CN116147489A - 一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置，适用于接触网检测车、接触网作业车、轨道检测车、轨道作业车、轨道推行小车等轨道车辆，测量方法其采集频率高，测量精度高，可准确快速的对线路接触网支柱、吊柱、支柱侧面限界、隧道限界等进行连续测量，测量范围覆盖360度，可覆盖整个轨行区域的横截面限界检测可以直接应用到现场，现场无需搭建大空间标定平台，还具有自补偿功能；并且可以拆卸及重装，无需重新标定，方便需要拆卸的场合使用通过螺栓进行紧固连接，不需要进行焊接作业。

Description

一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置。

背景技术

随着电气化轨道交通的快速发展和对运营品质要求的不断提升，对铁路牵引供电系统供电设备的安全运行提出了更高的要求。为确保牵引供电安全性、可靠性，需确保运行隧道及线路设备限界符合限界标准。由于工程实施中站前单位的施工误差，导致接触网支柱侧面限界、接触网限界等不符合设计要求；加上随着运营时间的增加，接触网等设备存储松脱老化存在侵入机车走行限界的风险较大。因此对线路设备限界严格监测，方能确保电气化轨道交通的运营安全。

目前铁路限界检测主要有二类：

第一类为机械检测方法:按线路限界标准制作限界框，并安装于可在轨道上运行的车上，沿线路进行检测，当有物体触碰到限界框时，再人工进行判断和测量侵限值；此检测方式效率非常底，且精度差，人为因素多；

第二类为动态测量装置：在轨道小车或轨道车上安装激光雷达进行测量，通过与设定的阈值进行对比，判断设备限界是否超限。然而受到雷达方位角和雷达波长较长等影响，其测量精度较差，采样频率低。

以上两种方式都存在诸多问题：

检测精度差：激光雷达本身精度为厘米级，扫描角度分辨度大，会存在大量漏检的情况；

检测频率低：激光雷达受工作原理的制约，采样频率一般只能做到50~100Hz，因此在顺线路方向上想要提升采样密度，检测车必须以极度的速度运行，因此检测效率极低；而一般运营线路的天窗时间极其有限，严重影响检测进度；

需要额外的补偿设备：由于检测设备一般都安装在轨道车上，而车辆运行时自身的上下左右摆动会影响检测设备的检测值，因此需要在车体安装补偿设备来检测车体摆动量对检测数据进行补偿。

发明内容

为解决上述检测精度差的问题，本发明提出了一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置。

第一方面，一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过融合完成的360度检测数据，检测装置预设阀值范围，分别提取左右钢轨的轮廓数据；

步骤S2：通过步骤S1获取到的数据，查找钢轨面及钢轨内侧；

步骤S3：计算钢轨顶面数据平均y值做为钢轨面y值，计算钢轨内侧数据平均值做为钢轨内侧x值，得到检测装置相对于左右钢轨两个坐标点

和

；

步骤S4：检测装置安装好后，在轨道直线曲线段轨道车辆静止状态下采集左右钢轨点

，

为基准，通过公式计算检测装置相对于基准状态时的旋转角度T、平移量OffX与抬升量OffY；

步骤S5：将旋转角度T、平移量OffX和抬升量OffY用于所有限界检测数据的补偿，将所有限界检测数据补修后还原到以钢轨面中心点为原点的坐标系中，达到自补偿的功能。

进一步，所述x值x方向为沿钢轨的方向，左负右正；所述y值y方向为以钢轨面为0值，往天空为正，往地面为负。

进一步，所述步骤S2具体包括以下子步骤：

步骤S21：通过步骤S1获取的数据，找y值最大且接近的一组数据，将数据拟合成一条直线；

步骤S22：将步骤S21中找到的一组数据逐点求与直线的距离，若距离大于预设的阀值，则去除该点后，重新拟合直线；

步骤S33：将剩下的数据逐点求与直线的距离并进行判断筛除，直到剩余所有点均满足要求，得到钢轨顶面数据点；同理得到钢轨内侧数据点，最终得出钢轨顶面和钢轨内侧数据。

进一步，所述步骤S4旋转角度T计算公式为：

；

平移量OffX计算公式为：

；

抬升量OffY计算公式为：

；

其中，1435为标准轨距，A为常数。

进一步，所述步骤S5每一个限界检测数据的数据点修正前坐标为P(X,Y)，修正后补偿坐标为

，修正后补偿计算公式为：

；

。

另一方面，一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测装置，用于实现可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，包括数据采集单元模块和处理数据采集单元采集数据的数据处理单元模块，所述数据采集单元模块还包括一体式限界测量装置和可拆卸式安装支架；所述一体式限界测量装置还包括多组非接触式激光光切3D测量组件，每组3D测量组件包括线激光器和工业相机；数据采集单元模块通过不同的工业相机、镜头及不同发光角度激光器的选择，有效覆盖包括左侧钢轨和右侧钢轨的360度的环形检测范围。

进一步，所述数据采集单元模块利用轨道车头脚踏板和轨道车扶手，通过螺栓紧固方式固定一体式限界测量装置定制连接件，所述定制连接件上设置有工业相机组和激光器组。

进一步，所述数据处理单元处理数据包括：

单组非接触式激光光切3D测量组件数据的数据转换及平移；

多组非接触式激光光切3D测量组件数据的融合，以及分析融合数据；

识别线路接触网支柱、吊柱、支柱侧面限界和隧道限界数据。

本发明的有益效果：本发明提出了一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置，适用于接触网检测车、接触网作业车、轨道检测车、轨道作业车、轨道推行小车等轨道车辆，测量方法其采集频率高，测量精度高，可准确快速的对线路接触网支柱、吊柱、支柱侧面限界、隧道限界等进行连续测量，测量范围覆盖360度，可覆盖整个轨行区域的横截面限界检测可以直接应用到现场，现场无需搭建大空间标定平台，还具有自补偿功能；并且可以拆卸及重装，无需重新标定，方便需要拆卸的场合使用通过螺栓进行紧固连接，不需要进行焊接作业。

附图说明

图1是本发明一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测装置模块构造图；

图2是本发明数据采集单元模块安装示意图；

图3是本发明数据采集单元模块检测范围示意图；

图4是本发明可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法轨面中心坐标系图；

图5是本发明可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法钢轨轮廓数据示意图；

其中，1-脚踏板，2-轨道车扶手，3-定制连接件，4-工业相机组，5-激光器组，6-激光光切3D测量组件测量范围，7-左侧钢轨，8-右侧钢轨，9-轨顶面，10-轨内侧面，11-轨腰。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提出了一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置，第一方面，一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过融合完成的360度检测数据，设备预设阀值范围，分别提取左右钢轨的轮廓数据；

步骤S2：通过步骤S1获取到的数据，查找钢轨面及钢轨内侧；

步骤S3：计算钢轨顶面数据平均y值做为钢轨面y值，计算钢轨内侧数据平均值做为钢轨内侧x值，得到了设备相对于左右钢轨两个坐标点

和

；

步骤S4：设备安装好后，在轨道直线曲线段轨道车辆静止状态下采集左右钢轨点

，

为基准，通过公式计算设备相对于基准状态时的旋转角度T、平移量OffX与抬升量OffY；

步骤S5：将旋转角度T、平移量OffX和抬升量OffY用于所有限界检测数据的补偿，将所有数据补修后还原到以钢轨面中心点为原点的坐标系中，达到自补偿的功能。所述x值x方向为沿钢轨的方向，左负右正；所述y值y方向为以钢轨面为0值，往天空为正，往地面为负。

步骤S2具体包括以下子步骤：

步骤S21：通过步骤S1获取的数据，找y值最大且接近的一组数据，将数据拟合成一条直线；

步骤S22：将步骤S21中找到的一组数据逐点求与直线的距离，若距离大于预设的阀值，则去除该点后，重新拟合直线；

步骤S33：将剩下的数据逐点求与直线的距离并进行判断筛除，直到剩余所有点均满足要求，得到钢轨顶面数据点；同理得到钢轨内侧数据点，最终得出钢轨顶面和钢轨内侧数据。

步骤S4旋转角度T计算公式为：

；

平移量OffX计算公式为：

；

抬升量OffY计算公式为：

；

其中，1435为标准轨距。

步骤S5修正前坐标为P(X,Y)，修正后补偿为

，修正后补偿计算公式为：

；

。

另一方面，一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测装置，用于实现可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，包括数据采集单元模块和处理数据采集单元采集数据的数据处理单元模块，所述数据采集单元模块还包括一体式限界测量装置和可拆卸式安装支架；所述一体式限界测量装置还包括多组非接触式激光光切3D测量组件，每组3D测量组件包括线激光器和工业相机；数据采集单元模块通过不同的工业相机、镜头及不同发光角度激光器的选择，有效覆盖包括左侧钢轨7和右侧钢轨8的360度的环形检测范围6。

数据采集单元模块利用轨道车头脚踏板1和轨道车扶手2，通过螺栓紧固方式固定一体式限界测量装置定制连接件3，所述定制连接件3上设置有工业相机组4和激光器组5。

数据处理单元处理数据包括：

单组非接触式激光光切3D测量组件数据的数据转换及平移；

多组非接触式激光光切3D测量组件数据的融合，以及分析融合数据；

识别线路接触网支柱、吊柱、支柱侧面限界和隧道限界数据。

在本实施例中，本可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法及装置适用于检测车、维修作业车以及特制的轨道检测小车上，在车辆走行过程中，对线路接触网支柱、吊柱、支柱侧面限界、隧道限界等进行高频连续高精度测量。

本实施例中可拆卸式自补偿型线路侵限检测装置主要由数据采集单元、数据处理单元2部分组成，其中图像采集单元包含一台一体式限界测量装置、一套可拆卸式安装支架；一体式限界测量装置包含4~10组非接触式激光光切3D测量组件；非接触式激光光切3D测量组件包含一台线激光器和一台工业相机。数据采集单元通过不同的工业相机、镜头及不同发光角度激光器的选择，可有效覆盖360度的环形检测范围（包括钢轨也在检测范围之内），如图3所示：其中6为某组激光光切3D测量组件的测量范围，7为左侧钢轨，8为右侧钢轨。

数据采集单元利用轨道车头的中间脚踏板以及登高扶手（或者列车重联勾），通过螺栓紧固的方式，将一体式限界测量装置固定在车头前方，当不进行限界测量时，整个装置可以完全拆卸下来，不影响原车的使用，当需要进行限界测量时，可以将装置通过螺栓紧固到车头前方。具体安装方式如图2所示：其中1为轨道车上的脚踏板，2为轨道车扶手，3为定制连接件，4为工业相机组，5为激光器组。

数据处理单元包含：单组非接触式激光光切3D测量组件数据的数据转换、平移；多组非接触式激光光切3D测量组件数据的融合，分析融合数据，识别线路接触网支柱、吊柱、支柱侧面限界、隧道限界等数据，系统组成如图1所示。

在本实施例中，由于一体式限界测量装置是由多组激光光切3D测量组件组成的，针对接触网支柱、吊柱及支柱侧面等大空间范围内的测量，需对每一次的扫描测量各个组件之间进行同步，以保证测量到的数据是同一时刻测量到的数据，便于对各组件测量数据进行空间坐标转换，统一转换到以轨平面作为参考系上。为补偿由于车体晃动带来的检测误差，车载式限界检测装置都需要在车体安装补偿设备来测量车体的晃动量，通过测到的补偿数据来修正由于车体晃动造成的限界检测数据误差；本可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置，由于检测精度高，视野范围包含了整个360度的环形，因此可通过算法在数据中查到两侧钢轨，并以钢轨面为基准，对数据进行自补偿。

在本实施例中，本装置数据处理软件通过采集工业相机输出8位灰度位图像，再经过成熟的光切检测算法对，获取激光线上的3D数据，或直接通过3D工业相机采集激光线上的3D数据；技术成熟稳定；针对限界检测模块，由于涉及到多个激光光切3D测量组件的相互关系，需要对数据进行旋转、平移和融合，最终组合为360度环形数据。

在本实施例中，数据自补偿技术及具体算法限界检测数据一般都是以左右钢轨顶面连线的中心为坐标原点，而检测设备装上车体上，由于车体的晃动，造成检测设备的基准点发了旋转和偏移，因此需要实时对检测设备的基准点进行修正，才能保证检测数据最终转换到轨面中心点为原点的数据是正确的，这时就需要使用到车体振动补偿设备的来对车体晃动量进行测量；车体振动补偿设备对车体的安装位置及安装空间要求极高，一般不能做成可拆卸式。而本设备做为可拆卸式设备，自然不能使用普通的补偿设备进行补偿。因此本设备结合自身特点，采集自补偿的方式进行补偿，解决了以下问题：既有轨道车一般不便安装补偿设备，更难于安装可拆卸式补偿设备；补偿设备顺线路安装距离限界检测设备远（限界检测设备一般装车头或车尾，而补偿一般只能装到车体中间），达不到很好的补偿效果，尤其是在小曲线半径的时候，由于限界检测设备和补偿设备没在一个横截面上，造成数据不同步；而自补偿限界检测设备，所有数据都在一个横截面，完全不存在以上问题。

在本实施例中，自补偿限界检测设备算法包括以下步骤：

1.通过融合完成的360度检测数据，设备一定阀值范围，分别提取左右钢轨的轮廓数据。如：左侧钢轨提取范围：

；

右侧钢轨提取范围：

；

以上数据可通过配置文件进行任意修改。其中x是延钢轨方向，左负右正，y以钢轨而为0值，往天空为正，往地面为负；如图4所示。

2.通过第一步获取到的数据，查找钢轨面及钢轨内侧；具体算法为，通过第一步获取的数据，找Y值最大且接近的一组数据，将数据拟合成一条直线，再进一步将刚才的一组数据逐点求与直接的距离，若距离大于设定的阀值，去除该点后，重新拟合直线，再将剩下的数据逐点求与直接的距离并进行判断，直到最后所有点都满足要求，这些点即为钢轨顶面数据点；同理，可找钢轨内侧数据点；最终找到的钢轨顶面和钢轨内侧数据如图5所示；其中9为轨顶面、10为轨内侧面、11为轨腰。

3.计算钢轨顶面数据平均y值做为钢轨面y值，计算钢轨内侧数据平均值做为钢轨内侧x值；这时即得到了设备相对于左右钢轨两个坐标点

、

；

4.设备安装好之后，在轨道直线曲线段（比如车站），轨道车辆静止状态下采集左右钢轨点

，

为基准，通过公式即可计算设备相对于基准状态时的旋转角度T、平移量OffX与抬升量OffY；

其中1435为标准轨距。

5.最后将旋转角度T、平移量OffX、抬升量OffY用于所有限界检测数据的补偿，将所有数据补修后得到到以钢轨面中心点为原点的坐标系中；从而达到自补偿的功能；其中每一个数据点补偿还原的公式如下：P(X,Y)为修正前坐标，

为修正后补偿；

本发明提出了一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法与装置，适用于接触网检测车、接触网作业车、轨道检测车、轨道作业车、轨道推行小车等轨道车辆，测量方法其采集频率高，测量精度高，可准确快速的对线路接触网支柱、吊柱、支柱侧面限界、隧道限界等进行连续测量，测量范围覆盖360度，可覆盖整个轨行区域的横截面限界检测可以直接应用到现场，现场无需搭建大空间标定平台，还具有自补偿功能；并且可以拆卸及重装，无需重新标定，方便需要拆卸的场合使用通过螺栓进行紧固连接，不需要进行焊接作业。

本发明以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：通过融合完成的360度检测数据，检测装置预设阀值范围，分别提取左右钢轨的轮廓数据；

步骤S2：通过步骤S1获取到的数据，查找钢轨面及钢轨内侧；

步骤S3：计算钢轨顶面数据平均y值做为钢轨面y值，计算钢轨内侧数据平均值做为钢轨内侧x值，得到检测装置相对于左右钢轨两个坐标点

和

；

步骤S4：检测装置安装好后，在轨道直线曲线段轨道车辆静止状态下采集左右钢轨点

，

为基准，通过公式计算检测装置相对于基准状态时的旋转角度T、平移量OffX与抬升量OffY；

步骤S5：将旋转角度T、平移量OffX和抬升量OffY用于所有限界检测数据的补偿，将所有限界检测数据补修后还原到以钢轨面中心点为原点的坐标系中，达到自补偿的功能。

2.根据权利要求1所述的一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，其特征在于，所述x值x方向为沿钢轨的方向，左负右正；所述y值y方向为以钢轨面为0值，往天空为正，往地面为负。

3.根据权利要求1所述的一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：

步骤S21：通过步骤S1获取的数据，找y值最大且接近的一组数据，将数据拟合成一条直线；

步骤S22：将步骤S21中找到的一组数据逐点求与直线的距离，若距离大于预设的阀值，则去除该点后，重新拟合直线；

步骤S33：将剩下的数据逐点求与直线的距离并进行判断筛除，直到剩余所有点均满足要求，得到钢轨顶面数据点；同理得到钢轨内侧数据点，最终得出钢轨顶面和钢轨内侧数据。

4.根据权利要求1所述的一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，其特征在于，所述步骤S4旋转角度T计算公式为：

；

平移量OffX计算公式为：

；

抬升量OffY计算公式为：

；

其中，1435为标准轨距，A为常数。

5.根据权利要求1所述的一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，其特征在于，所述步骤S5每一个限界检测数据的数据点修正前坐标为P(X,Y)，修正后补偿还原坐标为

)，修正后补偿计算公式为：

；

。

6.一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测装置，用于实现权利要求1~5任一项所述的一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测方法，其特征在于，包括数据采集单元模块和处理数据采集单元采集数据的数据处理单元模块，所述数据采集单元模块还包括一体式限界测量装置和可拆卸式安装支架；所述一体式限界测量装置还包括多组非接触式激光光切3D测量组件，每组3D测量组件包括线激光器和工业相机；数据采集单元模块通过不同的工业相机、镜头及不同发光角度激光器的选择，有效覆盖包括左侧钢轨（7）和右侧钢轨（8）的360度的环形检测范围（6）。

7.根据权利要求6所述的一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测装置，其特征在于，所述数据采集单元模块利用轨道车头脚踏板（1）和轨道车扶手（2），通过螺栓紧固方式固定一体式限界测量装置定制连接件（3），所述定制连接件（3）上设置有工业相机组（4）和激光器组（5）。

8.根据权利要求6所述的一种可拆卸式自补偿型线路侵限检测装置，其特征在于，所述数据处理单元处理数据包括：

单组非接触式激光光切3D测量组件数据的数据转换及平移；

多组非接触式激光光切3D测量组件数据的融合，以及分析融合数据；

识别线路接触网支柱、吊柱、支柱侧面限界和隧道限界数据。

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