CN111089547B - 列车轮对外形尺寸测量系统、测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及列车安全监控技术领域，实施例具体公开一种列车轮对外形尺寸的抗干扰测量系统、装置及方法。该测量系统通过第一触发装置、第二触发装置、车速检测装置、内侧激光器、外侧激光器、内侧拍摄装置、外侧拍摄装置和控制处理装置的配合实现了测量系统自动拍照自动检测的功能，通过外侧激光器和/或内侧激光器采用多光束激光器增加了车轮踏面的曲线数量，通过钢轨内外侧采用不同波段的激光器与相机过滤装置方便的区分出内外侧曲线，通过采用干扰曲线剔除算法剔除了杂线的影响，保证了当撒砂管等部件干扰遮挡激光线造成踏面曲线缺失或数据量减少时车轮相关尺寸的计算精度，提升了复杂环境的适应性，且实现了系统的冗余设计。

Description

列车轮对外形尺寸测量系统、测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及列车安全监控技术领域，具体涉及一种列车轮对外形尺寸测量系统、测量装置及测量方法。

背景技术

轮对作为动车组的关键承重部件，其质量好坏对行车安全至关重要。车轮外形几何尺寸作为车轮质量状态检测环节的最重要内容之一，其能否被及时、准确的检出，尤为重要。对于车轮外形几何尺寸的检测方法，国内外有多种方法，各有其优缺点。

在现有的车轮参数测量方式中，对车轮相关尺寸的检测存在以下问题：1)测量系统不够智能化，由于存在撒砂管等部件遮挡，导致车轮踏面上的曲线缺失或数据量减少，直接影响车轮相关参数的计算精度；2)由于存在撒砂管等部件遮挡，引起内、外激光线杂乱，导致内、外侧激光线区分很困难，即拍摄获得的图像中两条曲线的上下位置关系难以判定，还原到三维空间中激光线分布杂乱，无法准确区分内、外侧曲线，最终将影响设备检测精度，甚至导致当前数据无法计算，从而造成漏报等重大事故。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种列车轮对外形尺寸测量系统、测量装置及测量方法，解决或者至少部分解决上述存在的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种列车轮对外形尺寸测量系统，包括第一触发装置、第二触发装置、车速检测装置，外侧激光器、外侧拍摄装置、内侧激光器、内侧拍摄装置和控制处理装置，所述第一触发装置、第二触发装置、车速检测装置、外侧激光器、外侧拍摄装置、内侧激光器和内侧拍摄装置均与所述控制处理装置连接，其中，

所述第一触发装置用于在列车驶入测量区域时发送第一触发信号到所述控制处理装置；

所述第二触发装置用于在列车驶出测量区域时发送第二触发信号到所述控制处理装置；

所述车速检测装置用于在接收到启动信号后进入待机状态，还用于在列车轮对通过时测量车轮速度并发送给所述控制处理装置，还用于在接收到关闭信号后进入休眠状态；

所述外侧激光器和所述内侧激光器用于在接收到启动信号后开始发射激光光束，还用于在接收到关闭信号后结束发射激光光束；

所述外侧拍摄装置和所述内侧拍摄装置用于在接收到启动信号后进入待机状态，还用于在接收到拍摄信号后拍摄列车轮对激光线图像并发送给所述控制处理装置，还用于在接收到关闭信号后进入休眠状态；

所述控制处理装置用于在接收到第一触发信号后发送启动信号到车速检测装置、外侧激光器、外侧拍摄装置、内侧激光器和内侧拍摄装置，还用于在接收到车轮速度后计算出外侧拍摄装置和内侧拍摄装置的拍摄时间，并发送对应的拍摄信号到外侧拍摄装置和内侧拍摄装置，还用于在接收到第二触发信号后发送关闭信号到车速检测装置、外侧激光器、外侧拍摄装置、内侧激光器和内侧拍摄装置；还用于根据列车轮对激光线图像计算列车轮对外形尺寸，

其中，所述外侧激光器和/或所述内侧激光器采用多光束激光器。

优选的，所述外侧激光器和所述内侧激光器发射不同波段的激光光束，所述外侧拍摄装置安装有第一光过滤装置，用于在拍摄时过滤掉内侧激光器发射的激光光束，所述内侧拍摄装置安装有第二光过滤装置，用于在拍摄时过滤掉外侧激光器发射的激光光束。

优选的，所述控制处理装置根据列车轮对激光线图像计算列车轮对外形尺寸的方法包括：

接收列车轮对激光线图像；

采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线；

根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

优选的，所述采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线的方法包括：

将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

本发明还提供一种列车轮对外形尺寸测量方法，包括：

接收列车轮对激光线图像；

采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线；

根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

优选的，所述采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线的方法包括：

将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

本发明还提供一种列车轮对外形尺寸测量装置，包括：

外形图像接收模块，用于接收列车轮对激光线图像；

踏面曲线提取模块，用于采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线；

外形尺寸计算模块，用于根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

优选的，所述踏面曲线提取模块包括：

曲线对生成单元，用于将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

曲线对判断单元，用于依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

曲线对筛选单元，用于对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

本发明还提供一种采用如上述的列车轮对外形尺寸测量方法的列车轮对外形尺寸测量系统。

本发明还提供一种包括如上的列车轮对外形尺寸测量装置的列车轮对外形尺寸测量系统。

本发明还提供一种列车轮对外形尺寸测量装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现如上述列车轮对外形尺寸测量方法的步骤。

本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述列车轮对外形尺寸测量方法的步骤。

本申请与现有技术相比，其有益效果详细说明如下：本申请提供的列车轮对外形尺寸测量系统，通过第一触发装置、第二触发装置、车速检测装置、内侧激光器、外侧激光器、内侧拍摄装置、外侧拍摄装置和控制处理装置的配合实现了测量系统自动拍照自动检测的功能，且外侧激光器和/或内侧激光器采用多光束激光器实现冗余设计，保证了当撒砂管等部件干扰遮挡激光线造成踏面曲线缺失或数据量减少时车轮相关尺寸的计算精度，提升了复杂环境的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的列车轮对外形尺寸测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的无遮挡时外侧相机、内侧相机分别拍摄到的列车轮对激光线图像；

图3为本发明实施例提供的存在遮挡时外侧相机、内侧相机分别拍摄到的列车轮对激光线图像；

图4为本发明实施例提供的列车轮对外形尺寸测量方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的列车轮对外形尺寸测量装置的结构示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种列车轮对外形尺寸测量系统，包括第一触发装置11、第二触发装置12、车速检测装置13，外侧激光器14、外侧拍摄装置15、内侧激光器16、内侧拍摄装置17和控制处理装置18，第一触发装置11、第二触发装置12、车速检测装置13、外侧激光器14、外侧拍摄装置15、内侧激光器16和内侧拍摄装置17均与控制处理装置18连接，其中，

第一触发装置11用于在列车驶入测量区域时发送第一触发信号到控制处理装置18；

第二触发装置12用于在列车驶出测量区域时发送第二触发信号到控制处理装置18；

车速检测装置13用于在接收到启动信号后进入待机状态，还用于在列车轮对通过时测量车轮速度并发送给控制处理装置18，还用于在接收到关闭信号后进入休眠状态；

外侧激光器14和内侧激光器16用于在接收到启动信号后开始发射激光光束，还用于在接收到关闭信号后结束发射激光光束；

外侧拍摄装置15和内侧拍摄装置17用于在接收到启动信号后进入待机状态，还用于在接收到拍摄信号后拍摄列车轮对激光线图像并发送给控制处理装置18，还用于在接收到关闭信号后进入休眠状态；

控制处理装置18用于在接收到第一触发信号后发送启动信号到车速检测装置13、外侧激光器14、外侧拍摄装置15、内侧激光器16和内侧拍摄装置17，还用于在接收到车轮速度后计算出外侧拍摄装置15和内侧拍摄装置17的拍摄时间，并发送对应的拍摄信号到外侧拍摄装置15和内侧拍摄装置17，还用于在接收到第二触发信号后发送关闭信号到车速检测装置13、外侧激光器14、外侧拍摄装置15、内侧激光器16和内侧拍摄装置17；还用于根据列车轮对激光线图像计算列车轮对外形尺寸，

其中，外侧激光器14和/或内侧激光器16采用多光束激光器。

具体的，对于单侧钢轨而言，共由四组测量模组构成，单侧由两组测量模组进行测量，一组测量模组包括一个激光器和一个相机。采用该种方式时每个相机拍摄到的图像中，都包含了与该相机同侧和对侧(相对钢轨的位置)的激光线曲线。在测量轮对外形尺寸过程中，需要将相机视场内的激光线通过相机标定参数计算到物理空间，而不同的激光面对应的相机标定参数是不同的，所以在相机拍摄到的图像中提取激光线时，需要区分内、外侧激光线来确定每一条激光线应该对应的标定参数，从而保障检测的准确性。

具体的，本申请采用的方式是，根据实际激光线被遮挡的情况，在被遮挡侧配置多光束激光器。在本实施例中，外侧激光器采用多光束激光器(即1只激光器可发出至少2条激光线，同一车轮踏面上激光线的数量大于等于6条)，内侧激光器可以是多光束激光器也可以是单光束激光器。本实施例中外侧激光器选用多光束激光器的主要目的在于提高系统对撒砂管遮挡、扫石器遮挡等情况的适应性，即当某条激光线被撒砂管等部件遮挡导致车轮踏面上激光线缺失或数据量减少时，可以由其它激光线计算得到完整车轮踏面曲线，保证设备的检测精度，例如，当列车转向架上存在撒砂管等部件遮挡一条激光线时，可以由其余5条激光线计算得到车轮外形，实现冗余设计。

需要说明的是，外侧激光器14和内侧激光器16发射不同波段的激光光束，外侧拍摄装置15安装有第一光过滤装置，用于在拍摄时过滤掉内侧激光器16发射的激光光束，内侧拍摄装置17安装有第二光过滤装置，用于在拍摄时过滤掉外侧激光器14发射的激光光束。

具体的，在实际运用过程中，由于存在撒砂管等部件遮挡，导致三维空间中激光线分布杂乱，无法准确区分内外侧激光线的上下位置关系。本实施例中，内、外侧激光器采用不同波段的激光线，通过在相机前端加装与其配套的激光波长波段的过滤装置，使得相机仅对配套波段激光有响应，其原理主要是基于相机针对不同波长的光谱响应存在差异，且使用光过滤装置可有效分离不同波段的光线。从而使得内、外侧激光干扰减小，钢轨内、外侧相机拍摄到的曲线区分简便，极大的简化了检测算法的复杂度，提高了设备在现场运用的检测效率。同时本实施例涉及的检测系统运用在户外，相机成像受环境光的影响较大，因此选用合适的波段的激光器可以降低环境光的影响，保证相机的成像质量。

具体的，钢轨内侧与外侧采用不同波段的相机、激光器，即钢轨内侧相机前端的过滤装置波段范围和其对应的激光器的波段匹配，则该相机仅对该波段激光响应敏感，那么钢轨外侧的激光光线在钢轨内侧相机中的响应就会很弱，这样就会很容易在钢轨内侧相机的图像中区分与它相匹配的激光光线，同理外侧相机仅对外侧激光敏感，从而达到简便、容易区分内外侧激光光线的目的，避免撒砂管、闸瓦等部件干扰，提高系统检测率。

图2为无遮挡时外侧相机(3条)、内侧相机(1条)分别拍摄到的激光线图像，图3为存在遮挡时外侧相机(3条)、内侧相机(1条)分别拍摄到的激光线图像。利用不同波长激光线进行测量后，不同相机只能拍摄到对应的激光，另外一侧的激光不会造成干扰，极大地降低了区分钢轨内外侧正确的激光线的难度。且针对同一车轮，钢轨的某一侧激光器采用多线方式，当存在撒砂管遮挡时，通过冗余设计解决撒砂管遮挡造成的数据缺失，从而提升车轮关键参数计算精度。

需要说明的是，控制处理装置18根据列车轮对激光线图像计算列车轮对外形尺寸的方法包括：

接收列车轮对激光线图像；

采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线；

根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

需要说明的是，采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线的方法包括：

将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

具体的，由于车轮踏面曲线从空间上在一个同心圆上，根据此原则将三维点云映射到二维坐标系中，映射原则：点云上的点到轴心的距离为y坐标，选取径向方向的一个平面作为基平面，点云上的点到基平面的距离即为映射的x坐标。由于正确的车轮踏面曲线应该在一个同心圆上，因此映射到二维平面后，理论上应该为重合的车轮踏面轮廓线，则其他曲线则为干扰曲线。剔除的方法如下：

1、将每条曲线进行编号，两两曲线构成曲线对集合，依次判断两两曲线分别在x、y方向是否存在同区域的点，若存在，则计算该x或y方向重叠区域的Hausdorff距离，根据预设置的距离阈值，判断若当前两两曲线的Hausdorff距离小于距离阈值，则认为当前两条曲线为重合曲线，并进行标记。

2、在所有曲线完成步骤1的判断后，对标记为重合曲线的曲线对集合进行聚类判断，聚类原则为是否存在相同编号的曲线，最终选取最多的一组曲线对集合为车轮踏面曲线，即可剔除包括撒砂管等干扰曲线，从而保留正确曲线。具体的方法可以采用：针对第1步中标记为重合曲线的曲线对集合，依次判断两两之间是否有相同的曲线编号，若有，则标记为第一类，反之，则标记为第二类，此次类推直到集合类所有曲线都完成了类别标记。然后，统计每一类中曲线编号，并计数，选取计数最多的一组曲线集合为车轮踏面曲线。

需要说明的是，根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸的方法可以采用方法：选取每条曲线相同位置的所有点进行圆心拟合，其原理是三个点确定一个圆，然后对计算得到的所有圆心进行拟合，求其重心即为轴心。

综上所述，本实施例中，内、外侧激光器与其对应的采集相机采用不同波段的激光线，以区分内外侧激光线的上下位置关系，且钢轨外侧和/或内侧激光器采用多光束激光(即1只激光器可发出至少2条激光线，同一车轮踏面上激光线的数量大于等于6条)增加车轮踏面的数据量，并通过相应的干扰线剔除算法彻底提升复杂环境的适应性、实现冗余设计。具体解决现有系统在实际应用中的不足如下：(1)测量系统不够智能化，当存在撒砂管等部件干扰、遮挡激光线，导致踏面曲线缺失或数据量减少时，外侧和/或内侧采用多线激光器实现冗余设计，保证并提升车轮相关尺寸的计算精度。(2)由于存在撒砂管等部件遮挡，且外侧使用多线激光器(车轮踏面上激光线的数量由原来的4条变为8条，甚至更多)，导致内外侧激光线上下位置关系区分更加困难，本发明基于相机针对不同波长的光谱响应的差异，解决尺寸检测系统中内外侧激光线区分困难问题，解决数据无法正确测量，造成遗漏数据的问题，实现冗余设计，提升设备的检测效率。(3)可有效降低环境光对相机成像质量的影响，保证设备检测精度。

如图4所示，本发明实施例提供一种列车轮对外形尺寸测量方法，包括：

S21：接收列车轮对激光线图像；

S22：采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线；

S23：根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

需要说明的是，S22的方法包括：

将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

具体的，由于车轮踏面曲线从空间上在一个同心圆上，根据此原则将三维点云映射到二维坐标系中，映射原则：点云上的点到轴心的距离为y坐标，选取径向方向的一个平面作为基平面，点云上的点到基平面的距离即为映射的x坐标。由于正确的车轮踏面曲线应该在一个同心圆上，因此映射到二维平面后，理论上应该为重合的车轮踏面轮廓线，则其他曲线则为干扰曲线。剔除的方法如下：

1、将每条曲线进行编号，两两曲线构成曲线对集合，依次判断两两曲线分别在x、y方向是否存在同区域的点，若存在，则计算该x或y方向重叠区域的Hausdorff距离，根据预设置的距离阈值，判断若当前两两曲线的Hausdorff距离小于距离阈值，则认为当前两条曲线为重合曲线，并进行标记。

2、在所有曲线完成步骤1的判断后，对标记为重合曲线的曲线对集合进行聚类判断，聚类原则为是否存在相同编号的曲线，最终选取最多的一组曲线对集合为车轮踏面曲线，即可剔除包括撒砂管等干扰曲线，从而保留正确曲线。具体的，针对第1步中标记为重合曲线的曲线对集合，依次判断两两之间是否有相同的曲线编号，若有，则标记为第一类，反之，则标记为第二类，此次类推直到集合类所有曲线都完成了类别标记。然后，统计每一类中曲线编号，并计数，选取计数最多的一组曲线集合为车轮踏面曲线。

需要说明的是，S23的方法包括：选取每条曲线相同位置的所有点进行圆心拟合，其原理是三个点确定一个圆，然后对计算得到的所有圆心进行拟合，求其重心即为轴心。如图5所示，本发明实施例还提供一种列车轮对外形尺寸测量装置，包括：

外形图像接收模块31，用于接收列车轮对激光线图像；

踏面曲线提取模块32，用于采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线；

外形尺寸计算模块33，用于根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

需要说明的是，踏面曲线提取模块32包括：

曲线对生成单元，用于将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

曲线对判断单元，用于依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

曲线对筛选单元，用于对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

本发明实施例还提供一种采用如上述的列车轮对外形尺寸测量方法的列车轮对外形尺寸测量系统。

本发明实施例还提供一种包括如上述的列车轮对外形尺寸测量装置的列车轮对外形尺寸测量系统。

本发明实施例还提供一种列车轮对外形尺寸测量装置，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现如上述列车轮对外形尺寸测量方法的步骤。

本发明实施例还提供一种可读存储介质，可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述列车轮对外形尺寸测量方法的步骤。

图5所对应实施例中特征的说明可以参见图4所对应实施例的相关说明，这里不再一一赘述。

本发明提出的列车轮对外形尺寸测量系统、装置和方法，与既有技术相比，有益效果包含：

1)采用激光束多线测量技术弥补撒砂管等部件遮挡导致数据缺失、踏面数据量减少问题，实现冗余设计，保障并提升设备检测精度。

2)钢轨内外侧采用不同波段的激光器及波段对应的CCD相机分别采集钢轨内外侧激光曲线，解决由于存在其他撒砂管等异物遮挡，引起内、外激光线杂乱，导致内、外侧激光线区分很困难，即图像中两条曲线的上下位置关系判定困难的问题。同时可降低阳光干扰，提升成像质量。

3)在增加激光线数量的情况下，通过设计干扰曲线剔除算法，从存在撒砂管等复杂的干扰曲线中提取出正确的车轮踏面曲线，并且设计轴心计算算法，实现车轮轮廓曲线计算，解决撒砂管等遮挡导致的数据计算缺失、无法计算问题，提高系统检测可靠性、可用性及车底环境的适应性。

以上对本发明实施例所提供的一种列车轮对外形尺寸测量系统、测量装置、测量方法和可读存储介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (9)

1.一种列车轮对外形尺寸测量系统，其特征在于，包括第一触发装置、第二触发装置、车速检测装置，外侧激光器、外侧拍摄装置、内侧激光器、内侧拍摄装置和控制处理装置，所述第一触发装置、第二触发装置、车速检测装置、外侧激光器、外侧拍摄装置、内侧激光器和内侧拍摄装置均与所述控制处理装置连接，其中，

所述第一触发装置用于在列车驶入测量区域时发送第一触发信号到所述控制处理装置；

所述第二触发装置用于在列车驶出测量区域时发送第二触发信号到所述控制处理装置；

所述车速检测装置用于在接收到启动信号后进入待机状态，还用于在列车轮对通过时测量车轮速度并发送给所述控制处理装置，还用于在接收到关闭信号后进入休眠状态；

所述外侧激光器和所述内侧激光器用于在接收到启动信号后开始发射激光光束，还用于在接收到关闭信号后结束发射激光光束；

所述外侧拍摄装置和所述内侧拍摄装置用于在接收到启动信号后进入待机状态，还用于在接收到拍摄信号后拍摄列车轮对激光线图像并发送给所述控制处理装置，还用于在接收到关闭信号后进入休眠状态；

所述控制处理装置用于在接收到第一触发信号后发送启动信号到车速检测装置、外侧激光器、外侧拍摄装置、内侧激光器和内侧拍摄装置，还用于在接收到车轮速度后计算出外侧拍摄装置和内侧拍摄装置的拍摄时间，并发送对应的拍摄信号到外侧拍摄装置和内侧拍摄装置，还用于在接收到第二触发信号后发送关闭信号到车速检测装置、外侧激光器、外侧拍摄装置、内侧激光器和内侧拍摄装置；还用于根据列车轮对激光线图像计算列车轮对外形尺寸，

其中，所述外侧激光器和/或所述内侧激光器采用多光束激光器；

所述外侧激光器和所述内侧激光器发射不同波段的激光光束，所述外侧拍摄装置安装有第一光过滤装置，用于在拍摄时过滤掉内侧激光器发射的激光光束，所述内侧拍摄装置安装有第二光过滤装置，用于在拍摄时过滤掉外侧激光器发射的激光光束。

2.根据权利要求1所述的列车轮对外形尺寸测量系统，其特征在于，所述控制处理装置根据列车轮对激光线图像计算列车轮对外形尺寸的方法包括：

接收列车轮对激光线图像；

采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线，即从列车轮对激光线图像中选出在x或y方向上存在重叠区域且Hausdorff距离小于预设距离阈值的若干重合激光线曲线对，再对若干重合激光线曲线对进行聚类判断选出与其他激光线曲线重合最多的激光线曲线对，其中y方向为激光线曲线上的点到轴心的距离方向，选取y方向的一个平面作为基平面，激光线曲线上的点到基平面的距离方向为x方向；

根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

3.根据权利要求2所述的列车轮对外形尺寸测量系统，其特征在于，所述采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线的方法包括：

将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

4.一种列车轮对外形尺寸测量方法，其特征在于，包括：

接收列车轮对激光线图像；

采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线，即从列车轮对激光线图像中选出在x或y方向上存在重叠区域且Hausdorff距离小于预设距离阈值的若干重合激光线曲线对，再对若干重合激光线曲线对进行聚类判断选出与其他激光线曲线重合最多的激光线曲线对，其中y方向为激光线曲线上的点到轴心的距离方向，选取y方向的一个平面作为基平面，激光线曲线上的点到基平面的距离方向为x方向；

根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

5.根据权利要求4所述的列车轮对外形尺寸测量方法，其特征在于，所述采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线的方法包括：

将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

6.一种列车轮对外形尺寸测量装置，其特征在于，包括：

外形图像接收模块，用于接收列车轮对激光线图像；

踏面曲线提取模块，用于采用干扰曲线剔除算法从列车轮对激光线图像中提取出车轮踏面曲线，即从列车轮对激光线图像中选出在x或y方向上存在重叠区域且Hausdorff距离小于预设距离阈值的若干重合激光线曲线对，再对若干重合激光线曲线对进行聚类判断选出与其他激光线曲线重合最多的激光线曲线对，其中y方向为激光线曲线上的点到轴心的距离方向，选取y方向的一个平面作为基平面，激光线曲线上的点到基平面的距离方向为x方向；

外形尺寸计算模块，用于根据轴心计算算法和车轮踏面曲线计算列车轮对外形尺寸。

7.根据权利要求6所述的列车轮对外形尺寸测量装置，其特征在于，所述踏面曲线提取模块包括：

曲线对生成单元，用于将列车轮对激光线图像中的每条激光线曲线进行编号，每两条激光线曲线构成一个激光线曲线对集合；

曲线对判断单元，用于依次判断每个激光线曲线对集合中的两条激光线曲线在x或y方向是否存在重叠区域，若是，则计算两条激光线曲线的Hausdorff距离，再判断两条激光线曲线的Hausdorff距离是否小于预设距离阈值，若是，则认为该两条激光线曲线为重合曲线，并进行标记；

曲线对筛选单元，用于对标记为重合曲线的激光线曲线对集合进行聚类判断，即判断是否存在相同编号的激光线曲线，选取存在相同编号的激光线曲线最多的一个激光线曲线对集合为车轮踏面曲线。

8.一种采用如权利要求4-5中任一项所述的列车轮对外形尺寸测量方法的列车轮对外形尺寸测量系统。

9.一种包括如权利要求6-7中任一项所述的列车轮对外形尺寸测量装置的列车轮对外形尺寸测量系统。

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