CN109457659B - 一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，包括：车载毛刷控制器以及分别与所述车载毛刷控制器连接的清洁毛刷监控模块、车载毛刷控制器、检测模块、现场操作盒、毛刷驱动模块、图像处理及传输模块和车速传感器；图像处理及传输模块通过图像采集检测出障碍物信息，并通过车速传感器计算出清洁车距离障碍物的距离；车载毛刷控制器根据检测到的障碍物信息以及距离障碍物的距离向检测模块和毛刷驱动模块发送控制指令，自动控制毛刷的升降、旋转以及压毛量。本发明不仅能够解决现有技术中不能彻底清除铁路线路粉尘等垃圾的问题，同时全自动化的毛刷自动控制及监视系统，能全方位扑捉线路情况，自动升降，达到最佳清洁。

Description

一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统

技术领域

本发明涉及铁路工程车电气控制技术领域，具体而言，涉及到一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统。

背景技术

高铁及城际铁路的拓展和增加，给线路的维护带来严峻的考验，尤其长大隧道，粉尘形成涡流，导致环境污染严重。轨道线路维护的必须设备是钢轨打磨车，打磨作业时会产生大量铁粉灰尘，钢轨打磨车自身虽有吸尘装置，但是吸尘不干净。粉尘堆积久了，就结成板块，更难清理。

安全高效的清洁工作是保证铁路线路行车安全、降低运营故障率、减少维修故障成本所必需的。目前维护工程车现有装备采用吹吸技术路线来清理粉尘，但是板结的粉尘很难吹起并吸走，所以存在吸污不干净不彻底，用户满意度比较低等问题。因此，研制铁路线路清洁车，对保证轨道清洁环保，保证行车安全、降低运营成本等具有重要意义。

铁路线路清洁车的清洁系统采用毛刷滚刷与真空吸污相结合的方式，能够有效改善隧道环境和空气质量，但是，现有的毛刷控制大多是由人工操作完成，无法实现毛刷的全自动控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，该系统不仅能够解决现有技术中不能彻底清除铁路线路粉尘等垃圾的问题，同时全自动化的毛刷自动控制及监视系统，能全方位扑捉线路情况，自动升降，根据线路情况，自动计算出需要的压毛量，达到最佳清洁。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在一个或多个实施方式中公开的一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，包括：车载毛刷控制器以及分别与所述车载毛刷控制器连接的清洁毛刷监控模块、车载毛刷控制器、检测模块、现场操作盒、毛刷驱动模块、图像处理及传输模块和车速传感器；

所述图像处理及传输模块通过图像采集检测出障碍物信息，并通过车速传感器计算出清洁车距离障碍物的距离；所述车载毛刷控制器根据检测到的障碍物信息以及距离障碍物的距离向检测模块和毛刷驱动模块发送控制指令，自动控制毛刷的升降、旋转以及压毛量。

进一步地，所述清洁毛刷监控模块包括：第一监视器、触摸屏、安全开关和第二监视器；

所述第一监视器用于显示铁路清洁车车头以及车尾的路况信息；

所述触摸屏用于实时显示毛刷运行工况信息，同时能够进行毛刷作业数值修正；

所述第二监视器用于显示毛刷的运行状态信息；

所述安全开关为应急开关，当毛刷系统故障或紧急情况下，启动安全开关，清洁毛刷自动恢复到初始状态。

进一步地，所述检测模块包括：升降位移传感器、测速传感器、第一测距传感器、第二测距传感器和现场采集单元；

所述升降位移传感器用于实时检测毛刷上升或下降的位移值；

所述测速传感器用于检测毛刷旋转的速度；

所述第一测距传感器用于检测毛刷下降后的压毛量；

所述第二测距传感器用于检测毛刷下降后的压毛量是否超过安全阈值；

所述现场采集单元用于采集升降位移传感器、测速传感器、第一测距传感器和第二测距传感器的数据并通过网线形式传送至车载毛刷控制器。

进一步地，所述图像处理及传输模块分别接收车头摄像机采集到的清洁车前部的路况信息、车尾摄像机采集到的清洁车尾部的路况信息以及毛刷摄像机采集到的图像数据，判断清洁车前、后是否存在障碍物；

同时图像处理及传输模块接收车速传感器检测到的车速数据计算出清洁车距离障碍物的距离；

判断障碍物是否影响毛刷的运行；并将结果发送至车载毛刷控制器。

进一步地，根据车速传感器的检测到的数据值，为安全开关提供紧急恢复初始状态的速度值；在发生故障或紧急情况下，启动安全开关，清洁毛刷快速恢复初始状态，恢复过程中毛刷驱动系统的响应速度，参照车速传感器测量得到的车辆速度。

进一步地，所述现场操作盒负责毛刷现场的动作微调，属于就地操作，与清洁毛刷监控模块的操作互锁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、清洁毛刷监控模块的触摸屏，能显示毛刷的位移数据，同时能够修改操作数据；在铁路清洁车毛刷系统故障或紧急情况下，启动安全开关，清洁毛刷会自动恢复到初始状态，避免事故扩大，同时动作可靠便捷。

2、检测模块，既能检测毛刷的旋转速度，而且能检测毛刷升降的位移速度，更关键的是，通过第一测距传感器能检测毛刷下降后的压毛量。在下降的过程中，不仅通过第一测距传感器检测压毛量，同时第二测距传感器能够实时监测压毛量是否超过安全阈值，以防止毛刷保护壳碰到轨基或道床，多重保护毛刷系统。

3、图像处理及传输模块，能够根据车头、车尾及毛刷摄像机采集到的数据信号，计算出是否影响毛刷的运行，并将计算结果自动发送至车载毛刷控制器，以便及时控制毛刷的动作。相比之前的铁路线路图像识别技术，本申请的识别准确度高，能够避免误报，提高清洁效率。

4、为了方便电缆线路的敷设，减少维护量，采用现场采集单元，将检测系统中各传感器的信号，通过现场采集单元传输到车载毛刷控制器。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统的原理框图；

图2为图像处理及传输模块算法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中公开的一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，如图1所示，包括：车载毛刷控制器以及分别与所述车载毛刷控制器连接的清洁毛刷监控模块、车载毛刷控制器、检测模块、现场操作盒、毛刷驱动模块、图像处理及传输模块和车速传感器。

其中，清洁毛刷监控模块，包括第一监视器、触摸屏、安全开关和第二监视器。

通过触摸屏，实时显示毛刷运行工况信息，同时能方便修改毛刷作业数值；

第一监视器，用于显示车头摄像机和车尾摄像机的画面，方便操作者观察路况；

第二监视器，用于接收毛刷摄像机的信号，方便操作者观察毛刷的运行状态；

安全开关，是应急使用。当毛刷系统故障或紧急情况下，启动安全开关，清洁毛刷自动上升并恢复到初始状态，避免事故扩大，同时动作可靠便捷。

由于车速太快，毛刷无法紧急提升到安全位置，并且车速太快，清洁度也会下降。因此，车速传感器用于检测铁路清洁车的运行速度，提供计算依据，以达到最佳清洁速度。根据车速传感器的检测到的数据值，为安全开关提供紧急恢复初始状态的速度值。在发生故障或紧急情况下，启动安全开关，清洁毛刷快速恢复初始状态；恢复过程中毛刷驱动系统的响应速度，参照车速传感器测量得到的清洁车的速度。

图像处理及传输模块，分别接收车头摄像机采集到的清洁车前部的路况信息、车尾摄像机采集到的清洁车尾部的路况信息以及毛刷摄像机采集到的轨道面和毛刷旋转状态图像数据，判断清洁车前、后是否存在障碍物；

同时图像处理及传输模块接收车速传感器检测到的车速数据，同时根据采集到的图像信息计算出清洁车距离障碍物的距离；

判断障碍物是否影响毛刷的运行，并把结果发送到车载毛刷控制器；

比如：摄像机检测到有障碍物，根据各种数据计算出障碍物与铁路清洁车的距离，然后发动信号给车载毛刷控制器，及时把滚刷的毛刷提升。提升后，摄像机判断为安全情况下，再将毛刷下降到合适的压毛量。铁路环境比较复杂，障碍物种类多，而且不规则；所以可以利用基于深度学习的图像检测算法，如图2所示，这种算法包括了训练过程与测试过程，能够归纳出图像库，避免障碍物的误判，提高作业效率，而且防止毛刷碰撞。

检测模块包括升降位移传感器、测速传感器、第一测距传感器、第二测距传感器和现场采集单元。

其中，升降位移传感器，用于实时检测毛刷上升下降的位移值；

测速传感器，用于实时检测毛刷旋转的速度；

第一测距传感器，用于检测毛刷下降后的压毛量，此处的压毛量指的是毛刷接触铁路轨基及道床后继续下降，下压毛刷的位移；

第二测距传感器，用于检测毛刷压毛量是否超过了下降毛刷位移的安全极限值(即毛刷接触铁路轨基及道床后继续下降，下压毛刷的安全量最大量)，防止毛刷保护壳碰到轨基或道床；同时能够避免毛刷由于阻力太大而导致的无法旋转。

将检测模块中各传感器的信号，采用网线的形式将传感器采集到的数据传送至车载控制器，省去了传感器的线缆铺设，减少维护量。

现场操作盒，负责毛刷系统现场的动作微调，属于就地操作，与触摸屏的操作互锁。

驱动系统，负责毛刷的升降及旋转驱动。

车载毛刷控制器，是清洁毛刷自动控制及监视系统的中枢部件；其与毛刷驱动模块连接，根据接收到的反馈数据向毛刷驱动模块发送相应的驱动控制指令。

车载毛刷控制器与图像处理及传输模块连接，接收图像处理及传输模块上传的计算结果，根据计算结果控制毛刷的上升或者下降；车载毛刷控制器根据车速以及第一测距传感器的值，结合经验数值，能够得到需要下压的压毛量。

同时，车载毛刷控制器与检测模块连接，接收检测模块上传的各传感器检测到的数据信息，根据所述数据信息判断毛刷当前的运行状态；并将运行状态发送至清洁毛刷监控模块进行显示。

另外，车载毛刷控制器与现场操作盒连接，接收现场操作盒的操作指令，向毛刷驱动模块发送驱动控制信号。

需要说明的是，上述系统中涉及到的各结构的设置位置以及具体的设置方式是本领域技术人员根据现有技术能够获知的，本领域技术人员可以结合各结构实现的作用根据实际情况进行设置，本申请不再赘述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，其特征在于，包括：车载毛刷控制器以及分别与所述车载毛刷控制器连接的清洁毛刷监控模块、检测模块、现场操作盒、毛刷驱动模块、图像处理及传输模块和车速传感器；

所述图像处理及传输模块通过图像采集检测出障碍物信息，并通过车速传感器计算出清洁车距离障碍物的距离；所述车载毛刷控制器根据检测到的障碍物信息以及距离障碍物的距离向检测模块和毛刷驱动模块发送控制指令，自动控制毛刷的升降、旋转以及压毛量；

根据车速传感器的检测到的数据值，为安全开关提供紧急恢复初始状态的速度值；在发生故障或紧急情况下，启动安全开关，清洁毛刷快速恢复初始状态，恢复过程中毛刷驱动系统的响应速度，参照车速传感器测量得到的车辆速度。

2.如权利要求1所述的一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，其特征在于，所述清洁毛刷监控模块包括：第一监视器、触摸屏、安全开关和第二监视器；

所述第一监视器用于显示铁路清洁车车头以及车尾的路况信息；

所述触摸屏用于实时显示毛刷运行工况信息，同时能够进行毛刷作业数值修正；

所述第二监视器用于显示毛刷的运行状态信息；

所述安全开关为应急开关，当毛刷系统故障或紧急情况下，启动安全开关，清洁毛刷自动恢复到初始状态。

3.如权利要求1所述的一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，其特征在于，所述检测模块包括：升降位移传感器、测速传感器、第一测距传感器、第二测距传感器和现场采集单元；

所述升降位移传感器用于实时检测毛刷上升或下降的位移值；

所述测速传感器用于检测毛刷旋转的速度；

所述第一测距传感器用于检测毛刷下降后的压毛量；

所述第二测距传感器用于检测毛刷下降后的压毛量是否超过安全阈值；

所述现场采集单元用于采集升降位移传感器、测速传感器、第一测距传感器和第二测距传感器的数据并通过网线形式传送至车载毛刷控制器。

4.如权利要求1所述的一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，其特征在于，所述图像处理及传输模块分别接收车头摄像机采集到的清洁车前部的路况信息、车尾摄像机采集到的清洁车尾部的路况信息以及毛刷摄像机采集到的图像数据，判断清洁车前、后是否存在障碍物；

同时图像处理及传输模块接收车速传感器检测到的车速数据计算出清洁车距离障碍物的距离；

判断障碍物是否影响毛刷的运行；并将结果发送至车载毛刷控制器。

5.如权利要求1所述的一种适用于铁路清洁车的毛刷自动控制及监视系统，其特征在于，所述现场操作盒负责毛刷现场的动作微调，属于就地操作，与清洁毛刷监控模块的操作互锁。

6.一种铁路清洁车，其特征在于，包括：权利要求1-5任一项所述的毛刷自动控制及监视系统。

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