集系统的结构图；

图3为实施例2所述的一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统的结构图；

图4为实施例2所述的一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统中固定测量基座的结构图；

图5为实施例3所述的一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统的结构框图；

图6为实施例3所述的一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统中主控操作系统的结构框图；

图7为实施例4所述的一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统中中央处理器31的结构框图一；

图8为实施例4所述的一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统中中央处理器31的结构框图二。

其中：1、图像采集系统；101、摄像设备；102、激光头；103、高清视频采集卡；2、刻度标尺；3、主控操作系统；31、中央处理器；311、位移测量模块；3111、提取单元；3112、测量单元；312、数据管理模块；313、监测管理模块；314、曲线监测模块；315、报警模块；3151、第一报警单元；3152、第二报警单元；316、提醒模块；317、趋势分析模块；318、通讯模块；32、数据库；4、供电系统；5、显示系统；6、固定测量基座；601、螺纹孔；602、安装板；603、紧固绳。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供了一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统，该系统能够实时测量钢轨位移，测量精确，并能够及时数据记录和存储，具体的，如图1所示，系统包括现场基础设备、主控操作系统3及供电系统4，现场基础设备包括安装在铁路沿线的接触网杆上的图像采集系统1和设置在钢轨轨腰上的刻度标尺2，图像采集系统1与刻度标尺2的安装位置平行，现场基础设备安装在钢轨位移测量现场，主控操作系统3设置在后台，例如上位机，供电系统4用于提供电能，供现场设备和后台设备的使用，其中，

图像采集系统1负责采集粘在1米到10米的钢轨轨腰的刻度标尺2上的刻度，具体的，其用于发射照射在刻度标尺2上的光标记，并用于实时采集刻度标尺2上光标记的位移图像，发送至主控操作系统3；通过拍摄刻度标尺2上的图像能够读取位移数据，可以人工读取，也可以通过计算机读取，读取精确，误差较小，系统的测量能够避免遗漏测试点。

主控操作系统3用于实时接收图像采集系统1发送的位移图像，并根据位移图像与预设的原始图像对比，基于光标记的位置变化来测量位移，并进行保存；主控操作系统3用于对图像采集系统1采集的图像进行分类、保存记录，同时能够实现对图像的处理，实现数据的读取、统计和保存。

供电系统4，用于为图像采集系统1和主控操作系统3供电。供电系统4为图像采集系统1和主控操作系统3的应用提供了基础电力，保证了系统的运行。优选的，供电系统4为一块7000mAH可充电锂电池通过电源线与图像采集系统1连接，在-25℃时可连续工作7.5小时，在零下-30℃时可连续工作4个小时。

现有技术中针对钢轨位移测量，一般是通过使用光照射设置在钢轨上的刻度尺后，人工读取刻度标尺2的刻度，但是由于现在的光照射，在5米以上距离无法聚焦精细到1毫米光点，并且容易形成很大的光斑，所以人工读数往往存在读取不准确，测量存在很大误差，此外，铁路线路大多是上下行线路(4条钢轨)，距离接触网杆最近的是2.5米左右，最远7米左右，通过人工肉眼识别这么距离1毫米的刻度，所以只能借助望远镜才能观察测量，这不仅增加了测量成本，而且涂增铁路工人负担。为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供的上述系统中采用CMOS视觉成像技术，通过高清高速30倍变焦摄像机拍摄钢轨位移图像，利用钢轨上的特征信息，如数字标识信息在图像中基于原点的位置变化来测量位移，并将记录保存在嵌入式主控的硬盘里，可上传到“无缝线路监测、检测管理系统”，随时调阅查看历史图像资料，避免了人工肉眼观察疲劳导致的判断误差。该系统从铁路沿线长期适用角度，巧妙、简便地解决安装、定位基准问题，准确快速测量钢轨爬行量并实时存储，相对于钢轨纵向位移实时监测系统价格低廉，适于全线大面积铺设。

本发明能够适用与多种线路环境、低温高寒工作环境，同时对多条线路进行测量，此外，本发明单人操作即可完成快速准确测量，大大节省了人力，与现有技术相比，本发明提供的系统能够在10米内精度小于1毫米，测量一个点只需30秒，工作人员无需跨线作业，杜绝人员安全风险，同时，数据实时存储，快速导出，可以接入“无缝线路监测、检测管理系统”，无需人工数据录入，安装简单、快捷，价格低廉，适合大面积铺设。

实施例2

本发明实施例2在实施例1的基础上进一步的限定了一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统，具体为：

如图2所示，图像采集系统1包括摄像设备101、位于摄像设备101垂直下方的激光头102和与摄像设备101连接的高清视频采集卡103，激光头102用于发射照射在刻度标尺2上的激光标记，摄像设备101用于实时拍摄刻度标尺2上激光标记照射的位移图像，高清视频采集卡103用于对位移图像进行实时存储并发送至主控操作系统3，摄像设备101为变焦变倍摄像机，摄像机在室外-40℃的环境中仍可正常运行。摄像设备101上设置有用于控制其变焦操控的远近变焦按钮和远近聚焦按钮。

输入12V电压，数据通过视频线与高清视频采集卡103连接，高清视频卡通过USB3.0线与主控操作系统3连接

优选的，激光头102为与主控操作系统3通讯连接的激光测距仪，激光测距仪用于发射照射在刻度标尺2上的激光标记，并能够测量刻度标尺2与摄像设备101之间的距离并发送至主控操作系统3，主控操作系统3用于控制调节摄像设备101进行变焦变倍。

为了能够清晰拍摄刻度标尺2的位移图像，优选的将激光头102设置为激光测距仪，不仅能够照射激光，而且能够测量拍摄位置与摄像设备101之间的距离，发送至主控操作系统3，主控操作系统3根据距离调节摄像设备101的焦距与倍数，从而使拍摄的图片更加清晰，便于读书。

如图3所示，需要进一步限定的是，现场基础设备还包括用于对图像采集系统1采集的位移图像进行实时显示的显示系统5，显示系统5负责显示摄像机采集到的图像和触摸操作。显示系统5与主控操作系统3通讯连接，显示系统5为触摸显示屏，触摸显示屏通过LVDS数据线和背光线与主控操作系统3连接；优选的，该触摸屏采用电阻式液晶屏，对于零下-30℃的环境下仍能触摸功能仍能正常使用，定制开发控制板，板上设计有激光供电接口，能为激光头102提供3V电压。

触摸显示屏通过电源线与供电系统4连接。供电系统4为触摸显示屏供电和夜间补光。触摸显示屏上具有操作按键，例如上翻页、下翻页、屏保、记录、导出等，操作按键能够受到主控操作系统3的控制。

在现场基础设备安装时，为了能够方便调节摄像设备101和激光头102的照射位置，能够显示系统5的显示区域能够进行调节，保证了照射位置的准确性，保证了采集图像的准确性。显示系统5的设置，为设备的安装提供了便利。

需要说明的是，如图4所示，现场基础设备还包括用于固定触摸显示屏的固定测量基座6，固定测量基座6包括安装板602和设置在安装板602上下两端的紧固绳603，紧固绳603用于固定在铁路沿线的接触网杆上，安装板602中部设有螺纹孔601，触摸显示屏背部设有与螺纹孔601适配的螺杆。固定测量基座6适用于铁路沿线各种场景，如高铁女儿墙式，桥梁护栏架，隧道墙壁侧，横幅式等各类接触网杆，利用固定测量基座6能够用来固定触摸显示屏，方便固定、拆卸或安装，使用方便，操作简单。

优选的，刻度标尺2由铝板采用腐蚀工艺雕刻，且尺面通过喷塑工艺制成，刻度标尺2上标注有尺面信息，尺面信息包括左右标识、轨节标注、轨条编号及里程。刻度标尺2的长度为20cm，间距为1㎜，刻度标尺2通过上述工艺制作能够防止老化，与现有的普通雕刻工艺相比，使用年限增长，长期暴露在室外，不会受到损坏，不受环境影响，刻度始终保持清晰。尺面信息方便记录和统计，以防遗漏某个测试点，导致位移数据缺失，保证了高铁线路安全使用。

所述摄像设备101设有与所述刻度标尺2对应的地理坐标位置信息，所述地理坐标位置信息包括所述摄像设备101所处的经度和纬度。

实施例3

本发明实施例3在实施例2的基础上进一步限定了主控操作系统3的结构，提高了系统的智能化操作。

如图5所示，主控操作系统3包括相连接的中央处理器31和数据库32，中央处理器31通过USB2.0线与触摸显示屏的触摸口连接、通过4路GPIO接口与触摸显示屏的操作按键连接，操作按键包括上翻页、下翻页、屏保和记录，中央处理器31通过USB3.0线与高清视频采集卡103通讯连接，其中央处理器31与摄像设备101连接，并通过控制远近变焦按钮和远近聚焦按钮对摄像设备101进行调节。主控操作系统3可以为一台2.5寸研华工业控制计算机，定制嵌入式win7系统，中央处理器31为1.9GHZ的CPU，数据库32包括8G内存，40G硬盘，能够存储大量测量数据，该主控操作系统3在-40℃环境中正常运行，通过USB3.0线与高清视频采集卡103连接，通过USB2.0线与触摸屏的触摸口连接，通过LVDS线和背光线与显示屏连接，通过4路GPIO接口与操作按键连接，分别控制上、下翻页，屏保和记录按钮。

其中，如图6所示，中央处理器31包括位移测量模块311、数据管理模块312，位移测量模块311用于对高清视频采集卡103发送的位移图像进行处理并测量位移，同时将测量的位移发送至数据库32存储，数据管理模块312用于调取或导出数据库32内的位移数据，并用于对数据库32内的位移数据按照预设条件进行筛选或分类，预设条件包括时间范围、轨节标注、轨条编号及里程范围。位移测量模块311能够用于将位移图像进行处理并读取图像中的位移，数据管理模块312能够对测量的位移进行管理，例如筛选或分类等。

优选的，所述主控操作系统3还包括GPS定位模块和北斗定位模块，所述GPS定位模块和所述北斗定位模块均能够根据所述地理坐标位置信息查询定位对应的所述摄像设备101，同时根据所述摄像设备101能够调取对应所述刻度标尺2的所述位移图像。

通过GPS定位模块和北斗定位模块能够精确定位摄像设备101的位置，从而方便铁轨位移数据的查询和测量，根据定位可以精确到每个测量点，方便数据管理。

进一步的，如图6所示，位移测量模块311包括提取单元3111、测量单元3112，提取单元3111用于对位移图像进行抠图处理，提取位移图像中带有光标记的刻度标尺2的标记图像发送至测量单元3112，测量单元3112将标记图像的光标记点与预设的原始图像的原标记点进行对比，并测量其间距即为位移。

例如原标记点为0.00点，则将位移图像与原始图像中的0.00点对齐，测量光标记点与0.00点的距离，即可测出位移。

主控操作系统3实现钢轨纵向位移快速可视化测量、记录、分类、导出。

实施例4

本发明实施例4在实施例3的基础上，进一步限定了主控操作系统3的结构。

进一步需要说明的是，如图7所示，中央处理器31还包括与数据管理模块312连接的监测管理模块313和与监测管理模块313连接的曲线监测模块314、报警模块315，监测管理模块313用于接收数据管理模块312筛选或分类的位移数据建立时间-位移坐标曲线图展示给用户；曲线监测单元用于预设根据原始图像的原标记点在监测管理模块313建立的时间-位移坐标曲线上预设基准线和阀值线，同时监测时间-位移坐标曲线走向，当时间-位移坐标曲线超出阀值线时，快速生成报警指令并发送至报警模块315，报警模块315进行报警。

监测管理模块313用于建立时间-位移图像，曲线监测模块314根据曲线能够了解某节钢轨的位移情况，当坐标曲线上曲线走向超出预设的阀值线，生成报警指令发送至报警模块315报警，该结构有效保证了当钢轨位移突然变大是，预设钢轨有可能存在危险，为此，及时的报警提醒工作人员检修，保证了高铁铁路线路的安全运行。

为了保证铁路线路的绝对安全，本发明优选的限定了，阀值线包括第一阀值线和第二阀值线，其中第一阀值线对应的阀值小于第二阀值线对应的阀值，如图8所示，中央处理器31还包括与报警模块315连接的提醒模块316，报警模块315包括第一报警单元3151和第二报警单元3152，第一报警单元3151，当监测时间-位移坐标曲线超出第一阀值线，而低于第二阀值线时，生成预警提示指令发送至提醒模块316；

第二报警单元3152，当监测时间-位移坐标曲线超出第二阀值线，生成报警指令，并进行闪灯报警，同时生成提示指令发送至提醒模块316；

提醒模块316接收提示指令并生成弹出框显示在用户的操作界面，弹出框内关联有监测的位移数据。

第一阀值线和第二阀值线建立的风险报警级别，当超出第一阀值线时，证明位移出现了变化，需要及时检修，当超出第二阀值线时，证明位移存在严重的隐患，可以通知铁路部门停止线路的运行，当然第一阀值线和第二阀值线对应的数值可以根据需求进行设置，当然本发明不仅限于二级风险预测，还可以设置为3级甚至4级，根据需求进行设置。

钢轨位移的变化，是铁路安全运行的基础，如图8所示，本发明优选的限定了，中央处理器31还包括与报警模块315连接的趋势分析模块317、通讯模块318，趋势分析模块317根据历史位移数据的变化，根据以下公式计算出位移超出最大阀值时所需的平均时间差ΔT，时间差为当位移超出最大阀值时的监测时间点T_b与最近一次维护钢轨位移为标准值时的时间点Ta之间的差值，并生成提醒指令发送至通讯模块318；

其中，ΔT为平均时间差，Ta_n为最近一次调整钢轨位移为标准值时的时间点，T_bn为当位移超出最大阀值时的监测时间点；

通讯模块318，若当前时间为最近一次维护钢轨位移时的时间点

与平均时间差ΔT之和时，将钢轨位移维护提醒信息发送至用户的移动终端。

钢轨在运行一段时间后，若位移出现变化，则经常需要在某个时间段内检修，那么在检修后一定要做到严格的位移监控，若位移出现明显的变化，则提醒工作人员及时检修，为此检修时间根据位移变化来确定，因此，通过上述结构利用上述公式能够根据历史检修时间计算需要检修的大概时间，及时提供工作人员及时检修，以防工作人员遗漏，保证了铁路运行的安全。

本发明解决了铁路工务位移观测难，传统手段准确度低，耗费时间，人员存在跨线作业风险，记录不实时不完整等缺陷，有效克服了现有技术中需要其他辅助设备(如：望远镜)，监测系统成本高，不容易全路大面积铺设等问题，实现了钢轨位移的准确测量、监控和记录。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无缝线路钢轨位移爬行检测系统，其特征在于，所述系统包括现场基础设备、主控操作系统(3)及供电系统(4)，所述现场基础设备包括安装在铁路沿线的接触网杆上的图像采集系统(1)和设置在钢轨轨腰上的刻度标尺(2)，所述图像采集系统(1)与所述刻度标尺(2)的安装位置平行，其中，

所述图像采集系统(1)，用于发射照射在所述刻度标尺(2)上的光标记，并用于实时采集所述刻度标尺(2)上光标记的位移图像，发送至所述主控操作系统(3)；

所述主控操作系统(3)用于实时接收所述图像采集系统(1)发送的所述位移图像，并根据所述位移图像与预设的原始图像对比，基于光标记的位置变化来测量位移，并进行保存；

所述供电系统(4)，用于为所述图像采集系统(1)和所述主控操作系统(3)供电；

所述图像采集系统(1)包括摄像设备(101)、位于所述摄像设备(101)垂直下方的激光头(102)和与所述摄像设备(101)连接的高清视频采集卡(103)，所述激光头(102)用于发射照射在所述刻度标尺(2)上的激光标记，所述摄像设备(101)用于实时拍摄所述刻度标尺(2)上激光标记照射的位移图像，所述高清视频采集卡(103)用于对所述位移图像进行实时存储并发送至所述主控操作系统(3)，所述摄像设备(101)为变焦变倍摄像机，所述摄像设备(101)上设置有用于控制其变焦操控的远近变焦按钮和远近聚焦按钮；

所述现场基础设备还包括用于对所述图像采集系统(1)采集的所述位移图像进行实时显示的显示系统(5)，所述显示系统(5)与所述主控操作系统(3)通讯连接，所述显示系统(5)为触摸显示屏，所述触摸显示屏通过LVDS数据线和背光线与所述主控操作系统(3)连接；所述触摸显示屏通过电源线与所述供电系统(4)连接；

所述主控操作系统(3)包括相连接的中央处理器(31)和数据库(32)，所述中央处理器(31)通过USB2.0线与所述触摸显示屏的触摸口连接、通过4路GPIO接口与所述触摸显示屏的操作按键连接，所述操作按键包括上翻页、下翻页、屏保和记录，所述中央处理器(31)通过USB3.0线与所述高清视频采集卡(103)通讯连接，其所述中央处理器(31)与所述摄像设备(101)连接，并通过控制所述远近变焦按钮和所述远近聚焦按钮对所述摄像设备(101)进行调节；

其中，所述中央处理器(31)包括位移测量模块(311)、数据管理模块(312)，所述位移测量模块(311)用于对所述高清视频采集卡(103)发送的所述位移图像进行处理并测量位移，同时将测量的位移发送至所述数据库(32)存储，所述数据管理模块(312)用于调取或导出所述数据库(32)内的位移数据，并用于对所述数据库(32)内的位移数据按照预设条件进行筛选或分类，所述预设条件包括时间范围、轨节标注、轨条编号及里程范围；

所述中央处理器(31)还包括与所述数据管理模块(312)连接的监测管理模块(313)和与所述监测管理模块(313)连接的曲线监测模块(314)、报警模块(315)，所述监测管理模块(313)用于接收所述数据管理模块(312)筛选或分类的位移数据建立时间-位移坐标曲线图展示给用户；所述曲线监测模块(314)用于预设根据原始图像的原标记点在所述监测管理模块(313)建立的时间-位移坐标曲线上预设基准线和阀值线，同时监测时间-位移坐标曲线走向，当时间-位移坐标曲线超出所述阀值线时，快速生成报警指令并发送至所述报警模块(315)，所述报警模块(315)进行报警。

2.如权利要求1所述的无缝线路钢轨位移爬行检测系统，其特征在于，所述激光头(102)为与所述主控操作系统(3)通讯连接的激光测距仪，所述激光测距仪用于发射照射在所述刻度标尺(2)上的激光标记，并能够测量所述刻度标尺(2)与所述摄像设备(101)之间的距离并发送至所述主控操作系统(3)，所述主控操作系统(3)用于控制调节所述摄像设备(101)进行变焦变倍。

3.如权利要求2所述的无缝线路钢轨位移爬行检测系统，其特征在于，所述现场基础设备还包括用于固定所述触摸显示屏的固定测量基座(6)，所述固定测量基座(6)包括安装板(602)和设置在所述安装板(602)上下两端的紧固绳(603)，所述紧固绳(603)用于固定在所述铁路沿线的接触网杆上，所述安装板(602)中部设有螺纹孔(601)，所述触摸显示屏背部设有与所述螺纹孔(601)适配的螺杆。

4.如权利要求1所述的无缝线路钢轨位移爬行检测系统，其特征在于，所述刻度标尺(2)由铝板采用腐蚀工艺雕刻，且尺面通过喷塑工艺制成，所述刻度标尺(2)上标注有尺面信息，所述尺面信息包括左右标识、轨节标注、轨条编号及里程；所述摄像设备(101)设有与所述刻度标尺(2)对应的地理坐标位置信息，所述地理坐标位置信息包括所述摄像设备(101)所处的经度和纬度。

5.如权利要求4所述的无缝线路钢轨位移爬行检测系统，其特征在于，所述主控操作系统(3)还包括GPS定位模块和北斗定位模块，所述GPS定位模块和所述北斗定位模块均能够根据所述地理坐标位置信息查询定位对应的所述摄像设备(101)，同时根据所述摄像设备(101)能够调取对应所述刻度标尺(2)的所述位移图像。

6.如权利要求1所述的无缝线路钢轨位移爬行检测系统，其特征在于，所述位移测量模块(311)包括提取单元(3111)、测量单元(3112)，所述提取单元(3111)用于对位移图像进行抠图处理，提取所述位移图像中带有光标记的所述刻度标尺(2)的标记图像发送至所述测量单元(3112)，所述测量单元(3112)将所述标记图像的光标记点与预设的原始图像的原标记点进行对比，并测量其间距即为位移。

7.如权利要求6所述的无缝线路钢轨位移爬行检测系统，其特征在于，所述阀值线包括第一阀值线和第二阀值线，其中第一阀值线对应的阀值小于第二阀值线对应的阀值，所述中央处理器(31)还包括与所述报警模块(315)连接的提醒模块(316)，所述报警模块(315)包括第一报警单元(3151)和第二报警单元(3152)，

所述第一报警单元(3151)，当监测时间-位移坐标曲线超出第一阀值线，而低于第二阀值线时，生成预警提示指令发送至所述提醒模块(316)；

所述第二报警单元(3152)，当监测时间-位移坐标曲线超出第二阀值线，生成报警指令，并进行闪灯报警，同时生成提示指令发送至所述提醒模块(316)；

所述提醒模块(316)接收提示指令并生成弹出框显示在用户的操作界面，所述弹出框内关联有监测的位移数据。

8.如权利要求7所述的无缝线路钢轨位移爬行检测系统，其特征在于，所述中央处理器(31)还包括与所述报警模块(315)连接的趋势分析模块(317)、通讯模块(318)，所述趋势分析模块(317)根据历史位移数据的变化，根据以下公式计算出位移超出最大阀值时所需的平均时间差ΔT，所述时间差为当位移超出最大阀值时的监测时间点T_b与最近一次维护钢轨位移为标准值时的时间点Ta之间的差值，并生成提醒指令发送至通讯模块(318)；

其中，ΔT为平均时间差，Ta_n为最近一次调整钢轨位移为标准值时的时间点，T_bn为当位移超出最大阀值时的监测时间点；

所述通讯模块(318)，若当前时间为最近一次维护钢轨位移时的时间点

与平均时间差ΔT之和时，将钢轨位移维护提醒信息发送至用户的移动终端。

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