CN112817317A - 一种智能铺轨车的自动循迹方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能铺轨车的自动循迹方法与系统，涉及轨道交通领域，其主要包括步骤：获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线；截取最大跳变距离处的实时激光扫描曲线；判断最大跳变距离是否达到预设距离；获取最大跳变距离处的坐标信息并保存为轨道板轮廓曲线；获取满足预设跳变值的轨道板轮廓线的X轴Y轴坐标值；根据坐标值修正智能铺轨车的行进轨迹。本发明通过激光线阵获取智能铺轨车行进过程中轨道板两侧的坐标，并根据坐标值修正智能铺轨车的行进方向，使得行进方向与轨道铺设方向始终保持一致，大大提高了铺轨的精确度，采用铺轨车智能化自动铺轨，无需投入大量人力资源即可实现铺轨作业。
Description
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自动循迹方法与系统。
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。轨道的人工铺设经过多年的实践与改进，各方各面都已经非常成熟可靠，但是随着轨道技术和其它领域技术的不断推进，尤其是近几年来高速列车的推广与运用，使得轨道列车对于轨道的要求日益提高。我国的高速轨道列车已经投入使用十多年，而早先铺设的轨道已经无法满足日益提速的高速列车。车速的提高势必需要更加精艺的轨道铺接，那么如果采用人工铺设轨道，势必会增加人力成本和工时成本，而如果能有一种智能的、全自动的轨道铺设设备，同时能够满足高速轨道铺设精度要求，那么将会大大节省人力和工时成本。
发明内容
为解决上述问题，使得轨道铺设能用智能设备代替人工，本发明提出了一种智能铺轨车的自动循迹方法，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：截取最大跳变距离处的实时激光扫描曲线；
S3：判断最大跳变距离是否达到预设距离，若是，判断扫描到轨道板，并进入下一步骤，若否，返回步骤S1；
S4：获取最大跳变距离处的坐标信息并保存为轨道板轮廓曲线；
S5：获取满足预设跳变值的轨道板轮廓线的X轴Y轴坐标值；
S6：根据坐标值修正智能铺轨车的行进轨迹。
进一步地，所述预设距离为轨道板高度，所述预设跳变值包括跳变前高度的极值、跳变后高度的极值以及跳变前后差值的极值。
进一步地，所述步骤S3之后还包括步骤：
S31：判断最大跳变距离处的激光扫描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S4之后还包括步骤：
S41：对轨道板轮廓曲线进行滤波和振动补偿；
S42：判断预设组数的有效数据的轨道板轮廓曲线是否满足预设跳变值，若是，进入下一步骤,若否，判断下一预设组数的有效数据。
进一步地，所述步骤S5之后还包括步骤：
S51：根据坐标值绘制实时循迹图像。
本发明还提出了一种智能铺轨车的自动循迹系统，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、判断单元、绘制单元和控制单元，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，并截取其中的最大跳变距离；
判断单元判断最大跳变距离是否达到预设距离，并将达到预设距离的最大跳变距离处的实时激光扫描曲线反馈给绘制单元；
绘制单元保存反馈得到的实时激光曲线的坐标值并绘制轨道板轮廓线；
控制单元获取满足预设跳变值的轨道板轮廓线的X轴和Y轴的坐标值，并通过坐标值控制智能铺轨车修正行进轨迹。
进一步地，所述预设距离为轨道板高度，所述预设跳变值包括跳变前高度的极值、跳变后高度的极值以及跳变前后差值的极值。
进一步地，所述判断单元还用于
判断最大跳变距离处的激光扫描曲线是否达到预设亮度，若是，保存该有效数据，若否，则删除该无效数据；
判断预设组数的有效数据的轨道板轮廓曲线是否满足预设跳变值，若否，则判断下一预设组数的有效数据。
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轨道板轮廓曲线进行滤波和振动补偿。
进一步地，所述绘制单元还用于根据坐标值绘制实时循迹图像。
与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
(1)本发明提出的一种智能铺轨车的自动循迹方法与系统，通过激光线阵获取智能铺轨车行进过程中轨道板两侧的坐标，并根据坐标值修正智能铺轨车的行进方向，使得行进方向与轨道铺设方向始终保持一致，大大提高了铺轨的精确度；
(2)采用铺轨车智能化自动铺轨，无需投入大量人力资源即可实现铺轨作业，同时可以适当无视天气影响，可在低烈度天气中保持作业效率；
(3)机械化智能化操作，相较于人力施工，作业范围大，作业时长可控。
附图说明
图1为一种智能铺轨车的自动循迹方法的方法步骤图；
图2为一种智能铺轨车的自动循迹系统的系统结构图；
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。
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
为了解决前文所述的问题，使得轨道铺设能用智能设备代替人工，提高高速轨道的铺设效率，如图1所示，本发明提出了一种智能铺轨车的自动循迹方法，本实施例中，为了便于激光测量数据的采集以及定位，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，具体包括步骤：
S1：获取智能铺轨车行进过程中的实时激光扫描曲线。
光速在已知物理量中是最快的，因此采用激光射线(由放置于智能铺轨车上的相机发射,并扫描轨道平面)作为测量媒介无疑会降低系统的整体延迟，从而使得智能铺轨车在得到的轨迹修正信息更加具有实时性，当然，此处也可以用其它光射线代替激光射线。
S2：截取最大跳变距离处的实时激光扫描曲线；
S3：判断最大跳变距离是否达到预设距离，若是，判断扫描到轨道板，并进入下一步骤，若否，返回步骤S1；
S4：获取最大跳变距离处的坐标信息并保存为轨道板轮廓曲线。
本实施之所以截取的是最大跳变距离处的实时激光扫描曲线而不是其它部位，并以最大跳变距离处的实时激光扫描曲线展开本发明的最主要的内容，结合图3可知：
当智能铺轨车前进时，智能铺轨车通过导向轮1沿钢轨2铺设方向行进，而轨道板3和轨枕4是早已铺设好且校验过的，那么大可以通过轨道板3或轨枕4作为衡量智能铺轨车行进线路自动循迹的标准。而由轨道板3侧面横截面形状可知，当镭射光线扫描至轨道板3侧面边缘时，激光线阵接收到的反射光线会产生一次跳变。可以根据轨3道板高度设定预设跳变值。通过对满足预设跳变值的最大跳变距离处的实时激光扫描射线的获取，得到相应的坐标值并保存，那么就可以获得初步的轨道板轮廓线。
S5：获取满足预设跳变值的轨道板轮廓线的X轴Y轴坐标值；
S6：根据坐标值修正智能铺轨车的行进轨迹。
其中，所述预设距离为轨道板高度，所述预设跳变值包括跳变前高度的极值、跳变后高度的极值以及跳变前后差值的极值。
本实施例中之所以设置预设跳变值的各参数极值(包括最大、最小极值)，是考虑到各种外界因素以及内部因素影响下，可能导致的对最大跳变高度处实时激光扫描射线的判定失误，如：轨道板上存在砂砾，那么轮胎5在碾过砂砾的过程中，车身6高度改变势必会对安装在车身6上的激光线阵的数据采集造成影响；又如车身6抖动，加之长期使用导致的激光线阵的松动，那么在智能铺轨车运行过程中，激光线阵随之抖动也会造成数据采集的偏差。而对预设跳变值各参数设定上下极值，那么就可以避免数据采集错误导致的信息误判和数据丢失。
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，避免残留数据对自动循迹的干扰，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之后接收到停止命令，则终止激光数据的采集。
为了进一步提高采集到的反射光线的准确性，在步骤S3之后还包括步骤：
S31：判断最大跳变距离处的激光扫描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。
通过对采集到的反射光线的亮度做出限定，避免外界其它光线可能对采集数据的影响。
而在步骤S4之后，还包括步骤：
S41：对轨道板轮廓曲线进行滤波和振动补偿；
S42：判断预设组数的有效数据的轨道板轮廓曲线是否满足预设跳变值，若是，进入下一步骤,若否，判断下一预设组数的有效数据。
本实施例步骤S41中还增加了对轨道板轮廓线的图像预处理，是为了使获得的轨道板轮廓线更加清晰。而在步骤S42中，对预设组数(本实施例中以20个数据组为一组)的有效数据依次判断，当筛选出满足要求的跳变后，依照步骤S5所述找寻该位置的X轴和Y轴坐标，而后根据坐标值信息绘制随时间变化的曲线。在此基础上将实时数据发送给智能铺轨车，通过预设的数据模型，利用PID算法对智能铺轨车的行进方向进行修正。
进一步地，所述步骤S5之后还包括步骤：
S51：根据坐标值绘制实时循迹图像。
上述所述均为通过扫描轨道板的侧面变现循迹的方法，若是换成扫描轨枕4的边线，则可以减少相应相机的布置数量，但由反射光线得到的轨枕变化曲线并不是连续的。扫描轨枕4上升沿与扫描轨道板3边缘有两处不同，首先是激光相机的位置，需要交错布置两个相机，其位置的相隔为半个轨枕之间的距离。这样一来，左侧的相机扫描完毕，右侧的相机可以紧随着扫描。此外，处理反射光线形成的电信号时，左侧的轨枕用上升沿触发，右侧的轨枕用下降沿触发，也就是说，左侧先检测到最小值，再检测到最大值，右侧反之，这样就可以截取到对应轨枕边缘的Y值和Z值。
实施例二
为了更好的对本发明的技术内容进行描述，本实施例通过系统结构的形式进一步阐述，如图2所示，一种智能铺轨车的自动循迹系统，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、判断单元、绘制单元和控制单元，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，并截取其中的最大跳变距离；
判断单元判断最大跳变距离是否达到预设距离，并将达到预设距离的最大跳变距离处的实时激光扫描曲线反馈给绘制单元；
绘制单元保存反馈得到的实时激光曲线的坐标值并绘制轨道板轮廓线；
控制单元获取满足预设跳变值的轨道板轮廓线的X轴和Y轴的坐标值，并通过坐标值控制智能铺轨车修正行进轨迹。
进一步地，所述预设距离为轨道板高度，所述预设跳变值包括跳变前高度的极值、跳变后高度的极值以及跳变前后差值的极值。
进一步地，所述判断单元还用于
判断最大跳变距离处的激光扫描曲线是否达到预设亮度，若是，保存该有效数据，若否，则删除该无效数据；
判断预设组数的有效数据的轨道板轮廓曲线是否满足预设跳变值，若否，则判断下一预设组数的有效数据。
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轨道板轮廓曲线进行滤波和振动补偿。
进一步地，所述绘制单元还用于根据坐标值绘制实时循迹图像。
综上所述，本发明提出的一种智能铺轨车的自动循迹方法与系统，通过激光线阵获取智能铺轨车行进过程中轨道板两侧的坐标，并根据坐标值修正智能铺轨车的行进方向，使得行进方向与轨道铺设方向始终保持一致，大大提高了铺轨的精确度；
采用铺轨车智能化自动铺轨，无需投入大量人力资源即可实现铺轨作业，同时可以适当无视天气影响，可在低烈度天气中保持作业效率。机械化智能化的操作，相较于人力施工，作业范围大，作业时长可控。
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自动循迹方法，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：截取最大跳变距离处的实时激光扫描曲线；
S3：判断最大跳变距离是否达到预设距离，若是，判断扫描到轨道板，并进入下一步骤，若否，返回步骤S1；
S4：获取最大跳变距离处的坐标信息并保存为轨道板轮廓曲线；
S5：获取满足预设跳变值的轨道板轮廓线的X轴Y轴坐标值；
S6：根据坐标值修正智能铺轨车的行进轨迹。
2.如权利要求1所述的一种智能铺轨车的自动循迹方法，其特征在于，所述预设距离为轨道板高度，所述预设跳变值包括跳变前高度的极值、跳变后高度的极值以及跳变前后差值的极值。
3.如权利要求1所述的一种智能铺轨车的自动循迹方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括步骤：
S31：判断最大跳变距离处的激光扫描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。
4.如权利要求1所述的一种智能铺轨车的自动循迹方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括步骤：
S41：对轨道板轮廓曲线进行滤波和振动补偿；
S42：判断预设组数的有效数据的轨道板轮廓曲线是否满足预设跳变值，若是，进入下一步骤,若否，判断下一预设组数的有效数据。
5.如权利要求1所述的一种智能铺轨车的自动循迹方法，其特征在于，所述步骤S5之后还包括步骤：
S51：根据坐标值绘制实时循迹图像。
6.一种智能铺轨车的自动循迹系统，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、判断单元、绘制单元和控制单元，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，并截取其中的最大跳变距离；
判断单元判断最大跳变距离是否达到预设距离，并将达到预设距离的最大跳变距离处的实时激光扫描曲线反馈给绘制单元；
绘制单元保存反馈得到的实时激光曲线的坐标值并绘制轨道板轮廓线；
控制单元获取满足预设跳变值的轨道板轮廓线的X轴和Y轴的坐标值，并通过坐标值控制智能铺轨车修正行进轨迹。
7.如权利要求6所述的一种智能铺轨车的自动循迹系统，其特征在于，所述预设距离为轨道板高度，所述预设跳变值包括跳变前高度的极值、跳变后高度的极值以及跳变前后差值的极值。
8.如权利要求6所述的一种智能铺轨车的自动循迹系统，其特征在于，所述判断单元还用于
判断最大跳变距离处的激光扫描曲线是否达到预设亮度，若是，保存该有效数据，若否，则删除该无效数据；
判断预设组数的有效数据的轨道板轮廓曲线是否满足预设跳变值，若否，则判断下一预设组数的有效数据。
9.如权利要求6所述的一种智能铺轨车的自动循迹系统，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轨道板轮廓曲线进行滤波和振动补偿。
10.如权利要求6所述的一种智能铺轨车的自动循迹系统，其特征在于，所述绘制单元还用于根据坐标值绘制实时循迹图像。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210518 |