CN112813748A - 一种智能铺轨车的滚筒放置方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能铺轨车的滚筒放置方法与系统，涉及轨道交通领域，包括步骤获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线，根据实时激光扫描曲线获取其Y轴和Z轴平面上的轮廓曲线，并根据轮廓曲线获取轨枕中心点坐标，以两个轨枕中心点坐标的均值作为滚筒放置点并放置滚筒。本发明通过在智能铺轨车行进时通过轮廓点的采集和判断轨枕的中点，根据前后轨枕中点的坐标均值来求得滚筒放置坐标，并在数据处理过程中充分考虑到偏差量，使得智能铺轨车能够在行进过程中将滚筒精确的放置在轨枕相应位置上，实现了机械智能化操作，作业范围广，工作强度高，提高了作业效率。

Description

一种智能铺轨车的滚筒放置方法与系统
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种智能铺轨车的滚筒放置方法与系统。
背景技术
轨道交通作为一种有着悠久历史的出行方式，自打发明并投入使用以后，就凭借其运力大、行程远、安全性高而成为人类最主要的交通运输和出行装备，而轨道交通装备要实现正常运行首先就需要对其导向工具——轨道进行铺设。在早前通过人工进行轨道铺设的时候，钢轨在放置与轨枕上时是由人工进行方位校正，而随着智能铺轨技术的发展，现在钢轨更过是通过智能铺轨车从钢轨输送车上拖拽钢轨前端，并沿着轨道板前进，而在前进过程中，钢轨通过滚筒架设在轨枕上，由滚筒起到导向和固定的作用，避免钢轨在移动过程中与轨枕直接摩擦，在钢轨全部通过滚筒铺设在轨枕上后由滚筒回收车将滚筒回收并将钢轨下放至轨枕上。而如何在智能铺轨车进行过程中将滚筒准确的放置在轨枕中间就需要相应的技术予以解决。
发明内容
为了解决上述问题，使得智能铺轨车在行进过程中能够准确的将滚筒放置在轨枕中间，本发明提出了一种智能铺轨车的滚筒放置方法，其以智能铺轨车行进方向为X轴，并在水平方向上与X轴垂直的Y轴上设有激光线束，垂直XY平面的方向为Z轴，包括步骤：
S1：获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线；
S2：根据实时激光扫描曲线获取其Y轴和Z轴平面上的轮廓曲线；
S3：对轮廓曲线中处于预设高度区间的轮廓点进行计数，并获取实时计数值以及对应坐标值；
S4：获取实时计数值满足预设阈值的连续轮廓曲线，并获取该连续轮廓曲线两端对应轨枕在X轴上的边缘坐标X1和X2；
S5：以坐标值X1和X2区间内轮廓点的坐标值均值作为当前轨枕中心坐标P1，并返回步骤S1获取下一轨枕中心坐标P2；
S6：根据当前轨枕中心坐标P1和下一轨枕中心坐标P2的均值获取滚筒放置点并放置滚筒。
进一步地，所述步骤S4中具体分为步骤：
S41：判断实时计数值是否大于预设阈值，若是，判断该轮廓曲线为轨枕并进入步骤S42，若否，则进入步骤S43；
S42：判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若是，返回步骤S1，若否，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X1，并进入步骤S5；
S43：判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若否，返回步骤S1，若是，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X2，并进入步骤S5。
进一步地，所述预设高度为以路基高度为基准的轨枕高度，所述预设阈值为激光扫描单个轨枕时对应的总计数值。
进一步地，所述步骤S2之后还包括步骤：
S21：对轮廓曲线进行滤波和振动补偿；
S22：判断轮廓曲线是否达到预设亮度，若是，保存该有效数据并进入下一步骤，若否，则删除该无效数据。
进一步地，所述步骤S6中，当获取滚筒放置点后，下一轨枕的坐标名P2替换为当前轨枕的坐标名P1。
本发明还提出了一种智能铺轨车的滚筒放置系统，其以智能铺轨车行进方向为X轴，并在水平方向上与X轴垂直的Y轴上设有激光线束，垂直XY平面的方向为Z轴，包括激光线阵、绘制单元、计数单元、截取单元和控制单元，其通过：
激光线阵获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线；
绘制单元根据实时激光扫描曲线获取其Y轴和Z轴平面上的轮廓曲线；
计数单元对轮廓曲线中处于预设高度区间的轮廓点进行计数，并获取实时计数值以及对应坐标值
截取单元获取实时计数值满足预设阈值的连续轮廓曲线，并获取该连续轮廓曲线两端对应轨枕在X轴上的边缘坐标X1和X2；
控制单元以坐标值X1和X2区间内轮廓点的坐标值均值作为当前轨枕中心坐标P1，以同理获得下一轨枕中心坐标P2，并根据当前轨枕中心坐标P1和下一轨枕中心坐标P2的均值获取滚筒放置点放置滚筒。
进一步地，还包括判断单元，所述判断单元还包括首端判断单元和末端判断单元，其中：
判断单元，用于判断实时计数值是否大于预设阈值，若是，判断该轮廓曲线为轨枕并切换至起始判断单元，若否，则切换至结束判断单元；
首端判断单元，用于判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若是，则判断该轮廓线在轨枕内，若否，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X1，并判断该轮廓线在连续轮廓线首端；
末端判断单元，用于判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若否，则判断该轮廓线在轨枕外，若是，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X2，并判断该轮廓线在连续轮廓线末端。
进一步地，所述预设高度为以路基高度为基准的轨枕高度，所述预设阈值为激光扫描单个轨枕时对应的总计数值。
进一步地，所述绘制单元中还包括预处理单元，
所述预处理单元用于对轮廓曲线进行滤波和振动补偿，并删除轮廓曲线未达到预设亮度的无效数据，保存有效数据。
进一步地，所述控制单元中还包括替换单元，
所述替换单元用于在获取滚筒放置点后，将下一轨枕的坐标名替换为当前轨枕的坐标名P1。
与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种智能铺轨车的滚筒放置方法与系统,通过在智能铺轨车行进时通过轮廓点的采集和判断轨枕的中点，根据前后轨枕中点的坐标均值来求得滚筒放置坐标，并在数据处理过程中充分考虑到偏差量，使得智能铺轨车能够在行进过程中将滚筒精确的放置在轨枕相应位置上；
(2)采用机械智能化操作，无需投入大量人力成本，即可实现在轨道铺设过程中将滚筒放置在准确的位置上，使得钢轨在与滚筒接触时，接触面能完整的落在滚筒上不发生偏差；
(3)机械化操作，不受天气情况影响，作业范围广，工作强度高，提高了作业效率。
附图说明
图1为一种智能铺轨车的滚筒放置方法的方法步骤图；
图2为一种智能铺轨车的滚筒放置系统的系统结构图；
图3为智能铺轨车示意图；
附图标记说明：1-导向轮、2-钢轨、3-轨道板、4-轨枕、5-轮胎、6-车身、7-滚筒、8-机械手。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
为了解决上文所述的问题，实现智能铺轨车在拖取钢轨并架设在滚筒上前，能够将滚筒准确的放置在两轨枕间的中心点上，如图1所示，本发明提出了一种智能铺轨车的滚筒放置方法，其以智能铺轨车行进方向为X轴，并在水平方向上与X轴垂直的Y轴上设有激光线束，垂直XY平面的方向为Z轴，包括步骤：
S1：获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线(通过固定于智能铺轨车上的激光相机扫描轨道平面获取)。
本实施例中仅以激光为例，以激光作为数据获取的媒介，亦可采用其它射线进行代替，利用光低延迟的特性提高数据采集的速度，从而保证数据的实时性。
S2：根据实时激光扫描曲线获取其Y轴和Z轴平面上的轮廓曲线；
S3：对轮廓曲线中处于预设高度区间的轮廓点进行计数，并获取实时计数值以及对应坐标值；
S4：获取实时计数值满足预设阈值的连续轮廓曲线，并获取该连续轮廓曲线两端对应轨枕在X轴上的边缘坐标X1和X2；
S5：以坐标值X1和X2区间内轮廓点的坐标值均值作为当前轨枕中心坐标P1，并返回步骤S1获取下一轨枕中心坐标P2；
S6：根据当前轨枕中心坐标P1和下一轨枕中心坐标P2的均值获取滚筒放置点并放置滚筒。
其中，所述预设高度为以路基高度为基准的轨枕高度，所述预设阈值为激光扫描单个轨枕时对应的总计数值。
因为滚筒的放置坐标是位于两个轨枕间的中心点上，所以可以先获取轨枕的中心点坐标，再通过求取中心点坐标的均值，即可得到滚筒的放置坐标。基于这一原理，本发明以边沿路基高度作为Z轴方向上的基准高度，那么显而易见的轨枕是高于路基的，首先获取Y轴和Z轴组成的平面上的轮廓曲线，那么轮廓曲线上高于轨枕高度的轮廓点即可判断为轨枕，而单个轨枕对应的激光扫描曲线为连续的轮廓曲线。因此，结合表1，只需获取连续轮廓曲线首端(首次扫描到轨枕前一轮廓曲线)对应X轴上的坐标X1，以及连续轮廓曲线末端(末次扫描到轨枕后一轮廓曲线)对应X轴上的坐标X2，而若是当前轮廓曲线和上一轮廓曲线均判断为轨枕，则可知该轮廓曲线对应的X轴位置在轨枕上，将坐标属于[X1，X2]区间内的轨枕轮廓点平均化，那么就得到了当前轨枕的中心点坐标P1，而后以相同的方法获取下一轨枕的中心点坐标P2，根据P1和P2获取均值即为滚筒放置坐标。
表1：判断扫描轨枕的步骤
上一时刻扫描到轨枕 当前扫描到轨枕 当前X轴位置判断
否 否 两轨枕之间
否 是 轨枕首端，记录起始X1
是 是 轨枕内
是 否 轨枕末端，记录结束X2
其中，步骤S4中对于轨枕两端(连续轮廓线两端)坐标的详细获取步骤细分为：
S41：判断实时计数值是否大于预设阈值，若是，判断该轮廓曲线为轨枕并进入步骤S42，若否，则进入步骤S43；
S42：判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若是，返回步骤S1，若否，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X1，并进入步骤S5；
S43：判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若否，返回步骤S1，若是，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X2，并进入步骤S5。
需要补充的是，在步骤S2中，获得轮廓线并不能直接使用，还需要进一步的处理，避免外界干扰因素导致的错误轮廓行啊被使用，具体包括：
S21：对轮廓曲线进行滤波和振动补偿；
S22：判断轮廓曲线是否达到预设亮度，若是，保存该有效数据并进入下一步骤，若否，则删除该无效数据。
同时，为了避免滚筒放置坐标数据的错乱，所述步骤S6中，当获取滚筒放置点后，下一轨枕的坐标名P2替换为当前轨枕的坐标名P1。
还要补充的是，在智能铺轨车开始运行前，还需要对整个系统进行初始化，避免残留数据对滚筒坐标确认的干扰，主要包括激光线阵中的编码器(用于将位移转换为周期性的电信号)的复位、控制单元与外部通讯的应答的重置与信息确认。同时若步骤S6中若接收到停止命令，则终止激光数据的采集。
实施例二
为了更好的对本发明的技术内容进行理解，本实施例通过系统结构组成的形式来对本发明进一步描述，如图2和图3所示，一种智能铺轨车的滚筒放置系统，以智能铺轨车行进方向为X轴，并在水平方向上与X轴垂直的Y轴上设有激光线束，垂直XY平面的方向为Z轴，包括激光线阵、绘制单元、计数单元、截取单元和控制单元，其通过：
激光线阵获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线；
绘制单元根据实时激光扫描曲线获取其Y轴和Z轴平面上的轮廓曲线；
计数单元对轮廓曲线中处于预设高度区间的轮廓点进行计数，并获取实时计数值以及对应坐标值
截取单元获取实时计数值满足预设阈值的连续轮廓曲线，并获取该连续轮廓曲线两端对应轨枕在X轴上的边缘坐标X1和X2；
控制单元以坐标值X1和X2区间内轮廓点的坐标值均值作为当前轨枕中心坐标P1，以同理获得下一轨枕中心坐标P2，并根据当前轨枕中心坐标P1和下一轨枕中心坐标P2的均值获取滚筒放置点放置滚筒。
进一步地，所述绘制单元中还包括预处理单元，
所述预处理单元用于对轮廓曲线进行滤波和振动补偿，并删除轮廓曲线未达到预设亮度的无效数据，保存有效数据。
进一步地，所述控制单元中还包括替换单元，
所述替换单元用于在获取滚筒放置点后，将下一轨枕的坐标名P2替换为当前轨枕的坐标名P1。
具体的，智能铺轨车在导向轮1与轮胎5的引导作用下沿轨道板3行进过程中，安装于车身6上的激光线阵获取实时激光扫描曲线，并通过绘制单元、技术单元、截取单元、控制单元最终获得滚筒7的放置坐标，通过机械手8将滚筒7放置于钢轨2铺设前方的两个轨枕4之间，在这过程中，智能铺轨车拽取钢轨2并将其铺设于以放置好的滚筒7上，钢轨2与滚筒7之间滚动摩擦。
综上所述，本发明所述的一种智能铺轨车的滚筒放置方法与系统,通过在智能铺轨车行进时对轮廓点进行采集和判断，获取轨枕的中心点坐标，然后根据前后轨枕中点的坐标均值来求得滚筒放置坐标，并在数据处理过程中充分考虑到偏差量，使得智能铺轨车能够在行进过程中将滚筒精确的放置在轨枕相应位置上。
采用机械智能化操作，无需投入大量人力成本，即可实现在轨道铺设过程中将滚筒放置在准确的位置上，使得钢轨在与滚筒接触时，接触面能完整的落在滚筒上不发生偏差。机械化操作，不受天气情况影响，作业范围广，工作强度高，提高了作业效率。
本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种智能铺轨车的滚筒放置方法，其特征在于，以智能铺轨车行进方向为X轴，并在水平方向上与X轴垂直的Y轴上设有激光线束，垂直XY平面的方向为Z轴，包括步骤：
S1：获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线；
S2：根据实时激光扫描曲线获取其Y轴和Z轴平面上的轮廓曲线；
S3：对轮廓曲线中处于预设高度区间的轮廓点进行计数，并获取实时计数值以及对应坐标值；
S4：获取实时计数值满足预设阈值的连续轮廓曲线，并获取该连续轮廓曲线两端对应轨枕在X轴上的边缘坐标X1和X2；
S5：以坐标值X1和X2区间内轮廓点的坐标值均值作为当前轨枕中心坐标P1，并返回步骤S1获取下一轨枕中心坐标P2；
S6：根据当前轨枕中心坐标P1和下一轨枕中心坐标P2的均值获取滚筒放置点并放置滚筒。
2.如权利要求1所述的一种智能铺轨车的滚筒放置方法，其特征在于，所述步骤S4中具体分为步骤：
S41：判断实时计数值是否大于预设阈值，若是，判断该轮廓曲线为轨枕并进入步骤S42，若否，则进入步骤S43；
S42：判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若是，返回步骤S1，若否，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X1，并进入步骤S5；
S43：判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若否，返回步骤S1，若是，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X2，并进入步骤S5。
3.如权利要求2所述的一种智能铺轨车的滚筒放置方法，其特征在于，所述预设高度为以路基高度为基准的轨枕高度，所述预设阈值为激光扫描单个轨枕时对应的总计数值。
4.如权利要求1所述的一种智能铺轨车的滚筒放置方法，其特征在于，所述步骤S2之后还包括步骤：
S21：对轮廓曲线进行滤波和振动补偿；
S22：判断轮廓曲线是否达到预设亮度，若是，保存该有效数据并进入下一步骤，若否，则删除该无效数据。
5.如权利要求1所述的一种智能铺轨车的滚筒放置方法，其特征在于，所述步骤S6中，当获取滚筒放置点后，下一轨枕的坐标名P2替换为当前轨枕的坐标名P1。
6.一种智能铺轨车的滚筒放置系统，其特征在于，以智能铺轨车行进方向为X轴，并在水平方向上与X轴垂直的Y轴上设有激光线束，垂直XY平面的方向为Z轴，包括激光线阵、绘制单元、计数单元、截取单元和控制单元，其通过：
激光线阵获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线；
绘制单元根据实时激光扫描曲线获取其Y轴和Z轴平面上的轮廓曲线；
计数单元对轮廓曲线中处于预设高度区间的轮廓点进行计数，并获取实时计数值以及对应坐标值
截取单元获取实时计数值满足预设阈值的连续轮廓曲线，并获取该连续轮廓曲线两端对应轨枕在X轴上的边缘坐标X1和X2；
控制单元以坐标值X1和X2区间内轮廓点的坐标值均值作为当前轨枕中心坐标P1，以同理获得下一轨枕中心坐标P2，并根据当前轨枕中心坐标P1和下一轨枕中心坐标P2的均值获取滚筒放置点放置滚筒。
7.如权利要求6所述的一种智能铺轨车的滚筒放置系统，其特征在于，还包括判断单元，所述判断单元还包括首端判断单元和末端判断单元，其中：
判断单元，用于判断实时计数值是否大于预设阈值，若是，判断该轮廓曲线为轨枕并切换至起始判断单元，若否，则切换至结束判断单元；
首端判断单元，用于判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若是，则判断该轮廓线在轨枕内，若否，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X1，并判断该轮廓线在连续轮廓线首端；
末端判断单元，用于判断上一轮廓曲线是否为轨枕，若否，则判断该轮廓线在轨枕外，若是，记录当前轮廓曲线的X轴坐标值X2，并判断该轮廓线在连续轮廓线末端。
8.如权利要求7所述的一种智能铺轨车的滚筒放置系统，其特征在于，所述预设高度为以路基高度为基准的轨枕高度，所述预设阈值为激光扫描单个轨枕时对应的总计数值。
9.如权利要求6所述的一种智能铺轨车的滚筒放置系统，其特征在于，所述绘制单元中还包括预处理单元，
所述预处理单元用于对轮廓曲线进行滤波和振动补偿，并删除轮廓曲线未达到预设亮度的无效数据，保存有效数据。
10.如权利要求6所述的一种智能铺轨车的滚筒放置方法，其特征在于，所述控制单元中还包括替换单元，
所述替换单元用于在获取滚筒放置点后，将下一轨枕的坐标名P2替换为当前轨枕的坐标名P1。
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