CN110158381B - 一种轨道平顺性快速测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道平顺性快速测量方法及系统。该方法包括：调节轨检小车上相机的焦距，使位于轨检小车行驶前方的至少两对立柱的标识点落入相机视场范围内；在轨检小车行驶的过程中相机实时拍摄并输出图像；提取一对立柱的标识点在输出图像中的投影点坐标，基于所述投影点坐标计算获得所述输出图像拍摄位置处轨道的高程差；设置第一阈值，若高程差小于等于第一阈值，认为输出图像拍摄位置处轨道平顺，若高程差大于第一阈值，认为输出图像拍摄位置处轨道不平顺。依赖视觉测量技术和标识点的已知位置关系能够快速从输出图像中计算出高程差，在保证测量精度的同时能动态检测，降低成本，提高检测速度。

Description

一种轨道平顺性快速测量方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道检测，特别是涉及一种轨道平顺性快速测量方法及系统。

背景技术

随着我国高速铁路系统的不断发展，列车运行速度越来越快，轨道与列车长时间相互作用以及地质等因素势必引起轨道的几何形位的不断变化。对于高速铁路而言轨道的平顺性是保证列车高舒适、高安全、高速度和经济运行的关键。目前国内外都在积极开展对检测静态轨道不平顺性的时速、方法和设备的研究，但至今为止，收效甚微。现行的高速铁路轨道精确测量主要是基于绝对测量的模型，其显著特点是以全站仪为核心，以CPIII控制网为基准进行边角后方交会确定全站仪点坐标；对轨道测量仪棱镜点的跟踪测量，通过极坐标法获得站内各店的轨道外部尺寸，结合轨道测量仪姿态信息，进而推算出轨道内部几何尺寸；依据其获得轨道的精确高程/平面偏差值，逐枕消灭轨道偏差，恢复线路几何参数。另外也有利用激光测量技术，加激光全站仪和CPIII控制点的方式来实现对轨道位置坐标的计算，但激光测的测距距离和测距速度均受到限制，再加上使用CPIII控制网的支持，其建设和维护成本远远大于轨道检测的成本。

目前轨道平顺性检测主要是以静态检测为主，以CPIII控制网为参考的方式进行测量，该方式测量需要事先在CPIII在安装棱镜，然后在进行测量，测量速度及其缓慢、成本耗费巨大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种轨道平顺性快速测量方法及系统。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种轨道平顺性快速测量方法，包括：

步骤A，调节轨检小车上相机的焦距，使位于轨检小车行驶前方的至少两对立柱的标识点落入相机视场范围内；每对立柱包括两个布设在同一轨道法线上且分别位于轨道两侧的立柱；

步骤B，在轨检小车行驶的过程中相机实时拍摄并输出图像；

步骤C，提取一对立柱的标识点在输出图像中的投影点坐标，基于所述投影点坐标计算获得所述输出图像拍摄位置处轨道的高程差；

设置第一阈值，若所述高程差小于等于第一阈值，认为输出图像拍摄位置处轨道平顺，若所述高程差大于第一阈值，认为输出图像拍摄位置处轨道不平顺；

步骤D，按照步骤C的方法完成全部或部分输出图像拍摄位置处轨道的平顺性判断。

上述技术方案的有益效果为：提出了一种在轨道平顺性检测应用中的快速测量方法,该方法依赖视觉测量技术和标识点的已知位置关系能够快速从输出图像中计算出其拍摄位置处的高程差，并基于高程差做出平顺性判断结果。该方法结合轨道交通轨道的具体情况，在保证测量精度的同时能动态检测轨道的平顺性，从而降低人力、物力等成本，提高检测的速度，为隧道的后期维护有着重大的作用。

在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤C之前还包括：

步骤C01，预设比例阈值Δδ；计算第j幅输出图像中任一一对立柱的标识点在像平面的投影点的纵向坐标差值Δy_j'；设前一输出图像中任一一对立柱的标识点在像平面的投影点的纵向坐标差值为Δy_j-1'；j为大于1的正整数；

步骤C02，若

则将第j幅输出图像的高程差赋值为前一输出图像的高程差，即Δh_j＝Δh_j-1，若

则计算第j幅输出图像的高程差。

上述技术方案的有益效果为：通过输出图像上纵向坐标差值来评估高程差，并通过比例阈值滤除掉高程差相近的输出图像不进行高程差计算，减少了运算量，提高了平顺性测量速度。

在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤C中，输出图像拍摄位置处轨道的高程差的计算公式为：

Δh_i＝Lsinα；

其中，Δh_i为第i幅输出图像拍摄位置处轨道的高程差，i为正整数；L为轨检小车两车轮的中心距；α为第i幅输出图像拍摄位置处因轨道两个导轨高度差引起轨检小车车身倾斜的角度，且

(x1',y1')分别为标识点P1在输出图像的投影点P1'在像平面的横坐标和纵坐标，(x2',y2')分别为标识点P2在输出图像的投影点P2'在像平面的横坐标和纵坐标，标识点P1和P2为一对立柱的标识点。

上述技术方案的有益效果为：公开了利用标识点已知的位置关系快速从输出图像中获得高程差的计算公式。

在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤C还包括：

根据成像原理和相似三角形原理获得输出图像拍摄位置处相机的镜头中心点与各标识点的距离，基于球面相交原理利用所述距离获得镜头中心点的空间坐标；

基于镜头中心点的空间坐标分别获得轨道两个导轨与轨检小车车轮的接触点的空间坐标；

所述镜头中心点的空间坐标(x,y,z)通过下列方程组求解获得：

其中，(x1,y1,z1)为标识点P1的三维空间坐标；(x2,y2,z2)为标识点P2的三维空间坐标；(x3,y3,z3)为标识点P3的三维空间坐标；d1、d2、d3分别为标识点P1、P2、P3与镜头中心点的距离，

标识点P1、P2、P3、P4在像平面的投影点分别为P1'、P2'、P3'、P4'，其中，标识点P1与P2，P3与P4分别为两对立柱上的标识点；f为相机焦距，D为一对立柱上的标识点之间的距离；d_oiP1'为像平面上像平面中心点oi到投影点P1'的距离，d_oiP2'为像平面上像平面中心点oi到投影点P2'的距离，d_oiP3'为像平面上像平面中心点oi到投影点P3'的距离，d_P1'P2'为像平面上投影点P1'到投影点P2'的距离，d_P3'P4'为像平面上投影点P3'到投影点P4'的距离；

轨道两个导轨与轨检小车两轮的接触点的空间坐标为：

物理位置较低的车轮接触点坐标为：

物理位置较高的车轮接触点坐标为：

所述h为镜头中心点到轨检小车轮轴中心的距离。

上述技术方案的有益效果为：利用轨检小车运动的同时保存检测出的轨道三维坐标点云数据，公开了单目相机结合已知位置坐标的标识点快速计算轨道三维坐标的方法，方法精度仅取决于相机分辨率与像元大小。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括如下步骤：

在轨检小车行驶过程中保存接触点的空间坐标获得轨道导轨的三维坐标点云数据；

并根据所述三维坐标点云数据绘制导轨三维坐标曲线并输出，通过所述导轨三维坐标曲线对轨道平顺性进行直观反映；

和/或将所述三维坐标点云数据与轨道导轨历史的三维坐标点云数据进行比较获得轨道平顺性变化趋势；

和/或在步骤C3中，当认为输出图像拍摄位置处轨道不平顺时，记录输出图像拍摄位置处轨道两个导轨与轨检小车两轮的接触点的空间坐标，和/或对输出图像拍摄位置处进行标记。

上述技术方案的有益效果为：有利于直观了解整个轨道的平顺性趋势，便于与历史数据对比，对平顺性急剧下降区域进行关注和检查；当认为输出图像拍摄位置处轨道不平顺时，记录接触点的空间坐标，和/或对输出图像拍摄位置处进行标记有利于后续轨道维修定位。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤C3中，当认为输出图像拍摄位置处轨道不平顺时，还包括对不平顺轨道进行修补的步骤，包括：

获取两个导轨的物理位置高低；

判断物理位置较低侧的导轨是否发生变形，若所述导轨发生变形，通过3D打印的方式对变形的导轨进行修补增加导轨高度，若所述导轨未发生变形，顶开导轨并向导轨下方的轨床浇筑混凝土以增加所述轨床的高度。

上述技术方案的有益效果为：一边检测一边维修，减少了时间成本，提高了效率。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种基于本发明所述的轨道平顺性快速测量方法进行轨道平顺性检测的系统，包括沿轨道延伸方向成对在同一轨道法线上设置在轨道两侧的立柱、沿轨道滑行的轨检小车、固定在所述轨检小车上的相机、以及处理器；

所述立柱上设有标识点；

所述相机朝向轨检小车滑行方向拍摄图像，所述相机的视场至少覆盖前方两对立柱的标识点；

所述处理器实时接收相机输出图像并进行处理后输出轨道平顺性测量结果。

上述技术方案的有益效果为：该系统通过在轨道两侧设置位置关系已知的标识点，基于视觉测量技术能够快速从输出图像中计算出其拍摄位置处的高程差，并基于高程差做出平顺性判断结果。该系统结合轨道交通轨道的具体情况，在保证测量精度的同时能动态检测轨道的平顺性，从而降低人力、物力等成本，提高检测的速度，为隧道的后期维护有着重大的作用。

在本发明的一种优选实施方式中，所述立柱为轨道上CPIII控制网的立柱标杆，在立柱标杆上端的棱镜安装处设置靶面，靶面的中心点为标识点。

上述技术方案的有益效果为：采用现有的CPIII控制网的机构，无需另设立柱结构，极大的节省了人力物力和时间，使得本系统至使用一个单目相机就能完成轨道平顺性检测。

在本发明的一种优选实施方式中，所述轨检小车上设置有竖直的支柱，所述相机安装在所述支柱的顶端。

上述技术方案的有益效果为：便于扩大相机视场范围，确保至少两对立柱的标识点落入相机视场范围内。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置在轨检小车上的修补装置；

所述修补装置包括水平传感器、设置于轨检小车两侧的测距传感器、对导轨进行3D打印修补的等离子打印设备、带动等离子打印设备移动的三维运动设备、顶开导轨的千斤顶、混凝土存储灌；

所述水平传感器的输出端与处理器的第一信号输入端连接，测距传感器的输出端与处理器的第二信号输入端连接，等离子打印设备的控制端与处理器的第一信号输出端连接，三维运动设备的控制接口与处理器的数据接口通信连接。

上述技术方案的有益效果为：提供了维修装置，使得该系统可以一边检测一边维修，节约了时间成本，提高了效率。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式中轨道平顺性检测系统的实施示意图；

图2是本发明一具体实施方式中标识点与镜头中心点的距离的求解原理图；

图3是本发明一具体实施方式中高程差的求解原理图；

图4是本发明一具体实施方式中接触点坐标的求解原理图。

附图标记：

1轨检小车；11车轮；12支柱；2相机；3相机视场范围；4轨道；41导轨。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供了一种轨道平顺性快速测量方法，在一种优选实施方式中，该方法包括：

步骤A，调节轨检小车1上相机2的焦距，使位于轨检小车1行驶前方的至少两对立柱的标识点落入相机视场范围内3，每对立柱包括两个布设在同一轨道法线上且分别位于轨道4两侧的立柱；如图1所示，标识点P1和P2是一对，P3和P4是一对，从图1中可以看到P1和P3位于同一侧；步骤B，在轨检小车1行驶的过程中相机2实时拍摄并输出图像；

步骤C，提取一对立柱的标识点在输出图像中的投影点坐标，基于投影点坐标计算获得输出图像拍摄位置处轨道4的高程差；

设置第一阈值，若高程差小于等于第一阈值，认为输出图像拍摄位置处轨道4平顺，若高程差大于第一阈值，认为输出图像拍摄位置处轨道4不平顺；

步骤D，按照步骤C的方法完成全部或部分输出图像拍摄位置处轨道4的平顺性判断。

在本实施方式中，第一阈值取值范围一般为1mm至5mm，优选为2mm。

在一种优选实施方式中，输出图像拍摄位置处轨道4的高程差的计算公式为：

Δh_i＝Lsinα；

其中，Δh_i为第i幅输出图像拍摄位置处轨道4的高程差，i为正整数；L为轨检小车1两车轮11的中心距,可等效为如图4中所示的车轮的接触点ORL到接触点ORR的距离；α为第i幅输出图像拍摄位置处因轨道4两个导轨41高度差引起轨检小车1车身倾斜的角度，

(x1',y1')分别为标识点P1在输出图像的投影点P1'在像平面的横坐标和纵坐标，(x2',y2')分别为标识点P2在输出图像的投影点P2'在像平面的横坐标和纵坐标，标识点P1和P2为一对立柱的标识点。可见在步骤C中只需提取任一对标识点的投影点坐标就可完成高程差的计算。

在本实施方式中，求解高程差的原理图如图3所示，像平面上点P1'和P2'分别为一对标识点P1和P2在像平面上的投影点，标识点P1和P2的距离地面的高度相同，即在图1中的xyz空间坐标系中，z轴坐标相同，z轴坐标与像平面x′oiy′的y′轴纵向坐标关联，因此，若轨道4的两个导轨41出现高度差，必定出现P1'和P2'不在同一高度上(y1′≠y2′)，因此，如图3所示，在像平面中创建一个与P1'高度一致的P0'点，该点垂直于P2'下方，P0'点像平面坐标为(x2',y1')，因此，利用正弦定理，得到：

当两个导轨41不存在高度差时，图3中的线段P1'P2'应该与像平面的x'横轴平行，当其倾斜时，表明两个导轨41存在高度差，根据相对运动原理，线段P1'P2'的倾斜角度∠P1'实际为第i幅输出图像拍摄位置处因轨道4两个导轨41高度差引起轨检小车1车身倾斜的角度，因此

如图4所示。

在一种优选实施方式中，在步骤C之前还包括：

步骤C01，预设比例阈值Δδ；计算第j幅输出图像中任一一对立柱的标识点在像平面的投影点的纵向坐标差值Δy_j'；设前一输出图像中任一一对立柱的标识点在像平面的投影点的纵向坐标差值为Δy_j-1'；j为大于1的正整数；

步骤C02，若

则将第j幅输出图像的高程差赋值为前一输出图像的高程差，即Δh_j＝Δh_j-1，若

则计算第j幅输出图像的高程差。比例阈值Δδ优选为0-15％。

在一种优选实施方式中，步骤C还包括：

根据成像原理和相似三角形原理获得输出图像拍摄位置处相机2的镜头中心点与各标识点的距离，基于球面相交原理利用距离获得镜头中心点的空间坐标；

基于镜头中心点的空间坐标分别获得轨道4两个导轨41与轨检小车1车轮的接触点的空间坐标；

镜头中心点的空间坐标(x,y,z)通过下列方程组求解获得：如图1所示，x轴为轨道4延伸方向，y轴为宽度方向，z轴为竖直方向；

其中，(x1,y1,z1)为标识点P1的三维空间坐标；(x2,y2,z2)为标识点P2的三维空间坐标；(x3,y3,z3)为标识点P3的三维空间坐标；d1、d2、d3分别为标识点P1、P2、P3与镜头中心点的距离，

标识点P1、P2、P3、P4在像平面的投影点分别为P1'、P2'、P3'、P4'，其中，标识点P1与P2，P3与P4为两对立柱上的标识点；f为相机2焦距，D为一对立柱上的标识点之间的距离；d_oiP1'为像平面上像平面中心点oi到投影点_P1'的距离，d_oiP2'为像平面上像平面中心点oi到投影点P2'的距离，d_oiP3'为像平面上像平面中心点oi到投影点_P3'的距离，d_P1'P2'为像平面上投影点P1'到投影点_P2'的距离，d_P3'P4'为像平面上投影点_P3'到投影点_P4'的距离；

轨道4两个导轨41与轨检小车1两轮的接触点的空间坐标为：

物理位置较低的车轮11接触点坐标为：

物理位置较高的车轮11接触点坐标为：

h为镜头中心点到轨检小车1轮轴中心的距离。

在本实施方式中，求解原理如图2所示，o为相机2镜头中心点坐标，距离其长度为焦距长度f形成的像平面包含了拍摄标识点P1,P2形成的像素点P1'和P2'：

当高清相机2采集到图像后，在像平面会形成2个对应的像素点P1'和P2'，其在像平面位置已知，分别为：P1'(x1',y1')，P2'(x2',y2')；P1,P2为一对标识点，两者距离D已知，根据相似三角形原理，可以得到公式：

因为镜头中心点O距离像平面的投影点为Oi，即OOi向量垂直于像平面，通常认为像平面的中心点为Oi，若一张图像大小为w×u，可得Oi的坐标为(w/2，u/2)；

再以三角形oiOP1'为例，该三角形为直角三角形，可得到：

因此，求得

根据以上原理求得

在一种优选实施方式中，还包括如下步骤：

在轨检小车1行驶过程中保存接触点的空间坐标获得轨道4导轨41的三维坐标点云数据；

并根据三维坐标点云数据绘制导轨41三维坐标曲线并输出，通过导轨41三维坐标曲线对轨道4平顺性进行直观反映；

和/或将三维坐标点云数据与轨道4导轨41历史的三维坐标点云数据进行比较获得轨道4平顺性变化趋势；

和/或在步骤C3中，当认为输出图像拍摄位置处轨道4不平顺时，记录输出图像拍摄位置处轨道4两个导轨41与轨检小车1两轮的接触点的空间坐标，和/或对输出图像拍摄位置处进行标记。

在本实施方式中，对输出图像拍摄位置处进行标记的方式优选但不限于为油漆标记或颜料标记或激光标记等。

在一种优选实施方式中，在步骤C3中，当认为输出图像拍摄位置处轨道4不平顺时，还包括对不平顺轨道4进行修补的步骤，包括：

获取两个导轨41的物理位置高低；

判断物理位置较低侧的导轨41是否发生变形，若导轨41发生变形，通过3D打印的方式对变形的导轨41进行修补增加导轨41高度，若导轨41未发生变形，顶开导轨41并向导轨41下方的轨床浇筑混凝土以增加轨床的高度。

本发明还提供了一种基于本发明的轨道4平顺性快速测量方法进行轨道4平顺性检测的系统，在一种优选实施方式中，该系统包括沿轨道4延伸方向成对在同一轨道法线上设置在轨道4两侧的立柱、沿轨道4滑行的轨检小车1、固定在轨检小车1上的相机2、以及处理器；

立柱上设有标识点；

相机2朝向轨检小车1滑行方向拍摄图像，相机2的视场至少覆盖前方两对立柱的标识点；

处理器实时接收相机2输出图像并进行处理后输出轨道4平顺性测量结果。

在本实施方式中，立柱优选的为等间距的成对出现在轨道4两侧，每个立柱的标识点优选的设置在立柱上端，在轨检小车1开始平顺性检测前，先对标识点的空间坐标和一对标识点之间的间距进行标定测试并保存；优选的，在立柱外表面设置有至少一个相同符号标记，便于成像在像平面内，每个立柱对应唯一一个符号标记，这样将符号标记与空间坐标关联存储，计算时，识别出相机2输出图像中的符号标记，从存储区域查找出对应的标识点空间坐标。

在一种优选实施方式中，立柱为轨道4上CPIII控制网的立柱标杆，在立柱标杆上端的棱镜安装处设置靶面，靶面的中心点为标识点。使用与棱镜同样尺寸大小的靶面代替光学棱镜安装在CPIII上，以CPIII控制网作为参考，无需再设置立柱以及测试和标定标识点坐标，简化了系统，节省了成本和减少了工作量。而根据CPIII设计要求，每个CPIII的点总是成对出现，且使用高精度螺栓套筒，可以认为CPIII_1与CPIII_2的距离也是已知的。

在一种优选实施方式中，轨检小车1上设置有竖直的支柱12，相机2安装在支柱12的顶端且为刚性连接。

在一种优选实施方式中，还包括设置在轨检小车1上的修补装置；

修补装置包括水平传感器、设置于轨检小车1两侧的测距传感器、对导轨41进行3D打印修补的等离子打印设备、带动等离子打印设备移动的三维运动设备、顶开导轨41的千斤顶、混凝土存储灌；

水平传感器的输出端与处理器的第一信号输入端连接，测距传感器的输出端与处理器的第二信号输入端连接，等离子打印设备的控制端与处理器的第一信号输出端连接，三维运动设备的控制接口与处理器的数据接口通信连接。

在本实施方式中，水平传感器优选但不限于为水平仪，用于感测小车两轮的高低，通过其可以得出此时两个导轨41的物理位置高低。对于物理位置较低侧的导轨41，通过测距传感器，测量出该侧轨检小车1底部到轨道4的轨床表面的距离，设置距离阈值，进行如下判断：

当测量获得的距离小于距离阈值时，认为该侧的导轨41发生了变形，导轨41高度较低不符合要求，需要启动三维运动设备使其带动等离子打印设备按照预设的标准导轨41三维形状在原有导轨41上3D打印成型，当水平传感器检测轨检小车1的两轮之间没有高度差时，停止打印。

当测量获得的距离大于等于距离阈值时，认为该侧的导轨41没有发生了变形，认为是轨道4的轨床松动、产生了空洞或者风化等，使得轨床的竖直高度降低，这个时候需要对轨床进行修复，需要相关修复人员使用千斤顶将导轨41像外或向上顶起，从混凝土存储灌中取出混凝土浇筑在轨床有问题的地方，优选的，进行压平，当水平传感器检测轨检小车1的两轮之间没有高度差时，完成轨床修补工作。

在本实施方式中，等离子打印设备包括等离子发生器、焊接用枪头、保护气单元、水冷器及送粉器；送粉器中的粉末为钢粉或其他高硬度的金属粉末；水冷器的出水口与等离子发生器的入水口相连，等离子发生器的出水口与枪头入水口相连，枪头的出水口与水冷器入水口相连从而构成一个水冷循环可对等离子发生器及枪头进行降温；保护气单元的出气口与等离子发生器及送粉器相连用于提供保护气及吹粉。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种轨道平顺性快速测量方法，其特征在于，包括：

步骤A，调节轨检小车上相机的焦距，使位于轨检小车行驶前方的至少两对立柱的标识点落入相机视场范围内；每对立柱包括两个布设在同一轨道法线上且分别位于轨道两侧的立柱；

步骤B，在轨检小车行驶的过程中相机实时拍摄并输出图像；

步骤C，提取一对立柱的标识点在输出图像中的投影点坐标，基于所述投影点坐标计算获得所述输出图像拍摄位置处轨道的高程差；

设置第一阈值，若所述高程差小于等于第一阈值，认为输出图像拍摄位置处轨道平顺，若所述高程差大于第一阈值，认为输出图像拍摄位置处轨道不平顺；

步骤D，按照步骤C的方法完成全部或部分输出图像拍摄位置处轨道的平顺性判断；

在所述步骤C中，输出图像拍摄位置处轨道的高程差的计算公式为：

Δh_i＝Lsinα；

其中，Δh_i为第i幅输出图像拍摄位置处轨道的高程差，i为正整数；L为轨检小车两车轮的中心距；α为第i幅输出图像拍摄位置处因轨道两个导轨高度差引起轨检小车车身倾斜的角度，

(x1',y1')分别为标识点P1在输出图像的投影点P1'在像平面的横坐标和纵坐标，(x2',y2')分别为标识点P2在输出图像的投影点P2'在像平面的横坐标和纵坐标，标识点P1和P2为一对立柱的标识点。

2.如权利要求1所述的轨道平顺性快速测量方法，其特征在于，在所述步骤C之前还包括：

步骤C01，预设比例阈值Δδ；计算第j幅输出图像中任一一对立柱的标识点在像平面的投影点的纵向坐标差值Δy_j'；设前一输出图像中任一一对立柱的标识点在像平面的投影点的纵向坐标差值为Δy_j-1'；j为大于1的正整数；

步骤C02，若

则将第j幅输出图像的高程差赋值为前一输出图像的高程差，即Δh_j＝Δh_j-1，若

则计算第j幅输出图像的高程差。

3.如权利要求1或2所述的轨道平顺性快速测量方法，其特征在于，所述步骤C还包括：

根据成像原理和相似三角形原理获得输出图像拍摄位置处相机的镜头中心点与各标识点的距离，基于球面相交原理利用所述距离获得镜头中心点的空间坐标；

基于镜头中心点的空间坐标分别获得轨道两个导轨与轨检小车车轮的接触点的空间坐标；

所述镜头中心点的空间坐标(x，y，z)通过下列方程组求解获得：

其中，(x1,y1,z1)为标识点P1的三维空间坐标；(x2,y2,z2)为标识点P2的三维空间坐标；(x3,y3,z3)为标识点P3的三维空间坐标；d1、d2、d3分别为标识点P1、P2、P3与镜头中心点的距离，

标识点P1、P2、P3、P4在像平面的投影点分别为P1'、P2'、P3'、P4'，其中，标识点P1与P2，P3与P4分别为两对立柱上的标识点；f为相机焦距，D为一对立柱上的标识点之间的距离；d_oiP1'为像平面上像平面中心点oi到投影点P1'的距离，d_oiP2'为像平面上像平面中心点oi到投影点P2'的距离，d_oiP3'为像平面上像平面中心点oi到投影点P3'的距离，d_P1'P2'为像平面上投影点P1'到投影点P2'的距离，d_P3'P4'为像平面上投影点P3'到投影点P4'的距离；

轨道两个导轨与轨检小车两轮的接触点的空间坐标为：

物理位置较低的车轮接触点坐标为：

物理位置较高的车轮接触点坐标为：

h为镜头中心点到轨检小车轮轴中心的距离。

4.如权利要求3所述的轨道平顺性快速测量方法，其特征在于，还包括如下步骤：

在轨检小车行驶过程中保存接触点的空间坐标获得轨道导轨的三维坐标点云数据；

并根据所述三维坐标点云数据绘制导轨三维坐标曲线并输出，通过所述导轨三维坐标曲线对轨道平顺性进行直观反映；

和/或将所述三维坐标点云数据与轨道导轨历史的三维坐标点云数据进行比较获得轨道平顺性变化趋势；

和/或在步骤C3中，当认为输出图像拍摄位置处轨道不平顺时，记录输出图像拍摄位置处轨道两个导轨与轨检小车两轮的接触点的空间坐标，和/或对输出图像拍摄位置处进行标记。

5.如权利要求1或2或4所述的轨道平顺性快速测量方法，其特征在于，在步骤C3中，当认为输出图像拍摄位置处轨道不平顺时，还包括对不平顺轨道进行修补的步骤，包括：

获取两个导轨的物理位置高低；

判断物理位置较低侧的导轨是否发生变形，若所述导轨发生变形，通过3D打印的方式对变形的导轨进行修补增加导轨高度，若所述导轨未发生变形，顶开导轨并向导轨下方的轨床浇筑混凝土以增加所述轨床的高度。

6.一种基于权利要求1或2或4所述的轨道平顺性快速测量方法进行轨道平顺性检测的系统，其特征在于，包括沿轨道延伸方向成对在同一轨道法线上设置在轨道两侧的立柱、沿轨道滑行的轨检小车、固定在所述轨检小车上的相机、以及处理器；

所述立柱上设有标识点；

所述相机朝向轨检小车滑行方向拍摄图像，所述相机的视场至少覆盖前方两对立柱的标识点；

所述处理器实时接收相机输出图像并进行处理后输出轨道平顺性测量结果。

7.如权利要求6所述的基于权利要求1或2或4所述的轨道平顺性快速测量方法进行轨道平顺性检测的系统，其特征在于，所述立柱为轨道上CPIII控制网的立柱标杆，将CPIII控制网的立柱标杆上端的光学棱镜替换为靶面，靶面的中心点为标识点。

8.如权利要求6所述的基于权利要求1或2或4所述的轨道平顺性快速测量方法进行轨道平顺性检测的系统，其特征在于，所述轨检小车上设置有竖直的支柱，所述相机安装在所述支柱的顶端。

9.如权利要求6所述的基于权利要求1或2或4所述的轨道平顺性快速测量方法进行轨道平顺性检测的系统，其特征在于，还包括设置在轨检小车上的修补装置；

修补装置包括水平传感器、设置于轨检小车两侧的测距传感器、对导轨进行3D打印修补的等离子打印设备、带动等离子打印设备移动的三维运动设备、顶开导轨的千斤顶、混凝土存储灌；

所述水平传感器的输出端与处理器的第一信号输入端连接，测距传感器的输出端与处理器的第二信号输入端连接，等离子打印设备的控制端与处理器的第一信号输出端连接，三维运动设备的控制接口与处理器的数据接口通信连接。

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