CN115871735B - 一种便携式线路检查仪及线路动态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式线路检查仪及线路动态检测方法，属于铁路线路质量动态检测技术领域；解决了轨检车成本高且检测时间受限及人工添乘检测精度差、效率低的技术问题，包括机壳，机壳内部固定有电路板和电池，电路板上集成有处理器单元、采集单元、存储单元、传输单元和接口单元，采集单元用于采集便携式线路检查仪内电池的电量信息、运行机车的加速度信息、摄像头采集的图像信息以及运行机车的位置信息，处理器单元根据采集单元、传输单元反馈的机车加速度信息、位置信息、里程信息，通过内置的交路识别算法及里程校正算法和机车晃车判断算法自动识别当前机车行驶的线路名称、晃车里程、晃车病害级别和类型；本发明应用于铁路线路动态检测。

Description

一种便携式线路检查仪及线路动态检测方法

技术领域

本发明提供了一种便携式线路检查仪及线路动态检测方法，属于铁路线路质量动态检测技术领域。

背景技术

铁路线路设备是铁路运输业的基础设备，因其常年裸露在大自然中，经受着风、雨、冻融和列车运行冲击的作用，导致线路质量状态不断变化。路基及道床不断产生变形，钢轨、联结零件及轨枕不断磨损，从而使线路设备状态不断地发生变化。因此，工务部门需及时掌握线路状态，加强线路检测管理成为确保线路质量、保证运输安全的重要的基础性工作。在我国铁路线路检查中主要有静态和动态检测两种模式。静态检测指在没有列车通过时，用人工或轻型测量小车对线路进行的检测。动态检测是在列车高速运行下通过检查仪等设备对线路进行的检测。动态检测是对线路进行检查的主要方式之一，也是我国线路检测技术发展的主要方向。

我国铁路现有的动态检测设备主要有轨检车。轨检车检测的缺点是投入成本、运维成本较高，且检测时间受限，主要干线每半个月或一个月检查一次。我国使用最早、最传统的一种线路动态检测方法是“丢灰包”。丢灰包主要是添乘人员在列车上，通过坐在车上感受列车的上下颠簸和左右晃动情况，对上下颠簸和左右晃动比较严重的区段立即将准备好的灰包抛到车下，地面人员根据灰包所在位置的前后范围进行仔细检测，查找出线路质量状态问题，从而指导线路的养护维修工作。此种方法优点是操作简便易行，但此种方法主要凭借检测人员的经验，对检测人员业务水平要求较高，检测的精度较差，只是确定一个大致范围，还需进一步的检测，没有一个统一标准，操作人员不容易准确把握。后期的人工添乘发展为在笔记本上记录，其缺点与原先丢灰包同样存在。但人工添乘时由于车速较快，当发生晃车时经常来不及记录瞬间就驶离，且对发生的晃车无法做准确判断，比如是轻微晃车还是严重晃车、是线路高低引起的晃车还是因轨向引起的晃车，均无法准确判断。

发明内容

本发明为了解决轨检车成本高且检测时间受限及人工添乘检测精度差、效率低的技术问题，提出了一种便携式线路检查仪及线路动态检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种便携式线路检查仪，包括机壳，所述机壳包括设置在机壳顶部的显示屏，所述显示屏通过双轴翻盖结构与机壳相连接，所述显示屏下为机壳中间面板，所述机壳中间面板上设置有开关机键；

所述显示屏的壳体上表面嵌入有蓝牙天线和WLAN天线，所述机壳上设置有多功能接口、多频定位天线接口和摄像头接口；

所述机壳内部固定有电路板和电池，所述电路板上集成有处理器单元、采集单元、存储单元、传输单元和接口单元，所述处理器单元分别通过PCB板布线与采集单元、存储单元、传输单元、接口单元相连，所述采集单元用于采集便携式线路检查仪内电池的电量信息、车体振动加速度值、摄像头采集的图像信息以及运行机车的位置信息，所述存储单元用于存储便携式线路检查仪的实时检测数据及对应图像数据，所述传输单元包括WLAN传输和蓝牙传输两种传输方式，通过WLAN传输实现便携式线路检查仪与移动终端设备的相互通信，通过蓝牙传输实现便携式线路检查仪共享机车车载式线路检查仪的运行里程、速度信息，所述接口单元包括多功能接口和液晶显示接口，所述显示屏通过液晶显示接口与电路板相连；

所述处理器单元根据采集单元、传输单元反馈的机车加速度信息、位置信息、里程信息，通过内置的交路识别算法、里程校正算法和机车晃车判断算法自动识别当前机车行驶的线路名称、晃车里程、晃车病害级别和类型。

所述采集单元包括电量采集模块、加速度传感器、第一定位模块。

所述便携式线路检查仪通过多频定位天线接口与多频定位天线相连。

所述便携式线路检查仪通过摄像头接口采用摄像头连接线与摄像头相连，所述摄像头内部集成有视频采集模块和一体化定位模块，一体化定位模块由天线和第二定位模块集成；

所述摄像头采集的线路视频数据能将机车当前所运行线名、里程、速度、病害数据叠加在视频数据中。

所述第一定位模块、第二定位模块均采用北斗+GPS的双模定位模块。

一种线路动态检测方法，采用便携式线路检查仪，包括如下步骤：

S1：在线路动态检测前采用上位机将本条线路所有点的坐标信息及车型对应的晃车等级管理值下发到便携式线路检查仪中，同时将便携式线路检查仪放置在机车驾驶室操作台或地板上，且保证多频定位天线朝向机车运行方向，选择交路和车型后，进入工作界面；

S2：通过便携式线路检查仪中多频定位天线及内置的第一定位模块的北斗+GPS实时获取当前机车运行的经纬度坐标和速度信息，和/或通过摄像头中内置的天线和第二定位模块获取当前机车运行的经纬度坐标信息，或通过蓝牙通讯模块共享机车运行数据，通过便携式线路检查仪中内置的交路识别算法和里程校正算法自动识别机车所运行线路名称和里程；

S3：在识别线路的同时通过便携式线路检查仪中的加速度传感器实时采集机车的垂直振动加速度和水平振动加速度值，通过处理器单元过滤无效数据后根据机车晃车判断算法判断并确定晃车等级、病害类型及对应病害里程。

所述交路识别算法包括手动交路识别法、自动交路识别法和蓝牙通讯识别法三种，三种交路识别方法根据机车在运行过程中的情况能够单独运行或两两结合使用，其中手动交路识别法根据便携式线路检查仪中已经存储的交路信息，在显示屏上手动选择要运行的交路，蓝牙通讯识别法是通过蓝牙接收车载式线路检查仪广播的机车运行信息，机车运行信息包括线名、行别、速度、里程。

所述自动交路识别法的步骤如下：

定义自动识别交路时各点坐标信息按线名文件方式保存；

（1）便携式线路检查仪的北斗/GPS初次定位成功后，根据当前获取的机车经纬度和文件名中的经纬度进行比较，若当前机车运行位置的经度纬度处于以文件名中的经纬度范围内，则跳入上述线名文件中，找出上述线名文件内坐标距离当前机车经纬度小于设定距离的点，并记录上述点在文件中的位置；若当前机车运行位置的经纬度不在该文件的经纬度范围内，则当前线名文件略过，继续判断下一线名文件；依次比较筛选所有线名文件，确定符合条件的线名文件；

（2）下一次接收到定位数据后，从步骤（1）筛选出的线名文件中，判断当前机车经纬度获取时的卫星星数，若卫星星数≥Max颗，则搜索当前线名文件坐标中小于第一设定距离之内的线名文件并记录对应坐标点，若Min≤卫星星数＜Max颗，则搜索当前线名文件坐标中小于第二设定距离之内的线名文件并记录对应坐标点；

（3）根据每秒接收的定位数据，重复执行步骤（2），直到确定唯一线名文件为止；

（4）当确定唯一线名文件时，认为便携式线路检查仪已识别交路并按手动选择交路中的找点方法，判断当前运行位置对应坐标文件中的坐标点并实时校正机车运行里程；

其中手动选择交路中的找点方法步骤如下：

设N、N+1、N+2为坐标中的相邻三个坐标点，d1为当前机车所处位置到坐标文件中点N的距离，d2为当前机车所处位置到坐标文件中点N+1的距离，d3为当前机车所处位置到坐标文件中点N+2的距离，d12为点N到相邻坐标点N+1的距离，d23为点N+1到相邻坐标点N+2的距离，当d1≥d12或者d2＞d12或者d3≤d23时，则认为当前位置距离校正点较远，则采用坐标文件中的下一点和当前坐标比较，直到(d1＜d12)且(d2≤d12)时，认为机车走到N、N+1之间，认为机车已找到坐标文件中对应坐标点，开始校正里程。

所述里程校正算法的步骤如下：设机车当前经纬度坐标点为m，m位于相邻两个坐标点N、N+1之间，机车当前位置距离坐标N点的距离为d1，相邻两坐标N、N+1两点间距离为d12，两个相邻坐标的里程差为D，D=∣L1-L2∣，L1为坐标点N对应的里程，L2为坐标点N+1对应的里程，则机车当前位置距离N点对应的里程b=（d1×D）/d12，若行别为上行，则校正的里程LC=L1-b，若行别为下行，则校正的里程LC=L1+b。

所述机车晃车判断算法的步骤如下：

根据每次获取的机车水平加速度和垂直加速度与机车晃车等级管理值进行判断，在判断之前先剔除无效数据，有效加速度数据根据以下步骤进行机车速度超限判断：

（1）滑动存储n个加速度数据到一个数组A；

（2）获取当前车型对应速度的晃车等级管理值；

（3）取数组中第n/2个位置的水平加速度或垂直加速度a与已知车型的垂直加速度或水平加速度的最高级晃车等级管理值比较，如果a>=已知车型的垂直加速度或水平加速度的最高级晃车等级管理值，则执行步骤（4）；

（4）第n/2个位置的水平加速度和垂直加速度a与它相邻的两个水平加速度或垂直加速度比较，如果比较之后a最大且a>=L，则将a*C记为b，执行步骤（5），其中C为系数，否则，第n/2个位置的值a有效；

（5）判断数组A里前A[i]>=b的个数，如果个数>=m，则第n/2个位置的值a有效，否则，a为干扰值剔掉；

（6）判断前一次出超限的里程和第n/2个位置的超限里程是否大于设定的判断距离，大于设定的判断距离则产生超限数据，产生超限时根据晃车等级管理值确定超限级别。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：

本发明提供的便携式线路检查仪，操作简单、使用方便、便于携带。该便携式线路检查仪利用车体振动的垂直加速度和水平加速度来判断线路质量病害等级及病害类型。使用时只需将便携式线路检查仪平稳摆放在机车驾驶室操作台或地板上，开机选择车型即可进入自动检测模式。便携式线路检查仪能够及时准确的检测出线路病害类型及病害等级，结合里程及视频信息可准确判断病害位置及周边环境信息，可实时打印病害信息。便携式线路检查仪的发明，提高了动态检测效率，降低了现场复核人员的劳动强度，提高了复核率，缩短了线路病害从发现到处理的时间，对确保铁路行车安全具有重要意义。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中机壳的爆炸图；

图3为本发明显示屏翻转的结构示意图；

图4为本发明的电路结构示意图；

图5为本发明中判断机车当前运行位置对应线路实际标定坐标点位置的示意图；

图6为本发明中里程校正算法中判断机车实际里程的示意图；

图中：1为多频定位天线、2为蓝牙天线、3为WLAN天线、4为多功能接口、5为多频定位天线接口、6为摄像头接口、7为摄像头连接线、8为摄像头、9为显示屏、10为开关机键、11为机壳顶部、12为机壳中间面板、13为电路板、14为电池、15为机壳。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明提供的一种便携式线路检查仪，包括机壳15，所述机壳15包括设置在机壳顶部11的显示屏9，所述显示屏9通过双轴翻盖机构与机壳15相连接，所述显示屏9下为机壳中间面板12，所述机壳中间面板12上设置有开关机键10；

所述机壳15内部固定有电路板13和电池14，所述电路板13上集成有处理器单元、采集单元、存储单元、传输单元和接口单元，所述处理器单元分别通过PCB板布线与采集单元、存储单元、传输单元、接口单元相连；

所述显示屏9的壳体上表面嵌入有蓝牙天线2和WLAN天线3，所述机壳15上设置有多功能接口4、多频定位天线接口5和摄像头接口6；

所述便携式线路检查仪通过多频定位天线接口5与多频定位天线1相连。

所述便携式线路检查仪通过摄像头接口6采用摄像头连接线7与摄像头8相连，所述摄像头8内部集成有视频采集模块和一体化定位模块，一体化定位模块由天线和第二定位模块集成。

一种便携式线路检查仪，包括机壳，所述机壳包括设置在机壳顶部的显示屏，所述显示屏通过双轴翻盖结构与机壳相连接，所述显示屏下为机壳中间面板，所述机壳中间面板上设置有开关机键；

所述显示屏的壳体上表面嵌入有蓝牙天线和WLAN天线，所述机壳上设置有多功能接口、多频定位天线接口和摄像头接口；

本发明提供的便携式线路检查仪的硬件系统主要由处理器单元、采集单元、存储单元、传输单元和接口单元组成，其各单元功能如下：

处理器单元：集成有交路自动识别算法、里程校正算法和机车晃车判断算法，具有自动识别线路名称、自动识别晃车里程、自动识别晃车病害级别和类型，实现实时动态检测并记录线路病害信息。通过北斗+GPS双模定位实时获取当前机车运行速度及经纬度坐标信息，或通过蓝牙通讯模块共享机车运行数据，实现自动识别机车所运行线路名称及校正里程；识别所检测线路的同时加速度传感器实时采集机车的垂直加速度、水平加速度值，通过数据处理单元过滤无效数据后根据机车晃车判断算法判断并确定晃车等级、病害类型及对应病害里程。

采集单元：用于采集电量信息、加速度信息、图像信息和坐标信息。电量采集用于获取线路检查仪剩余电量信息，确定线路检查仪的工作时长；加速度采集用于线路病害产生及严重等级判断，通过内置在线路检查仪的加速度传感器获取，其中加速度传感器采用低噪声、低零漂、低功耗的三轴加速度计；图像采集用于辅助判断病害具体位置；坐标采集用于获取当前定位经纬度及速度信息，通过内置在线路检查仪的第一定位模块获取，第一定位模块采用北斗+GPS双模定位模块。

存储单元：用于存储图像数据和实时监测数据，用于后期数据分析及线路状况可靠性研究提供依据；其中实时监测数据包括处理器单元判断的机车晃车报警数据、线路、里程、晃车等级，以及根据固定采样频率获取的振动加速度值。

传输单元：包括WLAN传输和蓝牙传输。WLAN传输用于实现线路检查仪和手机、平板等终端设备相互通信，实时查看线路检查仪的工作状态及超限报警信息；蓝牙传输用于线路检查仪共享机车车载设备运行里程、速度信息，准确得出当前超限对应线路里程位置。

接口单元：包括热敏打印机接口、快充充电接口、PC通信接口、多频天线接口和液晶显示接口。其中热敏打印机接口、快充充电接口和PC通信接口由一个标准Type-C接口内部集成，统称为多功能接口4，热敏打印机接口用于连接专用便携式热敏打印机，实现实时或历史超限数据打印功能；快充充电接口用于线路检查仪快速充电；PC通信接口用于线路检查仪和上位机通信，既可接收上位机设置的参数信息，又可将存储单元存储的数据导出到上位机。多频天线接口用于连接第一定位模块对应的多频定位天线1，实时获取定位数据。液晶显示接口用于连接显示屏，可实现触控操作、数据、波形、视频显示功能。

本发明便携式线路检查仪的机壳15壳体使用6061型铝质材料厚度3mm，采用阳极氧化处理，显示屏和机壳采用翻盖式双转轴设计，屏幕角度可调整，便于使用者根据不同视角调整屏幕朝向。

本发明提出的便携式线路检查仪上的摄像头壳体使用6061型铝铝质材料，内部集成视频采集模块和一体化定位模块，两模块内部腔体隔开，避免视频信号对定位模块产生高频干扰。一体化定位模块由天线和第二定位模块集成，其中第二定位模块采用北斗+GPS双模定位模块。视频数据采用USB差分方式传输，定位数据采用RS232串口方式传输，两种数据通过8芯航空头与线路检查仪连接。在使用过程中连接摄像头后可直接接收定位数据，无需携带多频定位天线1；若不接摄像头时，需插入多频定位天线1配合检查仪内部定位模块实现定位功能。

本发明的便携式线路检查仪在使用前需使用上位机软件将本条线路的坐标信息（经纬度、里程）、使用车型对应晃车等级管理值信息下发到线路检查仪中。其中晃车等级管理值是机车（动车组）车载式线路检查仪对测量的机车（动车组）车体加速度进行机车（动车组）特性和运行速度修正后车体加速度值，属于铁路线路检测时行业规定的判断标准值，晃车等级管理值如下表1所示：

表1 晃车等级管理值。

铁路添乘人员在使用便携式线路检查仪时，将检查仪平稳放置在高速运行的机车驾驶室操作台或地板上。开始工作时，需选择添乘交路及对应车型，当便携式线路检查仪内置的定位模块定位成功后，结合已下发到便携式线路检查仪中的坐标信息得出机车当前位置对应线路里程，根据第一定位模块或第二定位模块接收的GNRMC、GNGGA信息获取当前速度、经纬度信息，或者与机车的车载式线路检查仪通过蓝牙通信获取机车运行速度信息，使用机车当前里程结合运行速度得出机车实时运行里程，当运行到某一里程处发生晃车，且晃车加速度≥提前预设级别的晃车等级管理值时，则产生声音及界面弹窗报警，并通过热敏打印机接口将超限数据传输到热敏打印机端完成超限实时打印，同时可将超限数据通过WLAN或蓝牙传输到移动终端设备上，用于远程查看实时超限信息，也可将超限数据实时保存，便于后期查看分析。

本发明提出的便携式线路检查仪作为一种动态检测的设备，具有自动识别线路名称、自动识别晃车里程、自动识别晃车病害级别和类型，实现实时动态检测并记录线路病害信息。添乘过程中可实时录制视频，便携式线路检查仪将所添乘机车运行信息（线名、行别、里程、垂直加速度、水平加速度）自动叠加至视频文件中，便于添乘后的回放和分析。

下面对本发明的便携式线路检查仪中涉及的线路识别方法、晃车里程判断及数据采集和超限判断的具体方法的通过实施例进行详细介绍。

一、线路识别方法

便携式线路检查仪初次在新线路使用时，应提前采集运行线路的坐标信息，坐标间隔根据实际需要以100-1000米进行采集。坐标信息采集后经加密保存为后缀名.JC5或.JC6的交路信息。便携式线路检查仪识别线路及校准里程主要有手动交路识别法、自动交路识别法和蓝牙通讯识别法三种：

1.1、手动交路识别法

使用前需使用上位机软件将本条线路包含的所有坐标信息（经纬度、里程）下发到线路检查仪中，工作时手动选择将要运行交路。当定位模块定位成功后，通过当前经纬度结合坐标文件中经纬度判断当前机车所处位置并校正运行里程，系统运行里程和实际线路里程按坐标文件中相邻坐标间隔里程校正一次，使测量出的病害位置与线路实际位置更加接近。具体找坐标点及里程校正方法如下：

北斗/GPS定位成功后，筛选当前选定交路文件内坐标并判断，如图5所示：

当d1≥d12或者d2＞d12或者d3≤d23时，则认为当前位置距离校正点较远，则采用坐标文件中的下一点和当前坐标比较，直到(d1＜d12)且(d2≤d12)时，认为机车走到N、N+1之间，即图5中灰色区域部分，认为机车已找到坐标文件中对应坐标点，开始校正里程。其中N、N+1、N+2为坐标中的相邻三个坐标点，d1为当前机车所处位置到坐标文件中点N的距离，d2为当前机车所处位置到坐标文件中点N+1的距离，d3为当前机车所处位置到坐标文件中点N+2的距离，d12为点N到相邻坐标点N+1的距离，d23为点N+1到相邻坐标点N+2的距离。

1.2自动识别交路

自动识别交路主要用于人为因素导致忘选添乘交路或者机车临时更换运行线路时，线路检查仪可自动重新识别交路，保证添乘数据的有效性，提高系统灵活性，其自动识别方法如下：

1、自动识别交路时坐标按线名文件方式保存；

2、北斗/GPS初次定位成功后，根据当前获取的经、纬度，和文件名中的经、纬度比较：

（1）若当前经纬度在该文件经纬度范围内，找出该线名文件内坐标距离当前经纬度小于3公里内的点，并记录该点在文件中的位置；

（2）若当前经纬度不在范围内，则该线名文件略过，继续判断下一线名文件；

（3）依次比较筛选所有线名文件，确定符合条件的线名文件；

3、下一次接收到定位数据后，从步骤1筛选出的线名文件中，判断当前机车经纬度数据获取时的卫星星数，若星数≥MAX颗，则搜索当前线名文件坐标中小于1km之内的线名文件并记录对应坐标点，若MIN≤星数＜MAX颗，则搜索附近2km之内的线名文件并记录对应坐标点；

4、根据每秒接收的定位数据，重复执行步骤2，直到确定唯一线名文件为止；

5、当确定唯一线名文件时，认为已识别交路并按手动选择交路中的找点方法，判断当前运行位置对应坐标文件中的坐标点并实时校正机车运行里程。

1.3蓝牙通讯识别法

蓝牙通讯识别法通过便携式线路检查仪自带蓝牙模块和车载设备自带蓝牙模块相互通信，实时获取机车运行信息，运行信息包括线名、行别、速度、里程等。蓝牙通讯识别法主要用于因隧道、遮挡、强电磁场干扰或其他因素导致设备定位异常时无法校正里程及速度，解决检查仪病害报警里程与实际线路病害位置出现偏差的问题。

蓝牙传输设计：

1）机车运行时：机车每运行两米则发送一条运行信息，便携式线路检查仪每收到一条则校正一次运行里程、速度及线名信息，能够精准定位到线路病害所处位置。

2）机车停止时：运行信息每2秒发送一次，有利于降低设备功耗。

二、里程校正方法：

坐标文件包含以下内容：里程、线名、行别、经度、纬度及标志。

参考图6，设当前机车处于图6中的m点，m点相邻的两坐标点位N和N+1，b是机车当前位置m点与坐标N之间的距离，D为两坐标点N和N+1之间的里程差，根据弦长比例公式：a/b=L/D，得出b=（a×D）/L（1），其中a为N点与m点在地球表面的弧形距离，b为N点与m点之间的里程差，L为N点与N+1点在地球表面的弧形距离，D为N点与N+1点之间的里程差，设地球半径为R=6371393米，π=3.14159265，N点的经纬度坐标为JD1、WD1，N+1点的经纬度坐标为JD2、WD2，则L根据以下公式得出：

（2）；

（3）；

（4）；

a的计算公式与L的计算公式一致，将m点的经纬度坐标代进去即可；

相邻点线路里程差D：（5）；

根据上述公式（1）得出校正里程：

上行：LC=L_N-b（6）；下行：LC=L_N+b（7）；L_N为N点坐标对应的里程值。

例如：机车当前运行位置处的经、纬度分别为JD0、WD0，两条相邻坐标（即线路中两个相邻位置点）分别用G1、G2表示，其中：

G1：标志头(BC)_纬度(WD1)_经度(JD1)_里程(L1)_线路编号(X1)_线路标志字(B1)。

G2：标志头(BC)_纬度(WD2)_经度(JD2)_里程(L2)_线路编号(X1)_线路标志字(B2)。

根据上述公式（2）、（3）、（4）计算出当前位置距离坐标G1点的距离的d1，即：

；

；

；

当前位置距离坐标G2点的距离d2，即：

；

；

；

相邻两坐标G1、G2两点间距离为d12，即：

；

；

；

当(d1＜d12)且(d2≤d12)时，认为机车走到坐标G1和G2中间，此时开始校正里程，根据上述公式（5）计算出两个相邻坐标的里程差D为：D=∣L1-L2∣；

根据上述公式（1）计算出当前位置距G1点线路对应里程b为：

b=（d1×D）/d12；

根据公式（6）、（7）结合当前运行行别来校正里程。若行别为上行，则里程校正为LC=(L1-b)；若行别为下行，则里程校正为LC=(L1+b)。

三、数据采集及超限判断算法

（一）、数据采集及算法

1、数据采集：信号频率：10Hz，采样频率：250Hz；滤波器：FIR；

2、数据处理

（1）垂直、水平分别滑动存储n个值，并对该值进行FIR滤波处理；

（2）滤波输出后的值减去静态值作为参考值，每个参考值与上一个参考值比较，大于则替换，小于等于则保持。

（3）对参考值进行标度变换，作为显示值和超限判断值。

（4）每采样一个新值，则依次循环执行步骤（1）、（2）、（3）。

（二）、超限判断算法

机车每运行两米则取一次当前水平、垂直加速度值参与超限数据判断。超限数据判断需结合晃车等级管理值共同完成，具体判断流程如下：

判断机车当前的垂直加速度（或水平加速度）是否≤85，如果>85，数据剔掉。否则执行以下步骤：

（1）滑动存储n个加速度数据到一个数组A；

（2）获取当前车型对应速度的晃车等级管理值；

（3）取数组中第n/2个元素的水平或垂直加速度a与已知车型的水平或垂直加速度对应最高级晃车等级管理值比较，如果a>=已知车型的水平或垂直加速度的最高级晃车等级管理值，则执行步骤（4）；

（4）第n/2个元素的水平或垂直加速度a与它相邻的两个水平或垂直加速度比较，如果a最大且a>=L，则将a*C记为b，执行步骤（5），其中L、C为常数；如果a<L，则认为第n/2个元素的值a有效；

（5）判断数组A里面A[i]>=b的个数。如果个数>=m，则第n/2个元素的值a有效，反之，则认为a为干扰值被剔掉；

（6）判断前一次出超限的里程和第n/2个元素对应的超限里程是否大于设定的判断距离d，大于d则产生超限数据，产生超限时根据晃车等级管理值确定超限级别。

本发明提供的便携式线路检查仪内置的加速度传感器采用低噪声、低零漂、低功耗的三轴加速度计，具有很好的低频特性，对线路不平顺引起的低频晃车更加敏感，更能真实反映线路实际状况，大大提高了线路检测的准确性和一致性；使用北斗+GPS的双模定位模块，快速定位、搜星稳定，能够实现实时、准确定位、测速、自动识别线路名称、行别及所属管界信息；通过蓝牙通讯与机车共享数据，准确识别病害位置；具备2K或4K高清视频录制、存储、运行信息叠加显示功能，便于后期超限数据分析，并准确定位病害里程，同时可对线路其他异常行为作出人工标记，便于现场处理相关问题；具备触控显示功能，显示清晰，操作灵活；具备线路曲线、坡度、及振动加速度曲线显示功能，实时显示运行里程处曲线、坡度及振动波形信息；通过手机APP共享添乘信息，既可在手机实时查看添乘信息，也可远程查看设备超限及添乘线路轨迹信息；满足各类型机车使用，线路检查仪提供各类型机车的标准晃车等级管理值，用户也可以根据线路情况及车况自行调整晃车等级管理值，便于准确报警；采用低功耗便携式打印机，快速打印当前及历史超限信息。

本发明既能克服传统线路动态检测的不足与缺陷，又能结合新技术，将数据采集及图像采集技术合理运用在铁路线路动态检测技术领域，设备操作简单，携带方便，具有一定优势作用。便携式线路检查仪的应用，便于添乘人员及时、准确的发现线路病害位置，为后期线路维修提供有力依据。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种线路动态检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：在线路动态检测前采用上位机将本条线路所有点的坐标信息及车型对应的晃车等级管理值下发到便携式线路检查仪中，同时将便携式线路检查仪放置在机车驾驶室操作台或地板上，且保证多频定位天线朝向机车运行方向，选择交路和车型后，进入工作界面；

S2：通过便携式线路检查仪中多频定位天线及内置的第一定位模块的北斗+GPS实时获取当前机车运行的经纬度坐标和速度信息，和/或通过摄像头中内置的天线和第二定位模块获取当前机车运行的经纬度坐标信息，或通过蓝牙通讯模块共享机车运行数据，通过便携式线路检查仪中内置的交路识别算法和里程校正算法自动识别机车所运行线路名称和里程；

S3：在识别线路的同时通过便携式线路检查仪中的加速度传感器实时采集机车的垂直振动加速度和水平振动加速度值，通过处理器单元过滤无效数据后根据机车晃车判断算法判断并确定晃车等级、病害类型及对应病害里程；

所述交路识别算法包括手动交路识别法、自动交路识别法和蓝牙通讯识别法三种，三种交路识别方法根据机车在运行过程中的情况能够单独运行或两两结合使用，其中手动交路识别法根据便携式线路检查仪中已经存储的交路信息，在显示屏上手动选择要运行的交路，蓝牙通讯识别法是通过蓝牙接收车载式线路检查仪广播的机车运行信息，机车运行信息包括线名、行别、速度、里程；

所述自动交路识别法的步骤如下：

定义自动识别交路时各点坐标信息按线名文件方式保存；

（1）便携式线路检查仪的北斗/GPS初次定位成功后，根据当前获取的机车经纬度和文件名中的经纬度进行比较，若当前机车运行位置的经度纬度处于以文件名中的经纬度范围内，则跳入上述线名文件中，找出上述线名文件内坐标距离当前机车经纬度小于设定距离的点，并记录上述点在文件中的位置；若当前机车运行位置的经纬度不在该文件的经纬度范围内，则当前线名文件略过，继续判断下一线名文件；依次比较筛选所有线名文件，确定符合条件的线名文件；

（2）下一次接收到定位数据后，从步骤（1）筛选出的线名文件中，判断当前机车经纬度获取时的卫星星数，若卫星星数≥Max颗，则搜索当前线名文件坐标中小于第一设定距离之内的线名文件并记录对应坐标点，若Min≤卫星星数＜Max颗，则搜索当前线名文件坐标中小于第二设定距离之内的线名文件并记录对应坐标点；

（3）根据每秒接收的定位数据，重复执行步骤（2），直到确定唯一线名文件为止；

（4）当确定唯一线名文件时，认为便携式线路检查仪已识别交路并按手动选择交路中的找点方法，判断当前运行位置对应坐标文件中的坐标点并实时校正机车运行里程；

其中手动选择交路中的找点方法步骤如下：

设N、N+1、N+2为坐标中的相邻三个坐标点，d1为当前机车所处位置到坐标文件中点N的距离，d2为当前机车所处位置到坐标文件中点N+1的距离，d3为当前机车所处位置到坐标文件中点N+2的距离，d12为点N到相邻坐标点N+1的距离，d23为点N+1到相邻坐标点N+2的距离，当d1≥d12或者d2＞d12或者d3≤d23时，则认为当前位置距离校正点较远，则采用坐标文件中的下一点和当前坐标比较，直到(d1＜d12)且(d2≤d12)时，认为机车走到N、N+1之间，认为机车已找到坐标文件中对应坐标点，开始校正里程。

2.根据权利要求1所述的一种线路动态检测方法，其特征在于：所述里程校正算法的步骤如下：设机车当前经纬度坐标点为m，m位于相邻两个坐标点N、N+1之间，机车当前位置距离坐标N点的距离为d1，相邻两坐标N、N+1两点间距离为d12，两个相邻坐标的里程差为D，D=∣L1-L2∣，L1为坐标点N对应的里程，L2为坐标点N+1对应的里程，则机车当前位置距离N点对应的里程b=（d1×D）/d12，若行别为上行，则校正的里程LC=L1-b，若行别为下行，则校正的里程LC=L1+b。

3.根据权利要求1所述的一种线路动态检测方法，其特征在于：所述机车晃车判断算法的步骤如下：

根据每次获取的机车水平加速度和垂直加速度与机车晃车等级管理值进行判断，在判断之前先剔除无效数据，有效加速度数据根据以下步骤进行机车速度超限判断：

（1）滑动存储n个加速度数据到一个数组A；

（2）获取当前车型对应速度的晃车等级管理值；

（3）取数组中第n/2个位置的水平加速度或垂直加速度a与已知车型的垂直加速度或水平加速度的最高级晃车等级管理值比较，如果a>=已知车型的垂直加速度或水平加速度的最高级晃车等级管理值，则执行步骤（4）；

（4）第n/2个位置的水平加速度和垂直加速度a与它相邻的两个水平加速度或垂直加速度比较，如果比较之后a最大且a>=L，则将a*C记为b，执行步骤（5），其中C为系数，L为常数，否则，第n/2个位置的值a有效；

（5）判断数组A里前A[i]>=b的个数，如果个数>=m，则第n/2个位置的值a有效，否则，a为干扰值剔掉；

（6）判断前一次出超限的里程和第n/2个位置的超限里程是否大于设定的判断距离，大于设定的判断距离则产生超限数据，产生超限时根据晃车等级管理值确定超限级别。

4.一种便携式线路检查仪，采用如权利要求1-3任一项所述的线路动态检测方法，包括机壳，其特征在于：所述机壳包括设置在机壳顶部的显示屏，所述显示屏通过双轴翻盖结构与机壳相连接，所述显示屏下为机壳中间面板，所述机壳中间面板上设置有开关机键；

所述显示屏的壳体上表面嵌入有蓝牙天线和WLAN天线，所述机壳上设置有多功能接口、多频定位天线接口和摄像头接口；

所述机壳内部固定有电路板和电池，所述电路板上集成有处理器单元、采集单元、存储单元、传输单元和接口单元，所述处理器单元分别通过PCB板布线与采集单元、存储单元、传输单元、接口单元相连，所述采集单元用于采集便携式线路检查仪内电池的电量信息、车体振动加速度值、摄像头采集的图像信息以及运行机车的位置信息，所述存储单元用于存储便携式线路检查仪的实时检测数据及对应图像数据，所述传输单元包括WLAN传输和蓝牙传输两种传输方式，通过WLAN传输实现便携式线路检查仪与移动终端设备的相互通信，通过蓝牙传输实现便携式线路检查仪共享机车车载式线路检查仪的运行里程、速度信息，所述接口单元包括多功能接口和液晶显示接口，所述显示屏通过液晶显示接口与电路板相连；

所述处理器单元根据采集单元、传输单元反馈的机车加速度信息、位置信息、里程信息，通过内置的交路识别算法及里程校正算法和机车晃车判断算法自动识别当前机车行驶的线路名称、晃车里程、晃车病害级别和类型。

5.根据权利要求4所述的一种便携式线路检查仪，其特征在于：所述采集单元包括电量采集模块、加速度传感器、第一定位模块。

6.根据权利要求5所述的一种便携式线路检查仪，其特征在于：所述便携式线路检查仪通过多频定位天线接口与多频定位天线相连。

7.根据权利要求4或5所述的一种便携式线路检查仪，其特征在于：所述便携式线路检查仪通过摄像头接口采用摄像头连接线与摄像头相连，所述摄像头内部集成有视频采集模块和一体化定位模块，一体化定位模块由天线和第二定位模块集成；

所述摄像头采集的线路视频数据能将机车当前所运行线名、里程、速度、病害数据叠加在视频数据中。

8.根据权利要求7所述的一种便携式线路检查仪，其特征在于：所述第一定位模块、第二定位模块均采用北斗+GPS的双模定位模块。

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