CN113091671B - 一种用于单轨列车自动检测的智慧梁体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于单轨列车自动检测的智慧梁体，包括中空的金属梁体和所述金属梁体表面设置的多个由镂空部构成的检测孔，所述金属梁体上设置有用于检测车体行进状态的第一检测单元，所述金属梁体内部设置有用于检测走行轮参数的第二检测单元、用于检测水平轮参数的第三检测单元和电气控制单元，所述第一检测单元、所述第二检测单元和所述第三检测单元均与所述电气控制单元电气连接。本发明通过使用中空的金属梁体作为轨道梁，并通过在金属梁体内设置多种检测装置，实现了在列车运行时，列车底部状态的实时检测，有效地提升了单轨列车交通系统的安全性，降低人工对单轨列车的检修工作量。

Description

一种用于单轨列车自动检测的智慧梁体

技术领域

本发明涉及轨道车辆检测技术领域，具体涉及一种用于单轨列车自动检测的智慧梁体。

背景技术

单轨铁路是铁路的一种，特点是使用的轨道只有一条，而非传统铁路的两条平衡路轨。单轨铁路主要分成两类：悬挂式单轨铁路，悬挂式单轨铁路的列车悬挂在轨道之下；另一种较为常见的是跨座式单轨铁路，列车跨座在路轨之上，两旁盖过路轨。

以跨座式单轨铁路为例，跨座式单轨属于中等运量轨道交通系统，其特点是适应性强、噪声低、转弯半径小、爬坡能力强，能更好适应复杂的地形地貌环境。跨座式单轨在建设过程中投资少、周期短，智能环保、适用性强，其高架桥桥墩宽度平均不到2米，桥墩占地宽度比其它高架轨道交通节省近一半，在城市道路中央或道路两旁的绿化带即可立柱，占地面积小、遮挡少、选线灵活、对现有城市道路的交通干扰很轻微。

目前，跨座式单轨交通系统对于列车的检测方法通常为在列车驶入车场线后通过外部设备进行静态检测，该种检测方法无法及时发现列车在行驶过程中出现的缺陷问题，降低了跨座式单轨交通系统的整体安全性。

综上所述，现有的单轨列车交通系统存在安全性较低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供用于单轨列车自动检测的智慧梁体，通过改进梁体结构，解决了现有的单轨列车交通系统存在安全性较低的问题

为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种用于单轨列车关键参数自动检测的智慧梁体，其特征在于，包括中空的金属梁体和所述金属梁体表面设置的多个由镂空部构成的检测孔，所述金属梁体上设置有用于检测车体行进状态的第一检测单元，所述金属梁体内部设置有用于检测走行轮参数的第二检测单元、用于检测水平轮参数的第三检测单元和电气控制单元，所述第一检测单元、所述第二检测单元和所述第三检测单元均与所述电气控制单元电气连接，其中，在所述第一检测单元检测到单轨列车驶入并生成第一调制信号传输至所述电气控制单元的情况下，所述电气控制单元控制所述第二检测单元和所述第三检测单元启动检测；在所述第一检测单元检测到单轨列车驶离并生成第二调制信号并传输至所述电气控制单元的情况下，所述电气控制单元控制所述第二检测单元和所述第三检测单元停止检测。

可选地，所述第一检测单元为压电传感器，所述压电传感器设置于所述金属梁体上表面；或所述第一检测单元为光电传感器，所述光电传感器设置于所述金属梁体一侧；或所述第一检测单元为超声波传感器，所述超声波传感器设置于所述金属梁体内部。

可选地，所述第二检测单元包括走行轮踏面检测单元和走行轮尺寸检测单元，其中，所述走行轮踏面检测单元由包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，所述线阵成像组件通过设置于所述金属梁体上表面的所述检测孔采集所述走行轮踏面完整图像数据并传输至所述电气控制单元，所述走行轮尺寸检测单元由面阵相机和线光源构成，所述线光源的出射光通过设置于所述金属梁体上表面的所述检测孔照射于所述走行轮踏面，所述面阵相机通过设置于所述金属梁体上表面的所述检测孔采集所述走行轮外形尺寸数据并传输至所述电气控制单元。

可选地，所述第三检测单元包括水平轮踏面检测单元和水平轮尺寸检测单元，其中，所述水平轮踏面检测单元由包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，所述线阵成像组件通过设置于所述金属梁体侧面的所述检测孔采集所述水平轮踏面完整图像数据并传输至所述电气控制单元，所述水平轮尺寸检测单元由面阵相机和线光源构成，所述线光源的出射光通过设置于所述金属梁体侧面的所述检测孔照射于所述水平轮踏面，所述面阵相机通过设置于所述金属梁体侧面的所述检测孔采集所述水平轮外形尺寸数据并传输至所述电气控制单元。

可选地，所述智慧金属梁体还包括车号识别单元，所述车号识别单元为读取天线或图像采集装置，其中，在所述车号识别单元为读取天线时，所述读取天线设置于所述金属梁体内部，所述读取天线通过设置于所述金属梁体上表面的所述检测孔出射电磁波以读取设置于所述车体底部的包含单轨列车信息的电子标签；在所述车号识别单元为图像采集装置时，所述图像采集装置设置于所述金属梁体一侧，所述图像采集装置采集包含所述单轨列车编号的图像信息并传输至所述电气控制单元。

可选地，所述智慧金属梁体还包括用于集电靴检测的第四检测单元，所述第四检测单元包括用于检测集电靴侧面图像的轮廓检测单元和用于检测集电靴正面图像的表面检测单元。

可选地，所述轮廓检测单元包括面阵相机和多线激光装置，在所述多线激光装置的出射激光照射于所述集电靴侧面时，所述面阵相机采集所述集电靴的侧面图像并传输至所述电气控制单元。

可选地，所述表面检测单元由包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，在所述线光源的出射光通过所述接触网的隔断部照射于所述集电靴正面时，所述线阵相机采集所述集电靴的正面图像并传输至所述电气控制单元。

可选地，所述电气控制单元包括数据处理单元、温度调节单元、电源分配单元、网络通信单元和外部接口。

可选地，所述电气控制单元接收采集数据后，所述数据处理单元分析所述采集数据生成包含单轨列车信息的检测报告，并将所述检测报告通过所述网络通信单元传输至外界终端。

本发明的首要改进之处为提供的用于单轨列车自动检测的智慧梁体，通过使用中空的金属梁体作为轨道梁，并通过在金属梁体内设置多种检测装置，实现了在列车运行时，列车底部状态的实时检测，有效地提升了单轨列车交通系统的安全性，降低人工对单轨列车的检修工作量。

附图说明

图1是本发明的俯视视角下的用于单轨列车自动检测的智慧梁体的简化结构连接图；

图2是本发明的侧视视角下的走行轮踏面检测单元的简化结构连接图；

图3是本发明的侧视视角下的走行轮尺寸检测单元的简化结构连接图；

图4是本发明的侧视视角下的轮廓检测单元的简化结构连接图；和

图5是本发明的侧视视角下的表面检测单元的简化结构连接图。

具体实施方式

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，一种用于单轨列车自动检测的智慧梁体，包括中空的金属梁体1和所述金属梁体1表面设置的多个由镂空部构成的检测孔，所述金属梁体1上设置有用于检测车体行进状态的第一检测单元11，所述金属梁体1内部设置有用于检测走行轮参数的第二检测单元12、用于检测水平轮参数的第三检测单元13和电气控制单元2，所述第一检测单元11、所述第二检测单元12和所述第三检测单元13均与所述电气控制单元2电气连接，其中，在所述第一检测单元11检测到单轨列车驶入并生成第一调制信号传输至所述电气控制单元2的情况下，所述电气控制单元2控制所述第二检测单元12和所述第三检测单元13启动检测；在所述第一检测单元11检测到单轨列车驶离并生成第二调制信号并传输至所述电气控制单元2的情况下，所述电气控制单元2控制所述第二检测单元12和所述第三检测单元13停止检测。其中，所述金属梁体1可以由合金钢构成或其他种类合金构成，本申请不对构成金属梁体1的材料具体限定；所述金属梁体1的上表面为：与列车走行轮接触的表面；所述金属梁体1的下表面可以设置有用于检修的系统检修门。具体的，所述电气控制单元2包括数据处理单元、温度调节单元、电源分配单元、网络通信单元和外部接口。所述电气控制单元2接收采集数据后，所述数据处理单元分析所述采集数据生成包含单轨列车信息的检测报告，并将所述检测报告通过所述网络通信单元传输至外界终端。其中，温度调节装置可以是工业空调；电源分配电源由包含连接外部电源的配电箱、UPS、可控的电源分配器等构成；网络通信单元可以由交换机、实现与远程单元的无线通信的无线AP、实现利用公网的通信的4G/5G网关等单元构成。

本发明通过使用中空的金属梁体作为轨道梁，并通过在金属梁体内设置多种检测装置，实现了在列车运行时，列车底部状态的实时检测，有效地提升了单轨列车交通系统的安全性，降低人工对单轨列车的检修工作量。本发明的基础发明构思为在梁体内部进行模块化的检测单元的设置，以实现列车底部的关键参数检测，本发明的检测功能不限于上述记载的第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元所实现的检测功能，例如：在金属梁体1内部还可以设置有用于采集车底全景图像的检测单元，数据处理单元能够基于图像并结合深度学习技术再进行关键部件的定位，对定位到的部件进行特征分析，判断该部件是否处于异常状态，从而实现车底结构的整体检测，例如：走行部。

进一步的，所述第一检测单元11的数量为两个，分别设置于所述金属梁体1的两端，其中：在所述第一检测单元11为压电传感器时，所述压电传感器设置于所述金属梁体1上表面；在所述第一检测单元11为光电传感器时，所述光电传感器设置于所述金属梁体1一侧；在所述第一检测单元11为超声波传感器时，所述超声波传感器设置于所述金属梁体1内部。具体的，设置于金属梁体1起始端的压电传感器可在列车到来时生成经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出，并生成第一调制信号传输至所述电气控制单元2，同样的，设置于金属梁体1终止端的压电传感器可在列车驶离时生成经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出，并生成第二调制信号传输至所述电气控制单元2；设置于金属梁体1起始端的光电传感器可基于列车到来时产生的光强变化生成第一调制信号传输至所述电气控制单元2，同样的，设置于金属梁体1终止端的光电传感器可基于列车驶离时产生的光强变化生成第二调制信号传输至所述电气控制单元2；设置于金属梁体1起始端的超声波传感器可基于列车到来时产生的反射回波生成第一调制信号传输至所述电气控制单元2，同样的，设置于金属梁体1终止端的超声波传感器可基于列车驶离时产生的反射回波生成第二调制信号传输至所述电气控制单元2。

进一步的，所述第二检测单元12包括走行轮踏面检测单元121和走行轮尺寸检测单元122，其中，如图2所示，所述走行轮踏面检测单元121由多个包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，所述线阵成像组件通过设置于所述金属梁体1上表面的所述检测孔采集所述走行轮踏面完整图像数据并传输至所述电气控制单元2。其中，多个具有线光源的线阵相机等间距设置，利用车轮在钢梁上滚动的特性，走行轮踏面检测单元可以完成对车轮踏面完整图像的采集，在所述走行轮踏面完整图像数据传输至所述电气控制单元后，所述数据处理单元能够基于yolov3等神经网络架构下的目标检测算法从图像中定位掉块、鼓包、裂纹、异物等特征点，进而实现对车轮踏面的缺陷监测。本发明不对线阵相机的数量作具体限定。

更进一步的，如图3所示，所述走行轮尺寸检测单元122由面阵相机和线光源构成，所述线光源的出射光通过设置于所述金属梁体1上表面的所述检测孔照射于所述走行轮踏面，所述面阵相机通过设置于所述金属梁体1上表面的所述检测孔采集所述走行轮外形尺寸数据并传输至所述电气控制单元2。其中，所述走行轮尺寸检测单元122通过采用光截法，将线光源构成的结构光源投射到走行轮的踏面上，使用一台与结构光呈一定角度的面阵相机拍摄结构光图像，可以获取踏面外形曲线，进一步通过数据处理单元对外形曲线组进行分析，获取走行轮的磨耗、偏磨、直径等外形尺寸信息。

进一步的，所述第三检测单元13包括水平轮踏面检测单元131和水平轮尺寸检测单元132，其中，所述水平轮踏面检测单元131由多个包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，所述线阵成像组件通过设置于所述金属梁体1侧面的所述检测孔采集所述水平轮踏面完整图像数据并传输至所述电气控制单元2，所述水平轮尺寸检测单元132由面阵相机和线光源构成，所述线光源的出射光通过设置于所述金属梁体1侧面的所述检测孔照射于所述水平轮踏面，所述面阵相机通过设置于所述金属梁体1侧面的所述检测孔采集所述水平轮外形尺寸数据并传输至所述电气控制单元2。具体的，所述水平轮踏面检测单元131与走行轮踏面检测单元121的工作原理相同，因此不再赘述。所述水平轮尺寸检测单元132和走行轮尺寸检测单元122的工作方式相同，因此不再赘述。

进一步的，所述智慧梁体还包括车号识别单元3，所述车号识别单元3为读取天线或图像采集装置，其中，在所述车号识别单元3为读取天线时，所述读取天线设置于所述金属梁体1内部，所述读取天线通过设置于所述金属梁体1上表面的所述检测孔出射电磁波以读取设置于所述车体底部的包含单轨列车信息的电子标签；在所述车号识别单元3为图像采集装置时，所述图像采集装置设置于所述金属梁体1一侧，所述图像采集装置采集包含所述单轨列车编号的图像信息并传输至所述电气控制单元2。其中，所述车号识别单元3与所述电气控制单元2电气连接。

进一步的，所述智慧梁体还包括用于集电靴检测的第四检测单元14，所述第四检测单元14包括用于检测集电靴侧面图像的轮廓检测单元141和用于检测集电靴正面图像的表面检测单元142。其中，如图4所示，所述轮廓检测单元141包括面阵相机和多线激光装置，在所述多线激光装置的出射激光照射于所述集电靴侧面时，所述面阵相机采集所述集电靴的侧面图像并传输至所述电气控制单元2；如图5所示，所述表面检测单元142由包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，在所述线光源的出射光通过所述接触网的隔断部照射于所述集电靴正面时，所述线阵相机采集所述集电靴的正面图像并传输至所述电气控制单元2。其中，所述隔断部两侧的接触网由连接线连接；所述多线激光装置为能够发射多条平行的线性光源的激光器；所述第四检测单元14与所述电气控制单元2电气连接。具体的，所述线阵相机采集所述集电靴的正面图像并传输至所述电气控制单元后，所述数据处理单元能够基于yolov3等神经网络架构下的目标检测算法定位图像中的缺陷特征，从而判断集电靴表面是否有裂纹、掉块、电蚀等缺陷信息。

以上对本发明实施例所提供的用于单轨列车自动检测的智慧梁体进行了详细介绍。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 (8)

1.一种用于单轨列车自动检测的智慧梁体，其特征在于，包括中空的金属梁体(1)和所述金属梁体(1)表面设置的多个由镂空部构成的检测孔，所述金属梁体(1)上设置有用于检测车体行进状态的第一检测单元(11)，所述金属梁体(1)内部设置有用于检测走行轮参数的第二检测单元(12)、用于检测水平轮参数的第三检测单元(13)和电气控制单元(2)，所述第一检测单元(11)、所述第二检测单元(12)和所述第三检测单元(13)均与所述电气控制单元(2)电气连接，所述第二检测单元(12)包括走行轮踏面检测单元(121)和走行轮尺寸检测单元(122)，所述走行轮踏面检测单元(121)由多个包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，所述线阵成像组件通过设置于所述金属梁体(1)上表面的所述检测孔采集所述走行轮踏面完整图像数据并传输至所述电气控制单元(2)，所述走行轮尺寸检测单元(122)由面阵相机和线光源构成，所述线光源的出射光通过设置于所述金属梁体(1)上表面的所述检测孔照射于所述走行轮踏面，所述面阵相机通过设置于所述金属梁体(1)上表面的所述检测孔采集所述走行轮外形尺寸数据并传输至所述电气控制单元(2)，所述第三检测单元(13)包括水平轮踏面检测单元(131)和水平轮尺寸检测单元(132)，所述水平轮踏面检测单元(131)由多个包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，所述线阵成像组件通过设置于所述金属梁体(1)侧面的所述检测孔采集所述水平轮踏面完整图像数据并传输至所述电气控制单元(2)，所述水平轮尺寸检测单元(132)由面阵相机和线光源构成，所述线光源的出射光通过设置于所述金属梁体(1)侧面的所述检测孔照射于所述水平轮踏面，所述面阵相机通过设置于所述金属梁体(1)侧面的所述检测孔采集所述水平轮外形尺寸数据并传输至所述电气控制单元(2)，其中，

在所述第一检测单元(11)检测到单轨列车驶入并生成第一调制信号传输至所述电气控制单元(2)的情况下，所述电气控制单元(2)控制所述第二检测单元(12)和所述第三检测单元(13)启动检测；

在所述第一检测单元(11)检测到单轨列车驶离并生成第二调制信号并传输至所述电气控制单元(2)的情况下，所述电气控制单元(2)控制所述第二检测单元(12)和所述第三检测单元(13)停止检测。

2.根据权利要求1所述的智慧梁体，其特征在于，所述第一检测单元(11)为压电传感器，所述压电传感器设置于所述金属梁体(1)上表面；

或所述第一检测单元(11)为光电传感器，所述光电传感器设置于所述金属梁体(1)一侧；

或所述第一检测单元(11)为超声波传感器，所述超声波传感器设置于所述金属梁体(1)内部。

3.根据权利要求2所述的智慧梁体，其特征在于，所述智慧梁体还包括车号识别单元(3)，所述车号识别单元(3)为读取天线或图像采集装置，其中，

在所述车号识别单元(3)为读取天线时，所述读取天线设置于所述金属梁体(1)内部，所述读取天线通过设置于所述金属梁体(1)上表面的所述检测孔出射电磁波以读取设置于所述车体底部的包含单轨列车信息的电子标签；

在所述车号识别单元(3)为图像采集装置时，所述图像采集装置设置于所述金属梁体(1)一侧，所述图像采集装置采集包含所述单轨列车编号的图像信息并传输至所述电气控制单元(2)。

4.根据权利要求3所述的智慧梁体，其特征在于，所述智慧梁体还包括用于集电靴检测的第四检测单元(14)，所述第四检测单元(14)包括用于检测集电靴侧面图像的轮廓检测单元(141)和用于检测集电靴正面图像的表面检测单元(142)。

5.根据权利要求4所述的智慧梁体，其特征在于，所述轮廓检测单元(141)包括面阵相机和多线激光装置，

在所述多线激光装置的出射激光照射于所述集电靴侧面时，所述面阵相机采集所述集电靴的侧面图像并传输至所述电气控制单元(2)。

6.根据权利要求5所述的智慧梁体，其特征在于，所述表面检测单元(142)由包含线阵相机和线光源的线阵成像组件构成，

在所述线光源的出射光通过接触网的隔断部照射于所述集电靴正面时，所述线阵相机采集所述集电靴的正面图像并传输至所述电气控制单元(2)。

7.根据权利要求6所述的智慧梁体，其特征在于，所述电气控制单元(2)包括数据处理单元、温度调节单元、电源分配单元、网络通信单元和外部接口。

8.根据权利要求7所述的智慧梁体，其特征在于，所述电气控制单元(2)接收采集数据后，所述数据处理单元分析所述采集数据生成包含单轨列车信息的检测报告，并将所述检测报告通过所述网络通信单元传输至外界终端。

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