CN111122604A - 接触轨检测系统、巡检工程车及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及跨座式单轨巡检技术领域，更具体地说，涉及一种接触轨检测系统，能够自行采集接触轨的图像信息，并根据图像信息获得接触轨安装位置和磨损程度信息。本发明还提供一种跨座式单轨巡检工程车，工程车可以在跨座式单轨轨道上行进，并能够通过搭载的接触轨检测系统实时、准确地获取接触轨的安装位置及磨损程度信息，取代传统的人工巡检方式，节省了人力和时间，提高了检测效率，检测标准统一，检测结果更加可靠。本发明还提供接触轨安装位置和磨损程度的检测方法，利用结构光检测，通过匹配算法识别出接触轨外形上特殊的特征线条和特征点，从而获取接触轨的安装位置和磨损程度信息。

Description

接触轨检测系统、巡检工程车及检测方法

技术领域

本发明涉及跨座式单轨巡检技术领域，更具体地说，涉及一种应用于跨座式单轨的接触轨检测系统、巡检工程车以及接触轨检测方法。

背景技术

跨座式单轨是通过单根轨道支持、稳定和导向，车体釆用橡胶轮胎骑在轨道梁上运行的轨道交通制式，在重庆已广泛使用。跨座式单轨的特点是适应性强、噪声低、转弯半径小、爬坡能力强。单轨制式能更好适应复杂的地形地貌环境。跨座式单轨的高架桥桥墩宽度平均不到2米，与其他高架轨道交通相比，桥墩占地宽度节省近一半，在城市道路中央或道路两旁的绿化带就可以立柱，占地小、遮挡少、选线灵活，对现有城市道路的交通干扰很轻微。

跨座式单轨列车运行在混凝土制轨道梁上。轨道梁底面固定在轨道地基上，上表面为走行面，供单轨列车的走行轮运行，侧面为稳定面和导行面。单轨列车的转向轮和稳定轮从轨道梁两侧夹紧轨道梁，将列车稳定在单轨轨道梁上，并控制列车沿轨道梁的方向进行转向。接触轨是将电能传输到地铁和城市轨道交通系统电力牵引车辆上的装置。在跨座式单轨的轨道梁的两侧安装有接触轨，每侧一根。接触轨系统主要由钢铝复合轨(包括铝轨本体和不锈钢带)、膨胀接头、端部弯头等相关部件及绝缘支撑装置组成，为电力机车组提供电能。电力的输送是通过电客车集电靴与复合轨的接触来实现的。根据集电靴从接触轨的取流方式不同，接触轨的安装方式可分为：上接触、下接触、侧接触三种方式。跨座式单轨的安装方式为侧接触。

接触轨的安装位置以及表面磨损程度检测是跨座式单轨轨道检修、维护中十分重要的一环，为了单轨列车运行的安全性，需要定时对接触轨的安装位置及磨损程度进行检测。目前，针对跨座式单轨轨道上接触轨的检修主要还是靠人工巡检来完成，但是人工巡检需要耗费较多的时间、人力和财力，并且检测准确性严重依赖巡检人员个人经验，检测标准无法统一，因此人工巡检无法对接触轨进行规则化、系统性、高效率检测，此外人工巡检还存在一定的安全隐患，并不能满足接触轨的检测需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种接触轨检测系统，能够自行采集接触轨的图像信息，并根据图像信息获得接触轨安装位置和磨损程度信息，检测效率高，检测结果更加精确。

本发明的另一个目的在于提供一种跨座式单轨巡检工程车，工程车可以在跨座式单轨轨道上行进，并能够通过搭载的接触轨检测系统实时、准确地获取接触轨的安装位置及磨损程度信息，取代传统的人工巡检方式，节省了人力和时间，提高了检测效率，检测标准统一，检测结果更加可靠。

本发明的另一个目的在于提供一种接触轨安装位置检测方法，实时、高效地获取接触轨安装位置信息数据。

本发明的另一个目的在于提供一种接触轨磨损检测方法，实时、高效地获取接触轨磨损信息数据。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种接触轨检测系统，包括检测系统主机和接触轨信息采集装置，所述接触轨信息采集装置用于采集轨道梁和接触轨图像信息，所述检测系统主机根据所述图像信息获取接触轨的安装位置信息和磨损信息。

进一步地，所述接触轨信息采集装置包括第一接触轨信息采集装置和第二接触轨信息采集装置，所述第一接触轨信息采集装置采集的所述图像信息用于所述检测系统主机获取所述安装位置信息，所述第二接触轨信息采集装置采集的所述图像信息用于所述检测系统主机获取所述磨损信息。

进一步地，所述接触轨信息采集装置具有外壳，所述外壳内部固定设置面阵相机和一字线型激光器，所述外壳壳体上设有视窗，所述一字线型激光器通过所述视窗将激光投射至轨道表面，所述面阵相机通过所述视窗采集投射至轨道表面的激光图像信息。

进一步地，所述面阵相机和一字线型激光器的轴线之间成夹角，所述夹角为23°～39°。

一种跨座式单轨巡检工程车，包括车身，所述车身的底盘上设有行走机构，还包括所述接触轨检测系统以及与所述车身连接的悬挂侧厢，所述检测系统主机设置于所述车身内，所述接触轨信息采集装置设置于所述悬挂侧厢与轨道相对的一侧上。

一种接触轨安装位置检测方法，利用所述接触轨检测系统进行检测，包括以下步骤：

第一接触轨信息采集装置将采集到的轨道梁和接触轨图像信息传输至检测系统主机；

所述检测系统主机将矩阵卷积算法引入到Steger算法中，提取图像中的结构光条纹中心；

对提取到的光条纹中心，通过匹配算法，对图像的特征位置分析，提取轨道梁走行面特征线条和接触轨上表面特征线条；

计算出轨道梁走行面与接触轨上表面之间的高度差，从而获得接触轨的安装位置信息。

进一步地，所述提取轨道梁走行面特征线条和接触轨上表面特征线条的具体方法为：首先，根据轨道梁走行面和接触轨的几何形态，设计标准平行线、梯形结构作为对比模版；其次，以所述对比模版与提取到的光条纹中心邻域之间的结构信息熵为依据，进行两者结构之间的相似度分析，选取相似度最大的光条中心作为光条曲线上梯形特征，从而识别出轨道梁走行面特征线条和接触轨上表面特征线条。

一种接触轨磨损检测方法，利用所述接触轨检测系统进行检测，包括以下步骤：

第二接触轨信息采集装置将采集到的接触轨图像信息传输至检测系统主机；

所述检测系统主机将矩阵卷积算法引入到Steger算法中，提取图像中的结构光条纹中心；

对提取到的光条纹中心，通过匹配算法，对图像的特征位置分析，提取接触轨表面特征点p1、p2以及特征点之间的特征线条；

计算接触轨表面凸起的高度，再通过与初始接触轨表面凸起高度进行对比，从而获得接触轨磨损信息。

进一步地，所述提取接触轨表面特征点p1、p2以及特征点之间的特征线条的具体方法为：首先，根据接触轨表面的几何形态特征，设计标准特征点作为对比模版；其次，以所述对比模版与提取到的光条纹中心邻域之间的结构信息熵为依据，进行两者结构之间的相似度分析，选取相似度最大的光条中心作为光条曲线上特征点，从而识别出接触轨表面特征点p1和p2，以及特征点p1和p2之间的特征线条。

进一步地，所述获得接触轨磨损信息的具体方法为：识别出特征点p1、p2以及特征线条后，获取特征点p1、p2的坐标以及特征线条上点集的坐标，将上述坐标分别通过坐标转换方程，将二维坐标转换为三维坐标，将特征线条上的点拟合为空间直线方程，计算特征点p1到所述空间直线的距离以及特征点p2到所述空间直线的距离，表征接触轨表面凸起的高度值，再通过与初始接触轨表面凸起高度值进行对比，从而获得接触轨磨损信息。

本发明提供的一种接触轨检测系统，包括检测系统主机和接触轨信息采集装置，通过接触轨信息采集装置采集的轨道梁和接触轨图像信息，由检测系统主机对图像信息进行处理分析，从而获取接触轨的安装位置和磨损程度信息。本发明提供的接触轨检测系统可以取代传统的人工巡检方式，检测效率更高，检测标准更统一，检测结果更精确、误差小。

本发明提供的一种跨座式单轨巡检工程车，车身上设有行走机构，能够在跨座式单轨轨道上行走，还搭载了前述的接触轨检测系统。巡检工程车在行走的过程中，可以控制接触轨检测系统对接触轨的安装位置及磨损程度进行检测。相较于传统的人工巡检，巡检工程车进行轨道维护更加省时、省力，自动化程度高，也更加安全。

本发明还提供了接触轨安装位置和磨损程度的检测方法，利用结构光检测，通过匹配算法识别出接触轨外形上特殊的特征线条和特征点，从而获取接触轨的安装位置和磨损程度信息。本发明提供的检测方法，可以通过图像信息实时获取接触轨的安装位置和磨损程度数据，通过匹配算法能够精确地识别出接触轨外形上的特殊构造，使得检测结果更加精确。

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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明接触轨检测系统示意图；

图2A为本发明一个实施例中接触轨信息采集装置外部结构示意图；

图2B为本发明一个实施例中接触轨信息采集装置内部结构示意图

图3为本发明跨座式单轨巡检工程车外观整体示意图；

图4为接触轨横截面示意图；

图5为本发明悬挂侧厢与轨道相对一侧的结构示意图；

图6为本发明第一接触轨信息采集装置采集到的图像示意图；

图7为本发明第二接触轨信息采集装置采集到的图像示意图；

图8为跨座式单轨巡检工程车车身底盘结构示意图；

图9为接触轨安装位置检测方法流程图；

图10为本发明标定板示意图；

图11为接触轨磨损程度信息检测方法流程图。

其中，附图中标记如下：

100-接触轨检测系统，110-检测系统主机，120-接触轨信息采集装置，121-第一接触轨信息采集装置，122-第二接触轨信息采集装置，130-外壳，131-面阵相机，132-一字线型激光器，133-视窗，200-巡检工程车，210-车身，211-测速轮，220-悬挂侧厢，310-轨道梁，311-走行面，320-接触轨，321-铝轨本体，322-不锈钢带。

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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～11，图1为本发明接触轨检测系统示意图；图2A为本发明一个实施例中接触轨信息采集装置外部结构示意图；图2B为本发明一个实施例中接触轨信息采集装置内部结构示意图；图3为本发明跨座式单轨巡检工程车外观整体示意图；图4为接触轨横截面示意图；图5为本发明悬挂侧厢与轨道相对一侧的结构示意图；图6为本发明第一接触轨信息采集装置采集到的图像示意图；图7为本发明第二接触轨信息采集装置采集到的图像示意图；图8为跨座式单轨巡检工程车车身底盘结构示意图；图9为接触轨安装位置检测方法流程图；图10为本发明标定板示意图；图11为接触轨磨损程度信息检测方法流程图。

如图1所示，一种接触轨检测系统100，包括检测系统主机110和接触轨信息采集装置120。所述接触轨信息采集装置120用于采集轨道梁和接触轨图像信息，所述检测系统主机110根据所述图像信息获取接触轨的安装位置信息和磨损信息。

接触轨信息采集装置120的数量在此不做限定，可以用一个接触轨信息采集装置120采集完整的轨道梁和接触轨表面的图像信息用于后续的分析，为了获得更精细的图像信息，也可以安装多个接触轨信息采集装置120，分别采集轨道上不同位置的图像信息，以便获取质量更好的图像信息，这样检测系统主机110可以以此得到更加精确的检测结果。

在本发明的一个实施例中，所述接触轨信息采集装置120包括第一接触轨信息采集装置121和第二接触轨信息采集装置122。所述第一接触轨信息采集装置121采集的所述图像信息用于所述检测系统主机110获取所述安装位置信息，所述第二接触轨信息采集装置122采集的所述图像信息用于所述检测系统主机110获取所述磨损信息。为了获取更加全面的图像信息，本实施例中利用两个接触轨信息采集装置采集图像，但是两者之间采集的重点是不一致的。第一接触轨信息采集装置121主要用于采集轨道梁310走行面311和接触轨320上表面的整体图像信息，后续用于分析接触轨320的安装位置数据，即用于计算轨道梁310走行面311和接触轨320上表面之间的高度差。第二接触轨信息采集装置122主要用于采集接触轨外320表面的图像信息，后续用于分析接触轨320的磨损数据，即用于计算接触轨320外表面凸起的高度。

优选地，如图2A和2B所示，所述接触轨信息采集装置120具有外壳130，所述外壳130内部固定设置面阵相机131和一字线型激光器132，所述外壳130壳体上设有视窗133，所述一字线型激光器132通过所述视窗133将激光投射至轨道表面，所述面阵相机131通过所述视窗133采集投射至轨道表面的激光图像信息。

利用面阵相机131和一字线型激光器132，采用结构光测量方法获取接触轨320的安装位置及磨损程度信息。一字线型激光器132在轨道表面投射线性激光形成测量光条，面阵相机131采集相应的测量光条图像信息，检测系统主机110对获取的测量光条图像信息进行识别、提取和计算，可以获取轨道梁310走行面311和接触轨320上表面之间的高度差，从而确定接触轨320的安装位置，还可以获取当前接触轨320表面的凸起高度数据，与原始的接触轨320表面的凸起高度进行比较，从而确定接触轨320磨损程度。

所述外壳130为密封结构，可以有效地防止外界的浮尘等因素对内部面阵相机131和一字线型激光器132的影响，提高检测精度并延长使用寿命。所述视窗133可以为一个大的视窗，也可以设置为两个小的视窗，分别供面阵相机131和一字线型激光器132单独使用。外壳130可以用金属材料制成，增加结构强度，在壳体上开孔，然后用光学镜片密封设置于开孔处，形成所述视窗133。

面阵相机131和一字线型激光器132固定后，两者的轴线相互之间成一定的夹角，该夹角根据应用场景、拍摄距离等因素可以自行进行设定。在本实施例中，面阵相机131和一字线型激光器132之间的夹角可以在23°到39°范围内。

如图3所示，本发明还提供一种跨座式单轨巡检工程车200，大致可以分为上、下两个部分，上部为车身210，下部为连接于车身210上的悬挂侧厢220。车身210内部设有驾驶室、控制室等，驾驶室用于司机控制车辆的运行，控制室中设有检测系统主机110，检修人员在控制室直接控制接触轨检测的整个过程，查看接触轨检测过程中的各种数据信息。工程车底盘上设有行走机构，由电力或者内燃机提供驱动力，驱动工程车在跨座式单轨轨道上行进。

悬挂侧厢220与工程车车身210连接，且悬挂侧厢220的一个面(内侧面)至少一部分与轨道侧面是相对的，这样设置在悬挂侧厢220内侧面上的接触轨信息采集装置120才能采集到接触轨图像信息。悬挂侧厢220与工程车车身210的连接方式在此不做限定，但是优选为可拆卸的连接方式，这样方便于对悬挂侧厢220的检修、维护。

悬挂侧厢220的数量在此不做限制，可以仅在工程车车身210的连接一个悬挂侧厢220，用于对轨道单个侧面的接触轨进行检测，当然，考虑到检测的全面性，优选在工程车车身210两侧均连接悬挂侧厢220，悬挂侧厢220位于轨道两侧，可以对轨道两个侧面上的接触轨进行检测。本实施例中，车身210的两侧均连接有悬挂侧厢220，悬挂侧厢220与轨道相对的一侧(内侧面)上设有连接支架，所述连接支架用于安装固定接触轨信息采集装置120。所述接触轨信息采集装置120采集轨道梁和接触轨图像信息，然后传输至所述检测系统主机110，所述检测系统主机110根据所述图像信息检测所述接触轨的安装位置及磨损程度。

获取的接触轨320安装位置及磨损程度信息可以通过现有的数据通信方式传输至服务器进行存储，检修人员通过终端设备连接服务器调取数据，也可以将接触轨320安装位置及磨损程度信息直接发送至检修人员的终端供其查看。

悬挂侧厢220的形状、结构在此不做限制，可以是长方形、正方形、圆形等形状的板状结构，也可以是其他非板状的结构，但是考虑到车身210连接悬挂侧厢220后的体积不能太大，不能超出车辆限界，因此板状结构更为合适。

跨座式单轨轨道包括混凝土制轨道梁310和连接于轨道梁310两侧的接触轨320。在工程车巡检过程中，需要对接触轨320进行全面检测。接触轨320检测中包括安装位置检测和磨损检测。如图4所示，接触轨320中的钢铝复合轨包括铝轨本体321和不锈钢带322，不锈钢带322虽然属于耐磨材料，但是在长期使用后，还是会产生磨损，所以需要检测不锈钢带322的磨损是否超过限定值。

如图5所示，悬挂侧厢220与轨道相对一侧的连接支架上固定安装有第一接触轨信息采集装置121和第二接触轨信息采集装置122，且两个接触轨信息采集装置(121，122)的安装位置存在一定的高度差。位于上方的第一接触轨信息采集装置121用于采集轨道梁310走行面311和接触轨320上表面的图像信息，位于下方的第二接触轨信息采集装置122则专门采集接触轨320外表面的图像信息。第一接触轨信息采集装置121采集到的图像信息用于分析接触轨320的安装位置，第二接触轨信息采集装置122采集到的图像信息用于分析接触轨320的磨损程度。

为了获得轨道梁310走行面311和接触轨320上表面的图像信息，第一接触轨信息采集装置121安装于轨道梁310走行面311所在平面的上方，采用倾斜向下的视角采集图像，本实施例中，第一接触轨信息采集装置121向下的倾角(安装平面与水平面之间的夹角)可以设置在30°到40°范围内，优选为35°。第二接触轨信息采集装置122专门用于采集接触轨320的图像，其安装位置是比较灵活的，可以安装在接触轨320的上或下方采用倾斜视角采集图像，也可以正对接触轨320外表面，总之，只要能采集到接触轨320完整外表面图像的安装位置都是可以接受的。

第一接触轨信息采集装置121采集到的激光图像信息如图6所示，其中线条A对应投射在轨道梁310走行面311上的激光，线条B对应投射在接触轨320上表面的激光。所述检测系统主机110对图像信息进行分析、计算，可以获取线条A和线条B之间的空间距离，即为轨道梁310走行面311与接触轨320上表面之间的高度差。通过所述高度差，即可获知接触轨320在轨道梁310上的安装位置，以此判断安装位置是否处于可接受范围内。

第二接触轨信息采集装置122采集到的激光图像信息如图7所示，其中线条C对应投射在接触轨320上不锈钢带322表面的激光。如图4所示，接触轨320主体钢铝复合轨包括铝轨本体321和不锈钢带322，不锈钢带322凸出于铝轨本体321，两者的连接位置出现两个特征点P1和P2。因此，如图7所示，当激光投射在接触轨320表面上时，也会形成两个对应的特征点p1和p2。所述检测系统主机110对图像信息进行分析、计算，可以获取特征点p1与线条C之间的空间距离以及取特征点p2与线条C之间的空间距离，以上述两个空间距离表征接触轨320表面凸起的高度值，并以此判断接触轨320的磨损程度是否处于可接受范围内。

如图8所示，巡检工程车200的车身210底盘上还固定安装有测速轮211和光电编码器，测速轮211随工程车行进同步转动，光电编码器安装在测速轮211轮轴上。当测速轮211轮轴转动时，带动光电编码器的内轴同步转动，光电编码器等间距地输出脉冲信号给检测系统主机110，可以作为计算巡检工程车200运行里程的依据，从而获取巡检工程车200的位置或者定位接触轨320缺陷的位置。

巡检工程车200除了具有接触轨检测和轨道梁检测功能外，还具有限界检测功能。巡检工程车200的车身210前端还安装有两台激光雷达，激光雷达向工程车两侧扫描，雷达的扫描范围可达360°，探测距离可以覆盖限界范围。当限界内出现障碍物时，激光雷达即可探测到障碍物，检测系统主机110会记录数据并发出侵限警告，以实现限界扫描的功能。

本发明提供的巡检工程车集成了接触轨检测和限界检测功能，取代传统的人工巡检方式，节省了人力和时间，提高了检测效率，此外，检测标准更加统一，避免了因巡检人员个人经验不同而导致的巡检结果偏差，使得检测结果更加可靠。

如图9所示，在本发明的一个实施例中，所述检测系统主机110通过第一接触轨信息采集装置121采集到的激光图像信息，获取接触轨320安装位置的方法，包括以下步骤：

S11，将矩阵卷积算法引入到Steger算法中，提取图像中的结构光条纹中心。

Steger算法原理为：二维图像中的曲线结构在其法向上n(t)可近似为具有类抛物型分布，因此在期望的中心点上具有一阶方向导数为0，二阶方向导数是一个较大绝对值的特征。所以Steger算法的实现步骤分为三步，首先为确保图像的一般性去噪以及逐点微分，一般利用高斯核(Gaussian Kernels)对图像进行卷积；其次计算曲线的法向方向；最后选取满足上述方向导数特征的点，即为期望获取的中心点。

为了提升运算能力，本发明运用Nvidia GPU高性能并行计算框架CUDA，实现了快速高效的卷积运算，对传统的Steger算法进行改进，使得其计算能力提升了约20倍。本方案不仅极大地降低了运算时间，而且本方案能够处理高速获取的大量图像信息，使得整个算法的实现成为可能。

S12，对提取到的光条纹中心，通过匹配算法，对图像的特征位置分析，提取轨道梁走行面特征线条和接触轨上表面特征线条。

根据轨道梁和接触轨的几何形态，首先设计标准平行线、梯形结构作为对比模版。采集到的图像信息中，提取的光条纹中心也具有相应的平行线、梯形结构。以所述对比模版与特定光条中心邻域之间的结构信息熵Φ为依据，进行两者结构之间的相似度分析，选取相似度最大的光条中心作为光条曲线上梯形特征的定位，从而获得线条A和线条B光条纹中心点的具体图像坐标。

同样地，为了提升运算能力，本发明运用Nvidia GPU高性能计算框架CUDA，将传统算法中的顺序执行改进为并行执行，提高了匹配的计算性能，实现了批量化处理能力及实时性。

S13，计算出轨道梁走行面与接触轨上表面之间的高度差，从而获得接触轨的安装位置信息。

通过对接触轨信息采集装置进行标定，获取图像坐标系与空间坐标系的坐标转换方程。标定是获得二维图像坐标和三维空间坐标之间转换关系的过程，具体方法为：如图10所示，设置一标定板，标定板通常为棋盘格图案，每个棋盘格的尺寸已知。首先，使用相机拍摄标定板的图像，将多幅标定板图像通过计算消除图像的像差。其次，拍摄多幅激光照射在标定板上的图像，由于标定板每个棋盘格尺寸已知，可将多条激光光条直线拟合为激光平面方程，并获得图像坐标与空间坐标的转换关系方程。

将线条A上的点和线条B上的点，分别带入坐标转换方程，将二维坐标转换为三维坐标，即可获得两条空间直线上点的坐标，将两条空间直线上的点分别拟合为空间直线方程，再运用空间几何知识计算两直线之间的距离，即为需要测量的接触轨上表面与轨道梁走行面的高度差。

检测接触轨安装位置的方法，还包括：S14，所述检测系统主机接收光电编码器发出的脉冲信号，当接触轨安装位置超出正常范围时，所述主机以所述脉冲信号为依据计算巡检车辆运行里程，从而对接触轨位置进行定位。

如图11所示，在本发明的一个实施例中，所述检测系统主机110通过第二接触轨信息采集装置122采集到的激光图像信息，获取接触轨320磨损程度信息的方法，包括以下步骤：

S21，将矩阵卷积算法引入到Steger算法中，提取图像中的结构光条纹中心。其具体方法与前述S11相同。

S22，对提取到的光条纹中心，通过匹配算法，对图像的特征位置分析，提取接触轨表面特征点p1、p2以及特征点之间的特征线条。

接触轨320表面具有显著的转折点P1和P2，通过匹配算法，识别出图像中特征点p1、p2以及线条C。其中，匹配算法与S12中所述的方法相似，以预先设计的标准特征点为对比模板，以所述对比模版与特定光条中心邻域之间的结构信息熵Φ为依据，进行两者结构之间的相似度分析，选取相似度最大的光条中心作为光条曲线上特征点的定位。

S23，计算接触轨表面凸起的高度，再通过与初始接触轨表面凸起高度进行对比，从而获得接触轨磨损信息。

识别出图像中特征点p1、p2以及线条C后，并获取特征点p1、p2的坐标以及线条C上点集的坐标。将上述坐标分别带入坐标转换方程，将二维坐标转换为三维坐标，将线条C上的点拟合为空间直线方程，通过空间几何知识，计算特征点p1到空间直线的距离以及特征点p2到空间直线的距离，作为接触轨侧面凸起的高度值。进而可以判断接触轨磨损是否超过正常范围。通过特征点p1到空间直线的距离以及特征点p2到空间直线的距离，不仅可以获取接触轨320的整体磨损程度信息，还可以进一步获知接触轨320是否发生了偏磨，如特征点p1到空间直线的距离超过合理范围，而特征点p2到空间直线的距离未超过合理范围，则说明接触轨320上端表面磨损程度比下端表面严重，根据偏磨信息可以对接触轨320进行调整。

检测接触轨磨损程度的方法，还包括：S24，所述检测系统主机接收光电编码器发出的脉冲信号，当接触轨磨损程度超出正常范围时，检测系统主机以所述脉冲信号为依据计算巡检工程车运行里程，从而对接触轨位置进行定位。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种接触轨检测系统，其特征在于，包括检测系统主机和接触轨信息采集装置，所述接触轨信息采集装置用于采集轨道梁和接触轨图像信息，所述检测系统主机根据所述图像信息获取接触轨的安装位置信息和磨损信息。

2.如权利要求1所述的接触轨检测系统，其特征在于，所述接触轨信息采集装置包括第一接触轨信息采集装置和第二接触轨信息采集装置，所述第一接触轨信息采集装置采集的所述图像信息用于所述检测系统主机获取所述安装位置信息，所述第二接触轨信息采集装置采集的所述图像信息用于所述检测系统主机获取所述磨损信息。

3.如权利要求2所述的接触轨检测系统，其特征在于，所述接触轨信息采集装置具有外壳，所述外壳内部固定设置面阵相机和一字线型激光器，所述外壳壳体上设有视窗，所述一字线型激光器通过所述视窗将激光投射至轨道表面，所述面阵相机通过所述视窗采集投射至轨道表面的激光图像信息。

4.如权利要求3所述的接触轨检测系统，其特征在于，所述面阵相机和一字线型激光器的轴线之间成夹角，所述夹角为23°～39°。

5.一种巡检工程车，包括车身，所述车身的底盘上设有行走机构，其特征在于，还包括如权利要求1～4任一项中所述的接触轨检测系统以及与所述车身连接的悬挂侧厢，所述检测系统主机设置于所述车身内，所述接触轨信息采集装置设置于所述悬挂侧厢与轨道相对的一侧上。

6.一种接触轨安装位置检测方法，利用如权利要求3所述的接触轨检测系统进行检测，其特征在于，包括以下步骤：

第一接触轨信息采集装置将采集到的轨道梁和接触轨图像信息传输至检测系统主机；

所述检测系统主机将矩阵卷积算法引入到Steger算法中，提取图像中的结构光条纹中心；

对提取到的光条纹中心，通过匹配算法，对图像的特征位置分析，提取轨道梁走行面特征线条和接触轨上表面特征线条；

计算出轨道梁走行面与接触轨上表面之间的高度差，从而获得接触轨的安装位置信息。

7.如权利要求6所述的接触轨安装位置检测方法，其特征在于，所述提取轨道梁走行面特征线条和接触轨上表面特征线条的具体方法为：首先，根据轨道梁走行面和接触轨的几何形态，设计标准平行线、梯形结构作为对比模版；其次，以所述对比模版与提取到的光条纹中心邻域之间的结构信息熵为依据，进行两者结构之间的相似度分析，选取相似度最大的光条中心作为光条曲线上梯形特征，从而识别出轨道梁走行面特征线条和接触轨上表面特征线条。

8.一种接触轨磨损检测方法，利用如权利要求3所述的接触轨检测系统进行检测，其特征在于，包括以下步骤：

第二接触轨信息采集装置将采集到的接触轨图像信息传输至检测系统主机；

所述检测系统主机将矩阵卷积算法引入到Steger算法中，提取图像中的结构光条纹中心；

对提取到的光条纹中心，通过匹配算法，对图像的特征位置分析，提取接触轨表面特征点p1、p2以及特征点之间的特征线条；

计算接触轨表面凸起的高度，再通过与初始接触轨表面凸起高度进行对比，从而获得接触轨磨损信息。

9.如权利要求8所述的接触轨磨损检测方法，其特征在于，所述提取接触轨表面特征点p1、p2以及特征点之间的特征线条的具体方法为：首先，根据接触轨表面的几何形态特征，设计标准特征点作为对比模版；其次，以所述对比模版与提取到的光条纹中心邻域之间的结构信息熵为依据，进行两者结构之间的相似度分析，选取相似度最大的光条中心作为光条曲线上特征点，从而识别出接触轨表面特征点p1和p2，以及特征点p1和p2之间的特征线条。

10.如权利要求9所述的接触轨磨损检测方法，其特征在于，所述获得接触轨磨损信息的具体方法为：识别出特征点p1、p2以及特征线条后，获取特征点p1、p2的坐标以及特征线条上点集的坐标，将上述坐标分别通过坐标转换方程，将二维坐标转换为三维坐标，将特征线条上的点拟合为空间直线方程，计算特征点p1到所述空间直线的距离以及特征点p2到所述空间直线的距离，表征接触轨表面凸起的高度值，再通过与初始接触轨表面凸起高度值进行对比，从而获得接触轨磨损信息。

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