CN203310400U - 限界检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及铁路运输技术领域，尤其涉及一种能够快速且连续测量列车、接触网、线路、桥梁、站台、道床断面等限界数据的检测系统。该限界检测系统的图像采集单元安装于列车前方，图像采集单元与图像标定单元连接，图像标定单元与图像匹配单元连接。通过该限界检测系统有效的避免了人工测量限界尺寸所带来的工作量大、内容繁琐，效率低等缺点，在精度、速度和工作量方面取得满意效果，该限界检测系统的应用及发展将提升超限检测效率，大大减少铁路运行中限界检测对铁路正常运行的影响。

Description

限界检测系统

技术领域

本实用新型涉及铁路运输技术领域，尤其涉及一种能够快速且连续测量列车、接触网、线路、桥梁、站台、道床断面等限界数据的检测系统。

背景技术

目前限界的测量方法可分为两种：接触式和非接触式。

接触式测量是较早期的手段，借助探针(触手)和量角器。测量系统可以得到一个断面上有限点的准确数据。数据的记录方式可以人工记录也可以采用光学编码或电位器记录。接触式的优点是费用低，使用简单，在静态测量时精度很高，可达±0．5mm。但工作量大，需要较多的人工干预，测量的速度很慢，而且无法测量断面上的每一个点。

最简单的非接触测量与应用探针量角器测量原理相近，用电磁测距系统测量距离，用经纬仪测量角度。这样，角度的精度可达l”，距离测量的误差为±10mm，这种方式的优点为数据采集和处理可以现场进行，精度较高，但需要现场采集较高密度测量点时，比较费时。

另一种简单的方法采用类似光学测速的原理，在测量范围内可达l：500---1：10000的精度，这种方法简单实用，但在有限的精度范围内，工作量大。

与此类似，还有一些仪器使用激光器和光学读数的三角测量，最大的缺点就是需要较多的人力，费时费力。

目前，许多铁路局沿用接触式限界检测设备，使用“吊绳”、“触杆”等接触式测量手段。随着列车的提速、铁路的“电气化”，非接触式的测量逐渐取代了接触式测量。

太原科学技术研究所研发了便携式铁路建筑物限界检测仪。它采用激光测距器进行距离测量，激光测距器安装于步进电机旋转轴上，激光测距器通过光程开关进行起始角确认，由步进电机的转动步数和光程开关进行角度计算。整个测量装置固定于便携式承载小车上，承载小车在两根轨道上行走，小车平台利用调节机构与轨道中线重合。由可编程控制器对测量仪器进行控制，实现数据自动采集、计算、分析并根据标准限界判定当前限界的状况。此检测仪可对桥梁、跨线桥、车站附属物等限界进行测量，显示检测图形，自动判断超限，并生成限界检测报表。测量精度为±10ram，可测量0.3m～10m的断面。每个断面测量时间在4-5分钟。

在国外，对限界检测早期也是采用触手式方法。以前英国铁路利用木制的建筑限界构架或车载触臂式检测系统等传统的方法测定建筑限界。但进入八十年代以后，为解决电气化区段的检测问题，必须采用非接触式的检测手段，因而，许多国家研制了非接触式测量车。

奥地利PLASSER公司推出GCM—lO限界检测车。采用激光雷达测距原理，测定激光脉冲发射与反射的时间间隔，然后换算成距离，检测车的最大测量速度为18km／h。

英国铁路研究所已研制出一种能以70km／h的行车速度进行限界检测的车载自动摄像系统。该检测系统是以检测车为测量基准来测定建筑物的断面轮廓，采用电视摄像，双三角关系测量原理，用计算机处理数据，可以按照1：20比例在A3图纸上画出任意5m的综合断面轮廓。与此同时，该系统还可以测量出车辆与轨面的相对高度，因而测定的数值可转换为所要求的以轨面为基准的坐标系。

因此，针对以上不足，本实用新型提供了一种限界检测系统。

实用新型内容

（一）要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是解决现有车站的超限检测还是由人工手动完成，这种测量方式不仅速度慢、精度差，费时费力，而且存在着一定的安全隐患的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种限界检测系统，该限界检测系统包括图像采集单元、图像标定单元、图像匹配单元及对比单元，图像采集单元安装于列车前方，所述图像采集单元与图像标定单元连接，所述图像标定单元与图像匹配单元连接。

进一步地，还包括图像处理单元，所述图像处理单元与所述图像采集单元连接。

进一步地，所述图像采集单元为两个摄像头。

进一步地，所述图像采集单元采用CCD图像传感器进行图像距离的测量。

进一步地，所述图像采集单元与图像标定单元通过无线或有线的方式连接，所述图像标定单元与图像匹配单元也通过无线或有线的方式连接。

（三）有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型限界检测系统的图像采集单元安装于列车前方，图像采集单元与图像标定单元连接，图像标定单元与图像匹配单元连接，这样避免了人工测量限界尺寸所带来的工作量大、内容繁琐，效率低等缺点，在精度、速度和工作量方面取得满意效果，该限界检测系统的应用及发展将提升超限检测效率，大大减少铁路运行中限界检测对铁路正常运行的影响。

附图说明

图1是本实用新型实施例限界检测系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种限界检测系统，该限界检测系统包括图像采集单元、图像标定单元、图像匹配单元、对比单元及图像处理单元，图像采集单元安装于列车前方，所述图像采集单元与图像标定单元连接，所述图像标定单元与图像匹配单元连接，所述图像处理单元与所述图像采集单元连接。优选地，所述图像采集单元与图像标定单元通过无线或有线的方式连接，所述图像标定单元与图像匹配单元也通过无线或有线的方式连接。

所述图像采集单元为两个摄像头。图像采集单元采用CCD图像传感器进行图像距离的测量。

本限界检测系统用数字图像处理等技术进行铁路限界检测，研究列车轨道及周围物体并将计算出来的三维坐标值与限界标准进行对比，判定其是否超过限界，实现对危险情况报警处理的功能。具体地，包括以下几部分内容：

第一、计算机图像处理单元。应用图像处理单元来进行检测，其中包括多种预处理的图像处理方法和计算三维坐标的关键部分一图像匹配以及最后用图像直观的显示检测的结果。

第二、图像采集单元。应用两个摄像头对列车前方进行拍摄，得到从不同角度拍摄的两幅图像，对这两幅图像进行处理进而得到检测结果。

第三、图像标定单元。两幅图像中对应点相应的位置差异是由景物中点的位置以及双目视觉系统中摄像机的相对位置、方向和物理特性决定的。一旦摄像机的属性一致，则图像对中对应点的三维空间坐标就可以确定。摄像机标定的目的就是建立有效的成像模型，并确定摄像机的内外部参数，以便正确地建立空间坐标系中物点和它在图像平面上像点之间的对应关系。摄像机模型除了提供图像上对应点空间与实际场景空间之间的映射关系外，还可以用于约束寻找对应点时的搜索空间，从而降低匹配算法的复杂性，减小误匹配率。

第四、图像匹配单元，计算物体的空间位置。已知空间中一点在一幅图像中的像点位置，在另一幅对应的图像中找到与其对应的像点位置，这就是图像的匹配。在已知两幅图像中的图像点并且它们是空间同一点的图像时，可以得到空间点的三维坐标即得到了物体的空间位置。

第五、对比单元。对空间物体位置与限界标准比较，判断其是否侵限。将物体的空间坐标与限界标准进行比较，如果空间位置在限界之内，那么物体超限，需要对其进行清理。

综上所述，本限界检测系统为非接触式的静态限界检测，建立了一个图像采集平台，自制了标定物体，建立了一个非线性摄像机成像模型。含摄像机内外参数的标定矩阵、求解镜头径向畸变参数、求解极限方程。采用在立方体上布置了网格线的标定物体完成摄像机的标定，制作、运算简单有效。

采用多种图像处理单元，包括多种滤波和锐化的装置，如中值滤波、平均滤波、梯度锐化、拉普拉斯锐化等等，可以针对采集到的目标图像选用合适的方法进行处理。

实现了物体的轮廓提取。设计了多种边缘检测的模块，如Robert、Sobcl、Prcwitt等，可以根据实际效果选用合适的模块。从结果可以看出，提取的物体轮廓很清晰、准确。

结合标定参数、极线方程、预处理后图像、物体轮廓图像，采用相似法、松弛迭代法以及分区法进行两幅图像的匹配，由匹配结果计算出物体的空间位置，将空间坐标与限界标准对比，得出是否超限的结论。系统能够对超限物体进行准确的标示。

以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种限界检测系统，其特征在于：包括图像采集单元、图像标定单元、图像匹配单元及对比单元，图像采集单元安装于列车前方，所述图像采集单元与图像标定单元连接，所述图像标定单元与图像匹配单元连接。

2.根据权利要求1所述的限界检测系统，其特征在于：还包括图像处理单元，所述图像处理单元与所述图像采集单元连接。

3.根据权利要求1所述的限界检测系统，其特征在于：所述图像采集单元为两个摄像头。

4.根据权利要求1所述的限界检测系统，其特征在于：所述图像采集单元采用CCD图像传感器进行图像距离的测量。

5.根据权利要求1所述的限界检测系统，其特征在于：所述图像采集单元与图像标定单元通过无线或有线的方式连接，所述图像标定单元与图像匹配单元也通过无线或有线的方式连接。

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