CN113445377A - 一种远距离铁轨轨距自动测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远距离铁轨轨距自动测量装置，包括设置在铁轨(2)上方用于安装光源系统(3)和图像采集装置(4)的安装调节机构(1)，设置在安装调节机构(1)上用于向铁轨(2)发射光线的光源系统(3)，设置在安装调节机构(3)上、用于采集光源系统(3)照射在铁轨(2)及附近环境表面光线的图像信息、并将图像信息传送至图像处理单元(5)的图像采集装置(4)，和用于接收图像采集装置(4)采集的图像信息、并根据图像信息计算铁轨(2)轨距的图像处理单元(5)。本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置能够在不影响轨道交通正常运行的情况下进行轨距检测，提高了检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通检测领域，具体涉及一种用于铁轨轨距的远距离自动测量装置。
背景技术
现有地铁线路铁轨轨距检测有两种方式，一种是通过轨距尺测量两条铁轨的轨距，属于人工接触测量，不够方便快捷，效率低；另一种方式是专用轨检车，可以检测轨距，效率高，成本高，但检测装置的工作距离近，只能安装在检测车车底，检测只能在非行车时间进行。
申请号为201810574039.2公开了一种轨距检测车，该轨距检测车包括：车体总成；测距尺，测距尺位于车体底部，包括尺身、滑块、卡座、测头、弹簧、拉杆，尺身与车体底部固定连接，与车辆行驶方向垂直，滑块对称滑设于尺身顶面上，卡座对称设置于尺身顶面上，与身顶面上固定连接，位于滑块的外侧，测头对称滑设于尺身底面上，绕过卡座与滑块柔性连接，弹簧一端连接于滑块，另一端连接于拉杆，拉杆垂直设置于车体底部中线处，其用于代替人工取点测量方法，使检测更及时、全面，检测结果更直观，同时提高工作效率，改善工人作业环境。
申请号201910021200.8公开一种轨距检测方法及装置，包括：获取轨道图像；然后将轨道图像输入至预先训练好的实例分割图像预测模型中，执行预测过程；其中，预测过程包括：首先提取轨道图像的特征信息，得到轨道图像的特征图像；再根据特征图像确定轨道图像的语义分割图像、以及特征图像中每个像素点的特征向量；进一步地，基于特征图像、特征图像中每个像素点的特征向量、以及语义分割图像，确定实例分割图像；最后，基于实例分割图像以及预先设置的参数矩阵，确定属于同一轨道区域的两条轨道边缘线之间的轨距。通过这种方法，可以降低轨距检测的成本，提高轨距检测的准确率。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中在铁轨轨距测量时人工测量效率低下，轨检车检测受列车运行的局限性，提供一种远距离铁轨轨距自动测量装置，可以在远至10m左右的测量距离达到1级(0.5mm)检测精度，可以在限界区域以外的检测载体上搭载该轨距测量装置，实现在行车时间实时监测轨距，提高了检测的效率和时效性。
本发明提供一种远距离铁轨轨距自动测量装置，包括
安装调节机构：设置在铁轨上方，用于安装光源系统和图像采集装置；
光源系统：设置在安装调节机构上，用于向铁轨发射光线；
图像采集装置：设置在安装调节机构上，用于采集光源系统照射在铁轨及附近环境表面光线的图像信息，并将图像信息传送至图像处理单元；
图像处理单元：用于接收图像采集装置采集的图像信息，并根据图像信息计算铁轨的轨距。
安装调节机构固定光源系统和图像采集装置，且使两者的照射范围或视野同时包含两条铁轨的同一区域，使光源系统的扇面状光带与工作平面的交界线垂直于或接近垂直于铁轨轴向，且该垂直角度可以通过调节机构微调并在工作时锁死。
本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，作为优选方式，光源系统包括设置在安装调节机构上的光源和透镜，光源发射的光线透过透镜照射在铁轨上。
本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，作为优选方式，光源为以下其中一种：激光光源、LED光源、碘钨灯。光源发射的光线波长范围以可使通常所用相机具有较好的响应为选取标准，优选人眼不可见、抗阳光或常用灯光干扰强的红外光波长；透镜的特征在于能使光源发出的光带在光源工作距离(光源距离铁轨表面的距离)附近汇聚，从而使光带与工作平面的交界线汇聚为细小集中且直线度高的一条或多条光线。
本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，作为优选方式，光源系统可同时向两条铁轨表面投射一条或多条以光源系统为中心的扇面状光带，光源系统发射的光线覆盖宽度大于两条铁轨之间的宽度。
本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，作为优选方式，图像采集装置包括设置在安装调节机构上光学镜头和面阵相机，光学镜头设置在面阵相机和铁轨之间。
本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，作为优选方式，光学镜头为定焦镜头或变焦镜头。
本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，作为优选方式，图像采集装置在垂直铁轨方向的采集区域为以图像采集装置为中心的扇面，采集区域的宽度大于光源系统发射光线的覆盖宽度。
本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，作为优选方式，图像采集装置在沿铁轨延伸方向的采集区域为以图像采集装置为中心的扇面，采集区域的宽度大于两条铁轨之间的宽度。
本发明所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，作为优选方式，图像处理单元设置在硬件平台上，硬件平台为电脑或单片机。
本发明在使用过程中，当需要进行铁轨轨距测量时，包括以下步骤：
S1、光源发出的光线通过透镜照射铁轨上；
S2、面阵相机采集光线照射在铁轨上的图像信息并将图像信息传送至图像处理单元；
S3、图像处理单元图像信息进行亮度对比度调整及滤波等图像处理；
S4、图像处理单元对图像信息进行二值化处理(亮度高于阈值的点灰度置1，其余点灰度置0)，从而只保留光源亮线的图像信息；
S5、图像处理单元对图像信息进行腐蚀操作，提取光源亮线的中心线；
S6、图像处理单元通过光源亮线中心线沿图像高度方向的偏移(以像素数为单位)乘以换算系数可计算出物体表面的高度变化(换算系数事先由物体实际高度除以图像上高度方向的像素偏移数得到)，同样可以由图像上宽度方向的像素数乘以换算系数(换算系数事先由物体实际宽度除以图像上宽度方向的像素偏移数得到)计算出沿轨距方向的实际距离，从而得出沿轨距方向的实际高度曲线；
S7、图像处理单元在轨距方向的高度曲线上从左向右计算满足高度突变大于阈值且高度大于阈值的点，即为铁轨上的A点，由两轨的A点在轨距方向的位置差再减去铁轨顶面宽度，得到轨距。
图像处理单元还能够判断计算出的轨距与标准轨距差值是否超出阈值范围，如超出即触发多种报警，包括软件界面弹窗/发出报警声等。
本发明由于将光源系统及图像采集装置设置在轨道交通运行体系外，能够在不影响轨道交通正常运行的情况下进行轨距检测，提高了检测效率。
附图说明
图1为一种远距离铁轨轨距自动测量装置主视图；
图2为一种远距离铁轨轨距自动测量装置光源照射范围示意图；
图3为一种远距离铁轨轨距自动测量装置图像采集装置垂直铁轨方向图像采集范围示意图；
图4为一种远距离铁轨轨距自动测量装置图像采集装置沿铁轨延伸方向图像采集范围示意图；
图5为一种远距离铁轨轨距自动测量装置测量示意图。
附图标记：
1、安装调节结构；2、铁轨；3、光源系统；31、光源；32、透镜；4、图像采集装置；41、光学镜头；42、面阵相机；5、图像处理单元。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明提供一种远距离铁轨轨距自动测量装置，包括
安装调节机构1：设置在铁轨2上方，用于安装光源系统3和图像采集装置4；
光源系统3：设置在安装调节机构1上，用于向铁轨2发射光线；光源系统3包括设置在安装调节机构1上的光源31和透镜32，光源31发射的光线透过透镜32照射在铁轨2上，光源31为激光光源；光源系统3可同时向两条铁轨2表面投射一条或多条以光源系统3为中心的扇面状光带，光源系统3发射的光线覆盖宽度大于两条铁轨2之间的宽度，如图2所示；
图像采集装置4：设置在安装调节机构1上，用于采集光源系统3照射在铁轨2及附近环境表面光线的图像信息，用将图像信息传送至图像处理单元5；图像采集装置4包括设置在安装调节机构1上光学镜头41和面阵相机42，光学镜头41设置在面阵相机42和铁轨2之间；光学镜头41为定焦镜头或变焦镜头；图像采集装置4在垂直铁轨2方向的采集区域为以图像采集装置4为中心的扇面，采集区域的宽度大于光源系统3发射光线的覆盖宽度，如图3所示；图像采集装置4在沿铁轨2延伸方向的采集区域为以图像采集装置4为中心的扇面，采集区域的宽度大于两条铁轨2之间的宽度，如图4所示；
图像处理单元5：用于接收图像采集装置4采集的图像信息，并根据图像信息计算铁轨2的轨距，图像处理单元5设置在硬件平台上，硬件平台为电脑或单片机。
本发明在使用过程中，当需要进行铁轨2轨距测量时，包括以下步骤：
S1、光源31发出的光线通过透镜32照射铁轨2上；
S2、面阵相机42采集光线照射在铁轨2上的图像信息并将图像信息传送至图像处理单元5；
S3、图像处理单元5对图像信息进行亮度对比度调整及滤波等图像处理；
S4、图像处理单元5对图像信息进行二值化处理(亮度高于阈值的点灰度置1，其余点灰度置0)，只保留光源亮线的图像信息；
S5、图像处理单元5对图像信息进行腐蚀操作，提取光源亮线的中心线，如图5所示；
S6、图像处理单元5通过光源亮线中心线沿图像高度方向的偏移(以像素数为单位)乘以换算系数可计算出物体表面的高度变化(换算系数事先由物体实际高度除以图像上高度方向的像素偏移数得到)，同样可以由图像上宽度方向的像素数乘以换算系数(换算系数事先由物体实际宽度除以图像上宽度方向的像素偏移数得到)计算出沿轨距方向的实际距离，从而得出沿轨距方向的实际高度曲线；
S7、图像处理单元5在轨距方向的高度曲线上从左向右计算满足高度突变大于阈值且高度大于阈值的点，即为铁轨上的A点，由两轨的A点在轨距方向的位置差再减去铁轨顶面宽度，得到轨距。
图像处理单元5还能够判断计算出的轨距与标准轨距差值是否超出阈值范围，如超出即触发多种报警，包括软件界面弹窗/发出报警声等。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出的任何修改、变化或等效，都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：包括：
安装调节机构(1)：设置在铁轨(2)上方，用于安装光源系统(3)和图像采集装置(4)；
光源系统(3)：设置在所述安装调节机构(1)上，用于向所述铁轨(2)发射光线；
图像采集装置(4)：设置在所述安装调节机构(3)上，用于采集所述光源系统(3)照射在所述铁轨(2)及附近环境表面光线的图像信息，并将所述图像信息传送至图像处理单元(5)；
图像处理单元(5)：用于接收所述图像采集装置(4)采集的所述图像信息，并根据所述图像信息计算所述铁轨(2)的轨距。
2.根据权利要求1所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：所述光源系统(3)包括设置在所述安装调节机构(1)上的光源(31)和透镜(32)，所述光源(31)发射的光线透过所述透镜(32)照射在所述铁轨(2)上。
3.根据权利要求2所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：所述光源(31)为以下其中一种：激光光源、LED光源、碘钨灯。
4.根据权利要求1所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：所述光源系统(3)可同时向两条所述铁轨(2)表面投射一条或多条以所述光源系统(3)为中心的扇面状光带，所述光源系统(3)发射的光线覆盖宽度大于两条所述铁轨(2)外沿的宽度。
5.根据权利要求1所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：所述图像采集装置(4)包括设置在所述安装调节机构(1)上光学镜头(41)和面阵相机(42)，所述光学镜头(41)设置在所述面阵相机(42)和所述铁轨(2)之间。
6.根据权利要求5所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：所述光学镜头(41)为定焦镜头或变焦镜头。
7.根据权利要求4所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：所述图像采集装置(4)在垂直所述铁轨(2)方向的采集区域为以所述图像采集装置(4)为中心的扇面，采集区域的宽度大于所述光源系统(3)发射光线的覆盖宽度。
8.根据权利要求1所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：所述图像采集装置(4)在沿所述铁轨(2)延伸方向的采集区域为以所述图像采集装置(4)为中心的扇面，采集区域的宽度大于两条所述铁轨(2)之间的宽度。
9.根据权利要求1所述的一种远距离铁轨轨距自动测量装置，其特征在于：所述图像处理单元(5)设置在硬件平台上，所述硬件平台为电脑或单片机。
10.根据权利要求1～9其中任意一项所述的一种远距离铁轨轨距自动测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、所述光源系统(3)发出的光线照射铁轨上；
S2、所述图像采集装置(4)采集所述光线照射在所述铁轨(2)上的图像信息并将图像信息传送至所述图像处理单元(5)；
S3、所述图像处理单元(5)对所述图像信息进行亮度调整、对比度调整和滤波处理；
S4、所述图像处理单元(5)对步骤S3处理后的所述图像信息进行二值化处理，处理后的图像只保留光源亮线的图像信息；
S5、所述图像处理单元(5)对步骤S4处理后的所述图像信息进行腐蚀操作，提取光源亮线的中心线；
S6、所述图像处理单元(5)通过光源亮线中心线沿图像高度方向的偏移乘以换算系数计算出物体表面的高度变化，再通过图像上宽度方向的像素数乘以换算系数计算出沿轨距方向的实际距离，得出沿轨距方向的实际高度曲线；
S7、所述图像处理单元(5)在轨距方向的高度曲线上从左向右计算满足高度突变大于阈值且高度大于阈值的点A，由两轨点A在轨距方向的位置差再减去铁轨顶面宽度，得到轨距。
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