CN114842193A - 智能轨道板离缝检测车 - Google Patents

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邱思旋
李宁洲
卫晓娟
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Abstract

本发明提供了一种智能轨道板离缝检测车，包括：车体；车体上设置有图像采集单元、障碍物检测单元、轨道板位置确定单元以及车载计算机；车体，用于沿轨道行走；离缝图像采集单元，设置在车体的两侧，用于采集轨道侧面的轨道板离缝图像；障碍物检测单元，用于检测车体行走路径上的障碍物；轨道板位置确定单元，用于计算轨道板位置，同时触发离缝图像采集单元进行轨道板离缝图像采集；车载计算机，用于对轨道板离缝图像进行目标检测确定离缝区域。本发明中根据轨道离缝是水平缝隙的特点，通过图像采集单元进行水平照相，能够得到轨道离缝的真实图像，测出离缝宽度，对于大于维修标准轨道板直接输出轨道板编号和图像，提高铁路的维修巡检效率。

Description

智能轨道板离缝检测车
技术领域
本发明涉及轨道板离缝检测，具体地，涉及一种智能轨道板离缝检测车。
背景技术
板式无砟轨道的主要危类型之一是轨道结构的层间离缝。离缝的产生，一方面会影响轨道的平顺性及动力响应，另外，也不可避免地改变了轨道板与支撑层(砂浆层)之间的接触状态及纵向温度力传递特性，影响轨道结构稳定性。
鉴于层间离缝在线路中普遍存在，且离缝高度大小不一。在现有条件下，铁路维修工人必须进行现场测量，初步掌握线路上轨道结构层间离缝分布情况后，才能制定维修方案，实现有效治理。
由于高速铁路日间全封闭运营，对轨道结构层间离缝的检查主要依靠在夜间维修天窗人工展开，轨道结构层间离缝测量的主要工具为塞尺。这种检查方式存在如下弊端：(1)夜间可视条件差，对轨道结构离缝检查难以做到精细化；(2)人工探査主观性强，由于线路检测范固较大，导致检测效率低；(3)在长距离作业中，人工记录离缝对应的线路里程及轨道板编号可靠性不高，记漏、记错在所难免。为此需要开发轨道板离缝自动化检测设备。
目前，有部分关于轨道板离缝的自动化检测研究，但都处于试验阶段，这些自动化检测设备从轨道板离缝斜上方检测，无法检测离缝内部状态，存在检测结果不准确、检测数据不完全的缺陷，导致工作人员对轨道板离缝制定的维修方案不能与实际相符。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种智能轨道板离缝检测车。
根据本发明提供的智能轨道板离缝检测车，包括：车体；
所述车体上设置有图像采集单元、障碍物检测单元、轨道板位置确定单元以及车载计算机；
所述车体，用于沿轨道行走；
所述离缝图像采集单元，设置在所述车体的两侧，用于采集所述轨道侧面的轨道板离缝图像；
所述障碍物检测单元，用于检测所述车体行走路径上的障碍物；
所述轨道板位置确定单元，用于计算轨道板位置，同时触发所述离缝图像采集单元进行轨道板离缝图像采集；
所述车载计算机，用于对所述轨道板离缝图像进行目标检测确定离缝区域。
优选地，所述离缝图像采集单元包括快速照相机或者深度照相机；
所述快速照相机或者深度照相机朝向所述车体的外侧，用于采集轨道侧面的轨道板离缝图像。
优选地，两组所述障碍物检测单元分别设置在所述车体的两侧，且位于所述照相机的安装位置。
优选地，首先在所述车体装载所述障碍物检测单元进行障碍物的检测，返回时在所述车体装载所述照相机进行离缝检测。
优选地，所述轨道板位置确定单元包括触发开关，触发开关通过道钉对进行触发，进行轨道板位置的计算，同时触发离缝图像采集单元拍照。
优选地，还包括图像采集补光单元，
所述图像采集补光单元，用于所述离缝图像采集单元进行图像采集时的补光，以获得清晰的轨道板离缝图像。
优选地，还包括后台计算机大数据处理设备；
所述后台计算机大数据处理设备通过云服务器与所述离缝高清图像采集单元通信；
所述后台计算机大数据处理设备，用于与所述离缝高清图像采集单元进行数据连接交互。
优选地，所述车载计算机采用YOLO v3目标检测算法进行所述轨道板离缝图像的目标检测图像。
优选地，所述车载计算机用于能够获得所述离缝区域的长度宽度以及离缝区域的状态分类，进而根据离缝区域的状态判断轨道板的是否需要维修，通过输出单元上报需要维修的轨道板的位置、图像以及离缝宽度。
优选地，还包括动力单元；所述动力单元设置在所述车体上，用于驱动所述车体运行。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明中图像采集单元对称布置在车体的左右两侧，通过图像采集单元和计算机大数据处理设备以及云服务器，实现数据连接交互，最终达到快速、高效探测轨道板离缝问题，能够代替传统的人工上道巡检模式，解决现有人工上道巡检模存在的问题，提高铁路的维修巡检效率，节约巡检成本，保障铁路运输安全。
本发明中根据轨道离缝是水平缝隙的特点，通过图像采集单元进行水平照相，能够得到轨道离缝的真实图像，通过图像处理，测出离缝宽度，对于大于维修标准(小于1mm可暂不维修)轨道板直接输出轨道板编号和图像，提高铁路的维修巡检效率。
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。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中智能轨道板离缝检测车的结构示意图；
图2为本发明实施例中障碍物检测单元的结构示意图；
图3为本发明实施例中照相机安装调整的示意图；
图4为本发明实施例中轨道板位置确定单元的结构示意图。
图中：
1为车速度调节装置；2为位置调节装置；201为位置调节螺栓；3为车载计算机；4为照相机；5为轨道板位置确定单元；501为高度调节螺栓；502为第一限位开关；6为障碍物检测单元；7为挡板转轴；8为第二限位开关；9为动力单元。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
图1为本发明实施例中智能轨道板离缝检测车的结构示意图，如图1所示，本发明提供的智能轨道板离缝检测车，包括：车体；
所述车体上设置有图像采集单元、障碍物检测单元6、轨道板位置确定单元5以及车载计算机3；
所述车体，用于沿轨道行走；
所述离缝图像采集单元，设置在所述车体的两侧，用于采集所述轨道侧面的轨道板离缝图像；
所述障碍物检测单元6，用于检测所述车体行走路径上的障碍物；
所述轨道板位置确定单元5，用于计算轨道板位置，同时触发所述离缝图像采集单元进行轨道板离缝图像采集；
所述车载计算机3，用于对所述轨道板离缝图像进行目标检测确定离缝区域。
在本发明实施例中，车体通过机械连接，进行拆卸安装。采用铝合金制成，轻便耐用，可以人工驾驶也增加遥控功能。
该车体配置四个车轮，四个车轮可保证车体在轨道上运行稳定、顺畅，提高安全性。相应地，上述车架包括车体本身的主架以及连接于离缝图像采集单元的水平架杆，安装于主架两侧；该智能轨道板离缝检车主架及所有安装架杆等，各架体部分均可拆卸拼装。
图3为本发明实施例中照相机安装调整的示意图，如图3所示，所述离缝图像采集单元包括快速照相机4或者深度照相机；
所述快速照相机4或者深度照相机朝向所述车体的外侧，用于采集轨道侧面的轨道板离缝图像。
照相机4位置高度调节更容易，更简单。
所述快速照相机4，用于采集轨道板与轨道板交界处特定位置的图像数据；所述深度照相机，用于深入离缝内部进行深度图像采集，具有较高的敏感性、分辨率和准确性等特点，同时可以实现可视化，能更直观地呈现轨道板离缝区域的状态，便于制定维护方案。更进一步调整其安装位置，以适用于不同道线的离缝区域的状态检测。
图2为本发明实施例中障碍物检测单元的结构示意图，如图1、图2所示，两组所述障碍物检测单元6分别设置在所述车体的两侧，且位于所述照相机4的安装位置。
障碍物检测单元6采用一个沿水平轴转动的板，板的面积要远大于相机，当有异物时，板随检测车运动，异物把板向后拖动，触发第二限位开关8，进而报警，通知人员处理。该装置结构简单，造价低廉。
在本发明一实施例中，首先在所述车体装载所述障碍物检测单元6进行障碍物的检测，返回时在所述车体装载所述照相机4进行离缝检测。
图4为本发明实施例中轨道板位置确定单元的结构示意图，如图4所示，所述轨道板位置确定单元5包括触发开关，通过道钉对触发开关进行触发，进行轨道板位置的计算，同时触发离缝图像采集单元拍照，能够十分精确的确定拍摄的位置和图像质量，比录像简单，图像处理更容易、更清晰。所述触发开关为图4中的第一限位快关502。
所述触发开关可以采用光电、磁感应等开关。
在本发明一实施例中，本发明提供的智能轨道板离缝检测车，还包括图像采集补光单元和动力单元9；
所述图像采集补光单元，用于所述离缝图像采集单元进行图像采集时的补光，以获得清晰的轨道板离缝图像。通过图像采集补光单元补光保证检测车每天24小时能够正常工作，并获得更清晰的轨道板离缝图像。
所述动力单元9设置在所述车体上，用于驱动所述车体运行。所述动力单元9能够保证车体安全运行和快速检测，从而实现对轨道板离缝的快速、长距离、持续作业，提高检测效率，缩短作业时间，一般车速控制在20km/小时。其中动力选用无刷电机，采用齿轮链条传动，滑动变阻调速方式。供电采用可采用直流48V电源供电。
在本发明一实施例中，本发明提供的智能轨道板离缝检测车，还包括后台计算机大数据处理设备；
所述后台计算机大数据处理设备通过云服务器与所述离缝高清图像采集单元、图像处理单元、问题轨道板输出单元、障碍物检测单元6、图像采集补光单元以及动力单元9通信；
所述后台计算机大数据处理设备，用于与所述离缝高清图像采集单元进行数据连接交互。
所述车载计算机3采用YOLO v3目标检测算法进行所述轨道板离缝图像的目标检测图像。
所述车载计算机3用于能够获得所述离缝区域的长度宽度以及离缝区域的状态分类，进而根据离缝区域的状态判断轨道板的是否需要维修，通过输出单元上报需要维修的轨道板的位置、图像以及离缝宽度，并对离缝宽度实现分类。
在本发明实施例中，本发明提供的智能轨道板离缝检测车的工作原理为：
该检测车能够在铁路轨道上，通过动力及其控制单元，控制电机的正反转和转速，达到检测车自由沿铁轨运动，该车时速一般控制在20km/小时。
检测开始前，首先要确定第一块轨道板的编号、轨道板型号、每块轨道板轨道数量，检测车行进时，检测车上设置有行程开关，因铁路道钉比周围高，能够触发开关计数，车载计算机3通过行程开关的数据，来计算轨道板位置，进而确定拍摄到图像是哪一块轨道板的离缝。同时也可以对同一块轨道板不同位置拍摄多张照片。照相机4拍摄到图像通过计算机处理，分离出离缝的宽窄，按照铁路维修标准，判断轨道板是否需要维修，如果维修，计算机输出轨道板位置，离缝宽度及拍摄照片。最后计算机把检测到的问题轨道板列表输出，供维修部门使用。障碍物检测单元6和图像采集补光单元是为照相机4安全和拍摄到图像质量服务。
本发明实施例中，根据轨道离缝是水平缝隙的特点，通过照相机进行水平照相，能够得到轨道离缝的真实图像，通过图像处理，测出离缝宽度，大于维修标准(小于1mm可暂不维修)轨道离缝直接输出轨道板编号和图像，而现有技术中普遍采用从上方或者斜上方拍照，是无法得到准确离缝宽度，无法直接判断是否需要维修；
因为铁路是裸露室外，环境变化差异很大，任何一个落叶，油点等都会影响图像识别，本发明中采集的轨道离缝是立面上缝隙的图像，受环境影响很小，能够直接出结果。现有技术中的轨道图像识别发明都离不开人工的复核，否则，错误率很高，其不能直接出结果。
本发明采用铁路道钉确定轨道板位置，比其他方法相比更直接、准确、方便、简单，同时，可以准确触发相机的拍摄。现有技术中没有给出定位措施，如果采用卫星定位，则不能准确确定每帧照片位置，而且容易重叠拍摄，或者漏掉，每块轨道板离缝不同位置，离缝宽度会不一样的，位置准确可以提高测量精度；
本发明因相机位置较低，增加了障碍物检测单元，保证相机安全；本发明比采用录像形式的识别系统，图像更清晰，图像处理软件更简单。本发明小车简单、方便、重量轻、速度适中，适合现场操作，而搭载机车的拍照系统恰恰相反，而且机车速度快，影响图像质量。由于轨道板离缝位置是固定的位置，本发明中可以把不需要图像直接剪掉，提高计算机处理速度，能够直接现场出结果。
本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。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种智能轨道板离缝检测车，其特征在于，包括：车体；
所述车体上设置有图像采集单元、障碍物检测单元、轨道板位置确定单元以及车载计算机；
所述车体，用于沿轨道行走；
所述离缝图像采集单元，设置在所述车体的两侧，用于采集所述轨道侧面的轨道板离缝图像；
所述障碍物检测单元，用于检测所述车体行走路径上的障碍物；
所述轨道板位置确定单元，用于计算轨道板位置，同时触发所述离缝图像采集单元进行轨道板离缝图像采集；
所述车载计算机，用于对所述轨道板离缝图像进行目标检测确定离缝区域。
2.根据权利要求1所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，所述离缝图像采集单元包括快速照相机或者深度照相机；
所述快速照相机或者深度照相机朝向所述车体的外侧，用于采集轨道侧面的轨道板离缝图像。
3.根据权利要求2所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，两组所述障碍物检测单元分别设置在所述车体的两侧，且位于所述照相机的安装位置。
4.根据权利要求3所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，首先在所述车体装载所述障碍物检测单元进行障碍物的检测，返回时在所述车体装载所述照相机进行离缝检测。
5.根据权利要求1所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，所述轨道板位置确定单元包括触发开关，触发开关通过道钉对进行触发，进行轨道板位置的计算，同时触发离缝图像采集单元拍照。
6.根据权利要求1所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，还包括图像采集补光单元，
所述图像采集补光单元，用于所述离缝图像采集单元进行图像采集时的补光，以获得清晰的轨道板离缝图像。
7.根据权利要求1所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，还包括后台计算机大数据处理设备；
所述后台计算机大数据处理设备通过云服务器与所述离缝高清图像采集单元通信；
所述后台计算机大数据处理设备，用于与所述离缝高清图像采集单元进行数据连接交互。
8.根据权利要求1所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，所述车载计算机采用YOLO v3目标检测算法进行所述轨道板离缝图像的目标检测图像。
9.根据权利要求1所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，所述车载计算机用于能够获得所述离缝区域的长度宽度以及离缝区域的状态分类，进而根据离缝区域的状态判断轨道板的是否需要维修，通过输出单元上报需要维修的轨道板的位置、图像以及离缝宽度。
10.根据权利要求1所述的智能轨道板离缝检测车，其特征在于，还包括动力单元；所述动力单元设置在所述车体上，用于驱动所述车体运行。
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