CN109515471B - 一种移动状态下的非接触式轨枕识别方法 - Google Patents

一种移动状态下的非接触式轨枕识别方法 Download PDF

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Abstract

一种低速移动状态下的非接触式轨枕识别方法，以有效地提高轨枕识别的准确率和精度，快速检测轨道几何状态，防止轨枕错检和漏检。包括如下步骤：将激光传感器的固定安装在到动态测量小车主梁底面上，激光传感器的发射面与小车主梁底面共面，激光照准线对准承轨台或者枕木；动态测量小车沿测量线路均速推行，激光传感器对其下方的轨枕、道床进行扫描，测量其与轨枕、道床的距离，纪录所采集原始数据；将激光传感器与里程计匹配绘制原始波形图，原始波形图的横向为里程，纵向为激光传感器所采集的与轨枕、道床的距离；对原始波形图进行数据滤波，去掉高频信号，得到光滑的波形图；对波形进行测量，测出相邻波峰间距t1和波峰宽度t2；以相邻两个波峰的间距t1和波峰宽度t2为约束条件对轨枕进行自动识别。

Description

一种移动状态下的非接触式轨枕识别方法
技术领域
本发明涉及轨道交通，特别涉及一种低速移动状态下的非接触式轨枕识别方法。
背景技术
铁路轨道几何状态快速检测技术是铁路轨道几何状态检测的发展趋势，而目前国内外研发的动态轨检小车(简称动检小车)是这种技术实现的载体。动检小车集成了无线通讯、轨枕识别、惯导系统、距离测量、角度测量等多种传感器，而轨枕识别器是动检小车的一个重要部件、它的检测精度直接影像到轨道检测的质量和精度，当某个轨枕漏检或错检时，会直接影响到后续所有数据检测的精度和整个数据的检测质量，进而影响到轨道精调的质量。对轨枕漏检或错检的处理方法一般是重新测量，这样大大浪费了人力和物力成本，增加了资金的投入。
目前轨枕识别的方法主要有两种，一种是接触式检测方法，一种是非接触式检测方法。
接触式检测方法是在车架底部安装摆臂和复位弹簧，在摆臂上部设置连接块，连接块下方安置复位弹簧和与轨枕道钉相配接的接触臂，在接触臂上设有电极，通过接触臂直接与道钉的机械接触来判断轨枕的具体位置。这种方法可以避免因信号感应不灵或者不真实所带来的漏识别或者误识别等问题，但无法解决在道钉丢失、漏安的情况下轨枕识别的问题，并且由于在动态测量中接触臂频繁接触道钉，会使得接触臂损坏加剧，维修费用增加。
非接触式测量则利用非接触式感应传感器来实现，如接近开关、超声波传感器和激光传感器等。接近开关是一种无需与运动部件直接接触而产生开关脉冲信号的位置开关，它可以感应金属的存在，当接近开关靠近金属时，它会产生一个开关信号，系统根据开关信号判断该位置是否存在轨枕，由于接近开关只能探测金属，因此该方法只能通过探测道钉的存在来实现轨枕的识别，在道钉丢失、漏安或错安的情况下无法实现轨枕识别，另外由于接近开关的量程较短，最大为4cm，因此在安装的时候，接近开关与道钉的距离要小于4cm,而动检小车底座与道钉的距离超过了4cm，若要探测到轨枕，接近开关就要伸出动检小车底座，这样做就不能避免接近开关与其他物体碰撞，造成接近开关损坏或安装位置偏移，从而使得接近开关无法正常工作。超声波传感器则是借助声波来探测轨枕，超声波可以实现远距离测量，因此在安装的时候无需将超声波传感器安装到动检小车底座外侧，但超声波有传播速度慢、束波角小和感应速度慢的缺点，当动检小车速度比较快的时候很容易造成数据的漏检。激光传感器综合了接触开关和超声波传感器的优点，具有感应距离长、感应速度快的优点，在低速(小于8.4km/h)运行的状态下，每秒可采40多个点，完全满足了轨枕识别的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低速移动状态下的非接触式轨枕识别方法，以有效地提高轨枕识别的准确率和精度，快速检测轨道几何状态，防止轨枕错检和漏检。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种基于移动扫描技术的高精度轨枕识别方法，包括如下步骤：
(1)将激光传感器的固定安装在到动态测量小车主梁底面上，激光传感器的发射面与小车主梁底面共面，激光照准线对准承轨台或者枕木；
(2)动态测量小车沿测量线路均速推行，激光传感器对其下方的轨枕、道床进行扫描，测量其与轨枕、道床的距离，纪录所采集原始数据；
动态测量小车推进速度v由下式确定：
v＝LH/P
式中：H为测量频率，L为轨枕平均宽度，P为落在轨枕上测量点数量，P≥3。
(3)将激光传感器与里程计匹配绘制原始波形图，原始波形图的横向为里程，纵向为激光传感器所采集的与轨枕、道床的距离；
(4)对原始波形图进行数据滤波，去掉高频信号，得到光滑的波形图；
(5)对波形进行测量，测出相邻波峰间距t1和波峰宽度t2；
(6)以相邻两个波峰的间距t1和波峰宽度t2为约束条件对轨枕进行自动识别，相邻两个轨枕的间距为550mm～700mm，轨枕的宽度为180mm～190mm，将该数值范围与相邻波峰间距t1和波峰宽度t2比较进行轨枕识别，按如下原则进行识别：
①550≤t1≤700，180≤t2≤190，正常检测出轨枕；
②t1≤500，若将该波峰去掉，测得的该处相邻两个波峰的距离满足原则①，则该波形为噪声，将其忽略；若不满足原则①，将波峰去掉，并在此处做标注，是否为轨枕根据原则④而定；
③1100≥t1≥700，将该波峰去掉，并在此处做标注，是否为轨枕根据原则④而定；
④t1≥1100，若相邻波峰间距t1中间有标注，则确定该标注处有轨枕；若没有标注，则在相邻波峰间距t1中间加入轨枕，防止轨枕遗漏。
本发明的有益效果是，可有效提高轨枕识别的准确率和精度，快速检测轨道几何状态，防止轨枕错检、漏检情况的发生。
附图说明
本说明书包括如下三幅附图：
图1是原始波形图；
图2是对原始波形图进行滤波后得到的波形图；
图3是在波形图中对波形进行测量为示意图；
图中示出构件和对应的标记：相邻波峰间距t1、波峰宽度t2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1，本发明的一种移动状态下的非接触式轨枕识别方法，包括如下步骤：
(1)将激光传感器的固定安装在到动态测量小车主梁底面上，激光传感器的发射面与小车主梁底面共面，激光照准线对准承轨台或者枕木；
(2)动态测量小车沿测量线路均速推行，激光传感器对其下方的轨枕、道床进行扫描，测量其与轨枕、道床的距离，纪录所采集原始数据；
(3)将激光传感器与里程计匹配绘制原始波形图，原始波形图的横向为里程，纵向为激光传感器所采集的与轨枕、道床的距离；
(4)对原始波形图进行数据滤波，去掉高频信号，得到光滑的波形图；
(5)参照图3，对波形进行测量，测出相邻波峰间距t1和波峰宽度t2；
(6)以相邻两个波峰的间距t1和波峰宽度t2为约束条件对轨枕进行识别。
动态测量小车推进速度v由下式确定：
v＝LH/P
式中：H为测量频率，L为轨枕平均宽度，P为落在轨枕上测量点数量，P≥3。
如激光传感器的测量频率40Hz，轨枕的平均宽度为175mm，为了能准确的计算识别出轨枕，则落在轨枕上测量点数量P不应小于3个，则动态测量小车的推进速度v不能大于8.4公里/小时。通常情况下，激光传感器的测量频率为100Hz,在步行速度(8.4公里/小时)下，每个轨枕可以得到8个点左右。
通常情况下，相邻两个轨枕的间距为550mm～700mm，轨枕的宽度为180mm～190mm，将该数值范围与相邻波峰间距t1和波峰宽度t2比较进行轨枕识别，按如下原则进行识别：
②550≤t1≤700，180≤t2≤190，正常检测出轨枕；
②t1≤500，若将该波峰去掉，测得的该处相邻两个波峰的距离满足原则①，则该波形为噪声，将其忽略；若不满足原则①，将波峰去掉，并在此处做标注，是否为轨枕根据原则④而定；
③1100≥t1≥700，将该波峰去掉，并在此处做标注，是否为轨枕根据原则④而定；
④t1≥1100，若相邻波峰间距t1中间有标注，则确定该标注处有轨枕；若没有标注，则在相邻波峰间距t1中间加入轨枕，防止轨枕遗漏。
按上述原则进行识别，即便在轨枕识别器没有检测到的轨枕，也可以将其识别出来，可将轨枕识别提高到100％。
以上所述只是用图解说明本发明的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (1)

1.一种基于移动扫描技术的高精度轨枕识别方法，包括如下步骤：
(1)将激光传感器的固定安装在到动态测量小车主梁底面上，激光传感器的发射面与小车主梁底面共面，激光照准线对准承轨台或者枕木；
(2)动态测量小车沿测量线路均速推行，激光传感器对其下方的轨枕、道床进行扫描，测量其与轨枕、道床的距离，纪录所采集原始数据；
动态测量小车推进速度v由下式确定：
v＝LH/P
式中：H为测量频率，L为轨枕平均宽度，P为落在轨枕上测量点数量，P≥3；
(3)将激光传感器与里程计匹配绘制原始波形图，原始波形图的横向为里程，纵向为激光传感器所采集的与轨枕、道床的距离；
(4)对原始波形图进行数据滤波，去掉高频信号，得到光滑的波形图；
(5)对波形进行测量，测出相邻波峰间距(t1)和波峰宽度(t2)；
(6)以相邻两个波峰的间距(t1)和波峰宽度(t2)为约束条件对轨枕进行识别，相邻两个轨枕的间距为550mm～700mm，轨枕的宽度为180mm～190mm，将该数值范围与相邻波峰间距(t1)和波峰宽度(t2)比较进行轨枕识别，按如下原则进行识别：
①550≤t1≤700，180≤t2≤190，正常检测出轨枕；
②t1≤500，若将该波峰去掉，测得的该处相邻两个波峰的距离满足原则①，则该波形为噪声，将其忽略；若不满足原则①，将波峰去掉，并在此处做标注，是否为轨枕根据原则④而定；
③1100≥t1≥700，将该波峰去掉，并在此处做标注，是否为轨枕根据原则④而定；
④t1≥1100，若相邻波峰间距( t1) 中间有标注，则确定该标注处有轨枕；若没有标注，则在相邻波峰间距( t1) 中间加入轨枕，防止轨枕遗漏。
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