CN111252110A - 用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单轨巡检技术领域，更具体地说，涉及一种用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统及检测方法，所述检测系统包括主机和轨道梁信息采集装置。所述巡检车辆在单轨轨道上行进过程中，所述检测系统能够利用轨道梁信息采集装置对轨道梁表面进行全面的图像采集，再由所述主机对图像信息进行分析，获取轨道梁裂纹信息。本发明提供的轨道梁检测系统及检测方法，能广泛应用于跨座式单轨巡检车辆上，从而代替传统的人工轨道巡检，节省人力和时间，并提高检测效率和准确性。

Description

用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及单轨巡检技术领域，更具体地说，涉及一种用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统以及轨道梁检测方法。

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。混凝土制轨道梁在使用过程中由于应力、老化和其他因素的影响，会产生裂纹。产生裂纹后，需要获知裂纹的病害等级、发展趋势等信息，以防止裂纹对轨道梁结构产生重大影响，从而威胁轨道交通安全。

目前，针对跨座式单轨轨道上轨道梁的检修主要还是靠人工巡检来完成，信息采集缺乏统一的设备，检测准确性严重依赖巡检人员个人经验，导致检测结果误差较大。因此，如何设计一种通用的单轨轨道梁检测系统是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，通过对轨道梁信息采集装置采集的轨道梁表面图像信息进行分析，可以准确识别轨道梁是否产生裂纹，并获取裂纹信息。

本发明的另一个目的在于提供一种轨道梁检测方法，用于对轨道梁进行裂纹检测。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，所述跨座式单轨巡检车辆包括车身、与车身连接的悬挂侧厢及底盘，所述底盘上设有行走机构，所述轨道梁检测系统包括：

设置于所述车身内的主机；

设置于所述底盘和悬挂侧厢与轨道相对一侧的轨道梁信息采集装置，所述轨道梁信息采集装置将采集到的轨道梁表面图像信息传输至所述主机，所述主机对所述轨道梁表面图像信息进行处理分析，获取轨道梁裂纹信息。

进一步地，设置于所述悬挂侧厢上的轨道梁信息采集装置包括第一轨道梁侧面信息采集装置和第二轨道梁侧面信息采集装置，所述第一轨道梁侧面信息采集装置用于采集轨道梁侧面接触轨以上部分的表面图像信息，所述第二轨道梁侧面信息采集装置用于采集轨道梁侧面接触轨以下部分的表面图像信息。

进一步地，所述轨道梁信息采集装置具有外壳，所述外壳内部固定设置线阵相机，所述外壳壳体上设有视窗，所述线阵相机通过所述视窗采集轨道梁表面图像信息。

进一步地，所述视窗外侧连接有遮光檐，所述遮光檐具有向外突出的扁平开孔，所述线阵相机通过所述扁平开孔采集轨道梁表面图像信息。

进一步地，还包括测速轮和光电编码器，所述测速轮设置于所述底盘上，所述光电编码器根据所述测速轮轮轴转动等间距地向所述线阵相机输出脉冲信号，控制所述线阵相机等间距进行图像采集。

进一步地，还包括电感式接近开关，所述电感式接近开关设置于所述底盘上，用于探测金属指型板。

进一步地，还包括光源，用于为所述轨道梁信息采集装置补光。

一种轨道梁检测方法，包括以下步骤：

S10，轨道梁信息采集装置分别获取轨道梁走行面、轨道梁侧面接触轨以上部分和轨道梁侧面接触轨以下部分的表面图像信息，并将所述表面图像信息传输至主机；

S20，所述主机获取所述表面图像信息后，通过裂纹识别算法从图像中识别是否存在裂纹；

S30，若图像中存在裂纹，分析获取分布情况和发展趋势信息，具体方法为：建立数据库，将不同时间对同一段轨道梁的裂纹检测数据存储至所述数据库中，通过比较不同时间获取的检测数据，分析裂纹分布情况和发展趋势信息。

进一步地，S20中所述裂纹识别算法具体包括：

步骤9A，建立CNN卷积神经网络模型，所述模型包括输入层、隐含层、输出层；

步骤9B，对CNN卷积神经网络模型进行训练，将大量经过人工标注了裂纹信息的样本图像输入所述CNN卷积神经网络模型，将标注结果作为期望输出；

步骤9C，将所述主机获取的图像信息输入训练好的CNN卷积神经网络模型，输出图像裂纹识别结果以及裂纹信息。

进一步地，还包括S40，所述主机接收光电编码器发出的脉冲信号，若图像中存在裂纹时，所述主机以所述脉冲信号为依据计算巡检车辆运行里程，从而对裂纹位置进行定位。

本发明提供了一种用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统及检测方法，所述检测系统包括主机和轨道梁信息采集装置。所述巡检车辆在单轨轨道上行进过程中，所述检测系统能够利用轨道梁信息采集装置对轨道梁表面进行全面的图像采集，再由所述主机对图像信息进行分析，获取轨道梁裂纹信息。本发明提供的轨道梁检测系统及检测方法，能广泛应用于跨座式单轨巡检车辆上，从而代替传统的人工轨道巡检，节省人力和时间，并提高检测效率和准确性。

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1A为实施例一中跨座式单轨轨道梁信息采集装置外部结构示意图；

图1B为实施例一中跨座式单轨轨道梁信息采集装置内部结构示意图；

图2为实施例二中跨座式单轨轨道梁检测装置示意图；

图3为实施例三中跨座式单轨巡检车辆结构示意图；

图4为实施例三中悬挂侧厢与轨道相对一侧结构示意图；

图5为实施例三中车身底盘结构示意图；

图6为实施例四中跨座式单轨轨道梁检测方法流程图。

其中，附图中标记如下：

100-轨道梁信息采集装置，110-外壳，120-线阵相机，130-遮光檐，140-轨道梁走行面信息采集装置，150-轨道梁侧面信息采集装置，151-第一轨道梁侧面信息采集装置，152-第二轨道梁侧面信息采集装置，200-轨道梁检测系统，210-主机，300-巡检车辆，310-车身，320-悬挂侧厢，330-测速轮，340-光电编码器，350-电感式接近开关，360-线光源，400-轨道梁，410-轨道梁走行面，420-轨道梁侧面，500-接触轨。

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1～6，图1A为实施例一中跨座式单轨轨道梁信息采集装置外部结构示意图；图1B为实施例一中跨座式单轨轨道梁信息采集装置内部结构示意图；图2为实施例二中跨座式单轨轨道梁检测装置示意图；图3为实施例三中跨座式单轨巡检车辆结构示意图；图4为实施例三中悬挂侧厢与轨道相对一侧结构示意图；图5为实施例三中车身底盘结构示意图；图6为实施例四中跨座式单轨轨道梁检测方法流程图。

实施例一

如图1A和1B所示，一种轨道梁信息采集装置100，具有外壳110，所述外壳110内部固定设置线阵相机120，所述外壳110壳体上设有视窗，所述线阵相机120通过所述视窗采集轨道梁图像信息。

线阵相机120是采用线阵图像传感器的相机，拍摄的图像为“线状”，只有几个像素的宽度，长度可达几千像素。通常运用在被拍摄物体与相机有相对运动的场景中。线阵相机在运动过程中连续拍摄多幅“线状”图像，并通过相机软件处理集成为一幅完整的图像，可以实现对大幅面物体的高精度拍摄。本实施例中利用线阵相机120对轨道梁表面图像进行采集，之后将采集到的图像传输至主机，由主机对图像进行处理，识别图像中的裂纹等缺陷。

外壳110为密封结构，可以有效地防止外界的浮尘等因素对内部线阵相机120的影响，提高检测精度并延长使用寿命。外壳110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。

进一步地，如图1A所示，所述视窗外侧连接有遮光檐130，所述遮光檐130具有向外突出的扁平开孔，所述线阵相机120通过所述扁平开孔采集轨道梁表面图像信息。

在线阵相机120采集图像时，如果外部环境光线照射视窗镜头，会对成像产生干扰。为了防止外界光线干扰，可以在视窗外侧设置遮光檐130，遮光檐130具有一个向外突出的扁平开孔，线阵相机120可以通过扁平开孔采集轨道梁图像信息，而环境光线则不会产生干扰，此外，遮光檐130还能防止灰尘和水等杂质沾染视窗上的镜头，保持镜头的明亮。

实施例二

如图2所示，一种轨道梁检测系统200，包括主机210和轨道梁图像采集装置，所述轨道梁图像采集装置将采集到的轨道梁表面图像信息传输至所述主机210，所述主机210对所述轨道梁表面图像信息进行处理分析，获取轨道梁裂纹信息。

本实施例中所述轨道梁图像采集装置优选实施例一中所述的轨道梁信息采集装置100，其内部的线阵相机120可以采集到高精度的轨道梁图像，而且密封外壳可以为线阵相机120提供稳定的内部工作环境，免受外界因素的影响，保证在不同的外界环境中均能采集到高质量的图像。此外，外壳110上的遮光檐130不仅能防止外部光线对成像的干扰，还能保持视窗上镜片的干净，减少了人工清洁的频率。

轨道梁400的外表面大致可以分成顶部的走行面410和安装有接触轨500的两个侧面420，为了图像采集的全面性，优选地，检测装置包括两种类型的轨道梁信息采集装置100，分别为轨道梁走行面信息采集装置140和轨道梁侧面信息采集装置150，其中，轨道梁走行面信息采集装置140用于采集轨道梁走行面410图像信息，轨道梁侧面信息采集装置150用于采集轨道梁侧面420的图像信息。轨道梁走行面信息采集装置140和轨道梁侧面信息采集装置150的数量在此不做限制。

如图3所示，接触轨500设置于轨道梁400的侧面上，视觉上将轨道梁侧面420分为上、下两个部分。如果仅设置一个轨道梁侧面信息采集装置150，由于接触轨500的遮挡，可能无法采集到完整的轨道梁侧面420图像。为了采集的图像更加完整，尽量不遗漏任何死角，优选用不同的轨道梁侧面信息采集装置150分别采集被接触轨500分为上、下两个部分的轨道梁侧面420图像，比如设置两个轨道梁侧面信息采集装置150，分别为第一轨道梁侧面信息采集装置151和第二轨道梁侧面信息采集装置152，第一轨道梁侧面信息采集装置151用于采集接触轨500上部的轨道梁图像信息，第二轨道梁侧面信息采集装置152用于采集接触轨500下部的轨道梁图像信息。如此可以减少图像采集死角。当然，可以进一步增加所述轨道梁侧面信息采集装置150的数量至两个以上，以便采集到更加完整的图像。

实施例三

如图3所示，一种跨座式单轨巡检车辆300，大致可以分为上下两个部分，上部为车身310，下部为连接于车身310上的悬挂侧厢320。车身310内部设有驾驶室，驾驶室用于司机控制车辆的运行。车辆底盘上设有行走机构，由电力或者内燃机提供驱动力，驱动车辆在跨座式单轨轨道上行进。

车身310的两侧均连接有悬挂侧厢320，悬挂侧厢320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各种检测用的传感器模块。

巡检车辆300还包括实施例二中所述的轨道梁检测系统200，其中，检测系统200中的轨道梁信息采集装置可以根据需要固接于所述悬挂侧厢320与轨道相对的一侧的连接支架上或车辆底盘上，检测系统200中的主机210的安装位置较为灵活，比如可以设置于连接支架上，或者车身310中设置一控制室，所述主机210设置于所述控制室中，方便检测人员控制整个检测过程。

如图4所示，本实施例中，检测系统200包括第一轨道梁侧面信息采集装置151、第二轨道梁侧面信息采集装置152和轨道梁走行面信息采集装置140。其中，第一轨道梁侧面信息采集装置151和第二轨道梁侧面信息采集装置152设置于所述悬挂侧厢320的连接支架上，第一轨道梁侧面信息采集装置151用于采集接触轨500上部的轨道梁图像信息，第二轨道梁侧面信息采集装置152用于采集接触轨500下部的轨道梁图像信息，所述轨道梁走行面信息采集装置140设置于所述车辆底盘上。

所述轨道梁信息采集装置(140、151、152)与所述主机210通信连接，所述轨道梁信息采集装置(140、151、152)将采集到的各图像信息传输至所述主机210，由主机210进行汇总分析，获取相应的轨道梁检测结果。

轨道梁信息采集装置100中的线阵相机120在采集轨道梁图像时，需要等间距拍摄采集，在巡检车辆300相对跨座式单轨轨道匀速行进的情形下，可以将线阵相机120设置为按一定的频率进行采样。但是，现实中，由于突发因素较多，巡检车辆300相对跨座式单轨轨道运动时可能无法保持匀速，所以，线阵相机120按一定的频率进行采样也可能不是等间距的。

如图5所示，为了解决巡检车辆300在非匀速行进情形下线阵相机120等间距拍摄采集的问题，所述巡检车辆300的底盘上还设有测速轮330，测速轮330随巡检车辆300行进同步转动，将光电编码器340安装在测速轮330轮轴上。光电编码器340是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器340输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。因此，当测速轮330轮轴转动时，带动光电编码器340的内轴同步转动，光电编码器340根据旋转角度等间距地输出信号给线阵相机120，使线阵相机120实现等间距图像采集。同时光电编码器340的输出信号还可以传输至所述主机，主机可以根据所述输出信号计算工程车运行里程，如果检测到轨道梁产生裂纹等缺陷时，对产生裂纹的轨道梁进行定位。

如图5所示，进一步地，所述巡检车辆300上还设有电感式接近开关350，所述电感式接近开关350设置于所述车身310的底盘上，用于探测金属指型板。

跨座式单轨轨道是由多段混凝土轨道梁连接而成的，轨道梁信息采集装置采集轨道梁图像时，可能会将两段混凝土轨道梁连接处的缝隙采集进图像中，从而使得主机210将连接处错误地识别为裂缝。由于两段轨道梁之间是利用金属指型板进行连接的，所以，为了避免上述错误发生，可在车身310的底盘上设置电感式接近开关350对金属指型板进行探测。电感式接近开关350由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场，当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到对金属指型板非接触式检测的目的。当电感式接近开关350探测到金属指型板后，向主机210发送信号，使主机210得以识别出金属指型板所在的位置，并在轨道梁图像中剔除指型板图像或控制轨道梁信息采集装置在金属指型板所在位置不进行图像采集，从而避免错误地将轨道梁连接处识别为裂缝。

在外界环境光线不佳的情形下，轨道梁信息采集装置100需要补光以获取质量更好的图像，因此，在轨道梁信息采集装置100附近还设置有线光源360，用于为轨道梁信息采集100装置补光。所述线光源360的安装位置不做具体限定，只要能实现补光功能都是可以接受的。

实施例四

如图6所示，一种轨道梁检测方法，通过所述轨道梁检测系统，获取轨道梁裂纹信息，包括以下步骤：

S10，轨道梁信息采集装置分别获取轨道梁走行面、轨道梁侧面接触轨以上部分和轨道梁侧面接触轨以下部分的表面图像信息，并将所述表面图像信息传输至主机；

S20，所述主机获取所述图像信息后，通过裂纹识别算法从图像中识别是否存在裂纹；

S30，若图像中存在裂纹，分析获取裂纹分布情况和发展趋势信息。

所述裂纹识别算法具体包括：步骤9A，建立CNN卷积神经网络模型，所述模型包括输入层、隐含层、输出层；步骤9B，对CNN卷积神经网络模型进行训练，将大量经过人工标注了裂纹信息的样本图像输入所述CNN卷积神经网络模型，将标注结果作为期望输出；步骤9C，将所述主机获取的图像信息输入训练好的CNN卷积神经网络模型，输出图像裂纹识别结果以及裂纹信息。

所述分析获取裂纹信息的具体方法为：建立数据库，将不同时间对同一段轨道梁的裂纹检测数据存储至所述数据库中，通过比较不同时间获取的检测数据，分析裂纹分布情况和发展趋势等信息。

所述检测方法还包括：S40，所述主机接收光电编码器发出的脉冲信号，若图像中存在裂纹时，所述主机以所述脉冲信号为依据计算巡检车辆运行里程，从而对裂纹位置进行定位。

本实施例中所述的轨道梁检测方法，采用机器学习的算法识别裂纹，能够根据轨道梁信息采集装置采集到的轨道梁表面图像信息，得出全面的轨道梁检测结果，检测精度高、实时性好。

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)

1.一种用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，所述跨座式单轨巡检车辆包括车身、与车身连接的悬挂侧厢及底盘，所述底盘上设有行走机构，其特征在于，所述轨道梁检测系统包括：

设置于所述车身内的主机；

设置于所述底盘和悬挂侧厢与轨道相对一侧的轨道梁信息采集装置，所述轨道梁信息采集装置将采集到的轨道梁表面图像信息传输至所述主机，所述主机对所述轨道梁表面图像信息进行处理分析，获取轨道梁裂纹信息。

2.如权利要求1所述的用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，其特征在于，设置于所述悬挂侧厢上的轨道梁信息采集装置包括第一轨道梁侧面信息采集装置和第二轨道梁侧面信息采集装置，所述第一轨道梁侧面信息采集装置用于采集轨道梁侧面接触轨以上部分的表面图像信息，所述第二轨道梁侧面信息采集装置用于采集轨道梁侧面接触轨以下部分的表面图像信息。

3.如权利要求1或2所述的用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，其特征在于，所述轨道梁信息采集装置具有外壳，所述外壳内部固定设置线阵相机，所述外壳壳体上设有视窗，所述线阵相机通过所述视窗采集轨道梁表面图像信息。

4.如权利要求3所述的用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，其特征在于，所述视窗外侧连接有遮光檐，所述遮光檐具有向外突出的扁平开孔，所述线阵相机通过所述扁平开孔采集轨道梁表面图像信息。

5.如权利要求4所述的用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，其特征在于，还包括测速轮和光电编码器，所述测速轮设置于所述底盘上，所述光电编码器根据所述测速轮轮轴转动等间距地向所述线阵相机输出脉冲信号，控制所述线阵相机等间距进行图像采集。

6.如权利要求4所述的用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，其特征在于，还包括电感式接近开关，所述电感式接近开关设置于所述底盘上，用于探测金属指型板。

7.如权利要求1所述的用于跨座式单轨巡检车辆的轨道梁检测系统，其特征在于，还包括光源，用于为所述轨道梁信息采集装置补光。

8.一种轨道梁检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10，轨道梁信息采集装置分别获取轨道梁走行面、轨道梁侧面接触轨以上部分和轨道梁侧面接触轨以下部分的表面图像信息，并将所述表面图像信息传输至主机；

S20，所述主机获取所述表面图像信息后，通过裂纹识别算法从图像中识别是否存在裂纹；

S30，若图像中存在裂纹，分析获取分布情况和发展趋势信息，具体方法为：建立数据库，将不同时间对同一段轨道梁的裂纹检测数据存储至所述数据库中，通过比较不同时间获取的检测数据，分析裂纹分布情况和发展趋势信息。

9.如权利要求8所述的轨道梁检测方法，其特征在于，S20中所述裂纹识别算法具体包括：

步骤9A，建立CNN卷积神经网络模型，所述模型包括输入层、隐含层、输出层；

步骤9B，对CNN卷积神经网络模型进行训练，将大量经过人工标注了裂纹信息的样本图像输入所述CNN卷积神经网络模型，将标注结果作为期望输出；

步骤9C，将所述主机获取的图像信息输入训练好的CNN卷积神经网络模型，输出图像裂纹识别结果以及裂纹信息。

10.如权利要求8或9所述的轨道梁检测方法，其特征在于，还包括S40，所述主机接收光电编码器发出的脉冲信号，若图像中存在裂纹时，所述主机以所述脉冲信号为依据计算巡检车辆运行里程，从而对裂纹位置进行定位。

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