CN109978941A - 一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法，运用MATLAB软件调用图像数据库中轨枕图像，首先针对轨枕图像，采用图像裁剪操作剪切得到其目标区域，其次对得到的目标区域执行二值化运算操作；再者，选取矩形结构元素与所述的二值化结果作开运算操作；另外，对所述的开运算操作结果作八连通运算，同时进行RGB标记，然后运用质心法对开操作结果进行轨枕图像质心标记；根据轨枕定位算法对图像数据处理后，得到其定位结果，同时帧抓取器记录行车状态监测结果。以解决现有轨道线路轨枕定位方式高失误率、高投入成本和捣固作业状态不稳的工程技术难题。

Description

一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法

技术领域

本发明涉及铁道线路捣固车作业领域，尤其是涉及一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法。

背景技术

目前我国大部分铁路线路的结构多是采用有砟轨道，主要特点就是轨下基础采用的是散粒体碴石道床，对铁路的有碴道床进行捣固就是通过捣固装置中捣镐将轨枕与道床之间的空隙捣实，以使道床平整密实，提高轨道的稳定性，从而确保铁路的安全运行。

有碴轨道的捣固通常由大型养路机械捣固车来完成，而捣固车在作业过程中需要提前确定下镐位置，定位一旦发生错误，镐头可能会损坏铁道和轨枕，甚至损坏捣固车本身，因此下镐定位是捣固作业中的重要环节，而轨枕定位方法可以解决捣固作业下镐定位问题。

在捣固作业过程中，当捣固装置到达捣固工位时，在升降油缸的作用下，捣镐下插至道床一定深度，完成对道砟的夹持挤压；当道床阻力与夹持力达到平衡时，夹持运动就停止。在保持夹持一段时间后，镐掌张开，整个捣固装置向上提升，捣镐离开道床。在整个捣固作业过程中，捣固装置中的捣镐始终保持激振状态，使得捣固下镐区域道砟之间的接触力和咬合力迅速减小，以此完成捣固密实作业。

传统下镐定位采用人工方法，可是人工操作使得作业强度大、效率较低，同时人工操作易造成失误；为了减少人工定位的操作强度，提高作业效率，近年来出现了多种自动定位方法。较为简单的是等距定位法，即固定每次捣固作业的行进距离。然而，该方法只适合于枕间距相等的铁轨，另外，一种自动捣固作业方法是线路测量和捣固作业同步进行，简单地采用磁力传感器感应道钉来确认轨枕位置，缺陷在于遇到线路状况较为恶劣和连续测量感应不到道钉时，根本无法下镐作业，同时在轨缝接口处，可能会误测鱼尾板的横穿锚钉，这将导致无法作业。较为可行的是借助高速工业CCD相机运用计算机视觉和图像处理技术来处理拍摄的轨枕图像，精确定位轨枕进而实现下镐定位。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法，以解决现有轨道线路轨枕位置测量方式高失误率、人工投入多、高投入成本和下镐状态不稳定的工程技术难题。为了实现上述目的，本发明具体提供了一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法的技术实现方案，本技术方案包括以下步骤：

所述的轨枕定位装置，包括三只高精度高速工业CCD相机，帧抓取器一部，计算机一台和一辆试验车，连接网线若干。

T1)当试验车位于铁道作业线路的起点，试验车上的轨枕定位装置将公里标定位至开始点，同时打开所述设备仪器开关，调试各仪器设备的规定参数，令其处于正常工作模式；

T2)所述的轨枕定位装置以一定速度沿铁道线路行进并进行拍摄铁轨图像和轨枕图像，铁轨图像保证测试车保持在轨实验行进状态，轨枕图像依工业CCD相机拍摄为主，另外，标记所述轨枕图像的顺序编号，并标记相应的公里标；T3)当完成铁道线路中所有轨枕的图像采集工作时，将所有轨枕图像导入计算机中进行分类存储，形成图像数据库；

本发明专利解决其技术难题所采用得技术方案是：一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法，其步骤如下：

步骤一、将工业CCD相机采集的轨枕图像导入计算机中，并根据图像编号进行分类存储，形成图像数据库；

步骤二、利用MATLAB软件调用图像数据库中的图像进行预处理；

步骤三、首先利用图像裁剪操作对轨枕图像进行目标区域剪切；其次对目标区域进行二值化处理；

步骤四、再者选取矩形结构元素与步骤三中的二值化结果作开操作运算；

步骤五、另外，对步骤四所述的开运算操作结果作八连通运算，同时进行RGB标记，然后运用质心法对开操作结果进行轨枕图像质心标记；

步骤六、最终得到轨枕定位结果。

通过实施上述本发明提供的一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法作业误差小、自动化程度高，能够适用于捣固前的铁道线路测量，代替工人踩镐，能够很好适应铁道线路捣固作业；

(2)本发明方法作业方式灵活，可先单独使用检测线路图像，作业车再行作业，也可安放在作业车的前端进行工作，而作业车在后方进行捣固作业；

(3)本发明方法利用测量和作业分别进行的方式，可精确检测定位轨枕位置，作业时精确定位作业点，能很好地与大型养路机械捣固车自动捣固作业相配合，无需人工踩镐，减少了工作人员的作业强度，减少作业失误，大大提高线路作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明方法所基于的铁道线路轨枕定位装置的图像数据采集流程图；

图2是本发明一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法的体系结构图；

图3是本发明一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法结果图；

图4是本发明一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法行车状态检测图。

具体实施方式

本发明一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法，首先工业CCD相机采集轨道线路轨枕图像，将轨枕图像导入计算机中，并根据图像编号进行分类存储，形成图像数据库，同时帧抓取器记录当前铁路线路下试验车的行车状态，以保证测试采集工作的正常进行；其次利用MATLAB软件调用图像数据库中的图像进行轨枕定位的预处理；第三、首先利用图像裁剪操作剪切轨枕图像中目标区域；其次对目标区域进行二值化操作，选取矩形结构元素与二值化结果作开运算操作；第四、另外，对所述的开运算操作结果作八连通运算，同时进行RGB标记，然后运用质心法对开操作结果进行轨枕图像质心标记；最终得到轨枕定位结果。在这里声明帧抓取器记录行车状态仅为监测试验车运行状况。

如附图1-4所示，给出了本发明一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

步骤一、图像数据库的构建

首先按照一定要求将整套轨枕定位装置安放在一段铁路有砟轨道开始点上，并做好公里标标记，同时安装调试好所需的仪器设备，打开测试采集仪器设备开关，其次启动测试车行进，开始轨枕图像采集，帧抓取器记录行车状态，另外，标记所述轨枕图像的顺序编号，并标记相应的公里标，然后将轨枕图像导入计算机中，并根据图像编号进行分类存储，形成图像数据库，见附图1；

步骤二、图像数据预处理

运用MATLAB软件调用图像数据库中轨枕图像，查看轨枕图像拍摄情况，同时判别图像数据是否缺失情况；若有缺失或不完整的情况，预处理记为“0”，定位时直接跳过，进入下一位置；

步骤三、轨枕定位算法

首先针对轨枕图像，采用图像裁剪操作剪切得到其目标区域，其次对得到的目标区域执行二值化运算操作；再者，选取矩形结构元素与所述的二值化结果作开运算操作；另外，对所述的开运算操作结果作八连通运算，同时进行RGB标记，然后运用质心法对开操作结果进行轨枕图像质心标记；

步骤四、轨枕定位结果和状态监测

根据轨枕定位算法对图像数据处理后，得到其定位结果，见附图3，帧抓取器记录行车状态监测结果，帧抓取器记录的是当前行进状态的行车视频帧，通过预处理后得到视频分帧1和视频分帧2，对视频分帧1和2进行特征提取，特征提取后得到监测结果即行车状态监测结果，见附图4。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.本发明一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法，其特征在于：

步骤一、图像数据库的构建

首先按照一定要求将整套轨枕定位装置安放在一段铁路有砟轨道开始点上，并做好公里标标记，同时安装调试好所需的仪器设备，打开测试采集仪器设备开关，其次启动测试车行进，开始轨枕图像采集，帧抓取器记录行车状态，另外，标记所述轨枕图像的顺序编号，并标记相应的公里标，然后将轨枕图像导入计算机中，并根据图像编号进行分类存储，形成图像数据库；

步骤二、图像数据预处理

运用MATLAB软件调用图像数据库中轨枕图像，查看轨枕图像拍摄情况，同时判别图像数据是否缺失情况；若有缺失或不完整的情况，预处理记为“0”，定位时直接跳过，进入下一位置；

步骤三、轨枕定位算法

首先针对轨枕图像，采用图像裁剪操作剪切得到其目标区域，其次对得到的目标区域执行二值化运算操作；再者，选取矩形结构元素与所述的二值化结果作开运算操作；另外，对所述的开运算操作结果作八连通运算，同时进行RGB标记，然后运用质心法对开操作结果进行轨枕图像质心标记；

步骤四、轨枕定位结果和状态监测

根据轨枕定位算法对图像数据处理后，得到其轨枕定位结果，同时帧抓取器记录行车状态监测结果。

2.根据权利要求1中本发明一种捣固作业下非接触式轨枕定位方法，其特征在于：

轨枕定位模块和行车状态监测模块是同步进行的，行车状态监测模块仅做实时监测。