CN206954227U - 轨道板检测车以及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供的一种轨道板检测车以及系统，涉及数据检测领域，轨道板检测车包括车轮、车架、车箱体、推杆、微处理器以及与所述微处理器电连接的旋转编码器、线结构激光器以及服务器；所述车架的一端与所述车轮连接，另一端与所述车箱体连接，所述推杆设置在所述车箱体上，所述旋转编码器用于采集所述车箱体的移动速度，所述线结构激光器设置在所述车箱体的端部，且设置在所述车箱体面向所述车轮的端面，该检测车能够自动化、智能化、高效且准确地对轨道板的离缝进行自动识别，避免人工夜间目检容易漏检的问题，减少了人力投入，增加了检测效率。

Description

轨道板检测车以及系统

技术领域

本实用新型涉及数据检测领域，具体而言，涉及一种轨道板检测车以及系统。

背景技术

目前，在国内高铁线路应用中，无砟轨道已经大量投入使用。在施工以及天气等因素的共同作用下，无砟轨道普遍存在离缝。离缝是板式无砟轨道特有的结构不平顺原因之一，在运营阶段，离缝会引起轨道板在列车荷载作用下将反复“拍打”充填层，造成充填层或者轨道板伤损，严重的将导致无砟轨道系统失效。轨道板板间离缝一旦形成就会造成较大的危害，会降低无砟轨道的耐久性，降低轨道的绝缘性能，削弱轨道的承载力，同时还可能会对无砟轨道的使用安全造成不利影响，严重的还会造成安全隐患。

然而，国内外目前对无砟轨道板离缝还停留在理论研究上，日常维护主要依靠人工目检的方式，但工务上道检查基本上是在夜间，采用辅助照明的方式人工目检，效率很低而且离缝对肉眼来说比较微小，夜间检查很容易漏检，效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种轨道板检测车以及系统，能够自动化、智能化、高效且准确地对轨道板的离缝进行自动识别，避免人工夜间目检容易漏检的问题，减少了人力投入，增加了检测效率。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种轨道板检测车，包括：车轮、车架、车箱体、推杆、微处理器、以及与所述微处理器电连接的线结构激光器、旋转编码器以及服务器；所述车架的一端与所述车轮连接，另一端与所述车箱体连接，所述推杆设置在所述车箱体上，所述旋转编码器用于采集所述车箱体的移动速度，所述线结构激光器设置在所述车箱体的端部，且设置在所述车箱体面向所述车轮的端面，用于以与所述车箱体的移动速度匹配的频率采集轨道板与支撑层交界处表面的三维数据，所述微处理器用于获取所述三维数据，并将所述三维数据发送给所述服务器，所述服务器用于所述三维数据，判断是否产生离缝。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种轨道板离缝与裂缝检测系统，所述系统包括轨道板检测车以及用户终端，所述用户终端与所述轨道板检测车的所述微处理器建立通信连接，用于接收初始化信息，并将所述初始化信息发送给所述微处理器，所述轨道板检测车放置在轨道板上，用于检测所述轨道板是否存在离缝。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型实施例提供了一种轨道板检测车以及系统，通过推动推杆使得放置在轨道上的轨道板检测车在轨道上移动，同时，旋转编码器采集车箱体的移动速度，线结构激光器采集轨道板与支撑层交界处表面的三维数据，微处理器将三维数据发送给服务器，服务器通过分析三维数据，判断轨道板是否产生了裂缝。传统的检测方法需要3人分别在轨道两侧同时检查，每小时大约检测3KM的轨道，而且很容易漏检，采用轨道板检测车来对轨道板进行检测，减少了人力投入，增加了检测效率，且简化了检测过程，自动化的检测不易漏检。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的轨道板检测车的结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的轨道板检测车的结构框图；

图3是本实用新型第一实施例提供的线结构激光器获取轨道板两侧表面的点云数据的示意图；

图4是本实用新型第一实施例提供的相机的结构框图；

图5是本实用新型第一实施例提供的相机标定拍摄的图像的示意图；

图6是本实用新型第一实施例提供的横向拼接示意图；

图7是本实用新型第一实施例提供的激光测距仪的结构框图；

图8是本实用新型第一实施例提供的车箱体的结构示意图；

图9是本实用新型第一实施例提供的报警装置的结构框图；

图10是本实用新型第二实施例提供的轨道板检测系统的结构示意图。

图标：100-轨道板检测车；110-车轮；111-滚动部；112-固定部；120-车架；130-车箱体；131-主箱体；132-端部箱体；133-凹槽；134-报警装置；140-推杆；150-微处理器；160-旋转编码器；170-线结构激光器；180-服务器；190-相机；191-激光测距仪；192-灯板；200-轨道板检测系统；210-用户终端。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请结合图1和图2，本实施例提供一种轨道板检测车100，其包括车轮110、车架120、车箱体130、推杆140、微处理器150以及与所述微处理器150电连接的旋转编码器160、线结构激光器170以及服务器180。

其中，所述车架120的一端与所述车轮110连接，另一端与所述车箱体130连接。

车架120的数量可以为两个，并如图1所示的设置在车箱体130上。为了减轻轨道板检测车100的重量，车架120可以采用拱形结构，进一步地，车架120可以采用高强度合金钢数控加工成型，在节约材料的同时，也减轻了整体的质量，还保证了车架120的钢性与强度。

车轮110的数量可以为四个，每个车架120上设置两个车轮110。进一步地，车轮110可以包括滚动部111和固定部112，滚动部111和固定部112之间通过螺钉连接。滚动部111用于放置在铁轨上，固定部112的尺寸大于滚动部111的尺寸，用于防止滚动部111滑出铁轨。

同样的，所述车架120也可以通过螺钉与车箱体130可拆卸连接，便于拆卸和运输。

推杆140设置在所述车箱体130上，当工人需要对铁轨进行检查时，可以手握推杆140推动轨道板检测车100在铁轨上前进，或者手拉推杆140，拉动轨道板检测车100在铁轨上前进。

所述微处理器150、旋转编码器160以及线结构激光器170均设置在所述车箱体130上。

旋转编码器160是一种集光机电技术于一体的速度位移传感器，把旋转编码器160可以用来采集车箱体130的移动速度。

线结构激光器170可以设置在所述车箱体130的端部，且设置在所述车箱体130面向所述车轮110的端面。当把轨道板检测车100在铁轨上推行时，线结构激光器170的位置与轨道板与支撑层交界处位置相对应。进一步地，可以在车箱体130的两个端面都设置线结构激光器170，用于采集两边轨道板与支撑层交界处表面的三维数据。

在工作过程中，线结构激光器170可以以车箱体130的移动速度匹配的频率向轨道板与支撑层交界处表面不断发出激光，线结构激光器170通过分析激光线在图像中的位置，根据事先标定的参数通过计算可以获取轨道板与支撑层交界处表面的三维数据，并把三维数据通过数据接口发送给微处理器150。

微处理器150是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，可以接收线结构激光器170发送的三维数据，并将三维数据转发给服务器180。

服务器180可以是独立服务器，也可以是由多个独立服务器组成的集成服务器，具有数据处理的能力。服务器180可以与微处理器150建立远程通信连接，接收微处理器150转发的三维数据，并基于三维数据判断是否产生了离缝。

进一步地，服务器180可以基于线结构激光器170发送的三维数据得到的轨道板与支撑层表面的相对高度以及历史数据，判断轨道板是否产生离缝。

更进一步地，请参看图3，线结构激光器170扫描轨道板两侧表面的点云数据(三维数据)，通过点云数据分析算法计算轨道板表面与支撑层表面的高度差，以未出现离缝时的轨道板表面与支撑层表面的高度差为历史数据，通过比对高度差判断分析轨道板是否产生了离缝，例如高度差大于所述历史数据，判断产生了离缝。

提供扫描的板块点云数据是从整个轨道点云数据中提取出来的，无法直观展示单个板块的点云数据以及计算该板块的高度信息，需要将该点云数据的坐标进行坐标转换到自定义坐标系的坐标。

自定义坐标系的定义：当前轨枕的中心(Center)为原点，该轨枕中心指向下一个轨枕的中心(NextCneter)为Y轴正向，方向向量为vector；与向量vector垂直且在z＝Center.Z平面上的向右的方向为X轴正向；同时垂直于X轴、Y轴向上的方向为Z轴正向。

计算坐标转换矩阵：计算方向向量vector与点云坐标原始坐标系的XOY角度α，方向向量投影到XOY平面与X轴角度β，计算出旋转矩阵matrix(3*3)。转换原始点云数据坐标到自定义坐标系的坐标，如原始点云数据中某点坐标为(x,y,z),自定义坐标系下该点坐标为(X,Y,Z)。

将所有的点云数据投影到XOZ平面上，并将点云数据按照Z坐标从小到大进行排序。

根据标准的轨枕板块厚度、设备层厚度以及填充层厚度三个参数将该板块的某个角点的点云数据按Z坐标从大到小分割成3块(如果没有设备层则分割成2块Block1,Block2)Block1，Block2，Block3。

分割的每块点云计算之前，需要过滤掉影响计算的一些噪点数据，本算法中采用的是先使用距离过滤，然后采用角度过滤两种方法。过滤后三块点云Block1，Block2，Block3中点的个数分别为size1，size2，size3。

将每块点云数据投影到XOZ平面上，同时将每块点云数据按照Z坐标从小到大进行排序。

轨道板除了会产生离缝之外，还会产生裂缝。为了对裂缝进行检测，作为一种实施方式，请参看图4，所述轨道板检测车100还可以包括多个相机190。所述多个相机190设置在所述车箱体130靠近所述车架120的一面，用于采集轨道板的图像信息。所述微处理器150还用于获取所述图像信息，并将所述图像信息发送给所述服务器180，所述服务器180还用于分析所述三维数据，判断轨道板是否产生离缝。

优选地，相机190的数量可以为五个，且可以是像素为1600*1200的工业相机。五个工业相机相隔相同的间距设置在车箱体130朝向车架120的一面的一条直线上，且可以同频率采集轨道板的高清图像信息，并通过相机190的数据接口同时发送给微处理器150。

进一步地，所述服务器180可以基于五个相机190同时发送的五个轨道板图像信息，拼接成一幅高分辨率、大视角的轨道板图片。服务器180通过获取该图片的斑点噪声，并将该斑点噪声与预设值进行比对，判断轨道板是否产生裂缝，例如该斑点噪声大于预设值，则判断该位置的轨道板产生了裂缝。

其中，服务器180将五个轨道板图像信息，拼接成一幅图片主要包括去除畸变、图像配准以及图像融合过程。

相机190采集的图像都存在一定的变形，变形包括图像畸变和透视变形。图像畸变来源于相机190使用的镜头，透视变形来自于相机190观察物体的视角变化。在进行后续拼接步骤之前，需要去除这两方面的影响。使得相邻图像在重叠区相同，拼接效果最好。

相机190标定所用平面标定模板，通过获取5幅不同方向的图像(图5)，来得到空间坐标与图像坐标之间的对应。然后通过优化计算得到相机190成像模型和畸变模型中的各个参数值。

相机190标定后，得到每台相机190的参数。为了消除透视变形，利用参数对每台相机190的图像进行重投影，得到虚拟成像图像，即把多台相机190的图像重新投影为一个公共的投影中心、焦距和观察位置/视角的图像，并在此过程中去除畸变，得到一个理想的没有变形的图像。

图像配准是指相邻图像间重叠部分的纹理特征在图像空间上配准，即得到图像之间的相对平移和旋转。由于相机190的个体差异、安装的不完美，多台相机190之间不可能得到完美的垂直方向成像。

图像配准在本方案中分为两个部分：横向多台相机190之间的图像配准、横向已拼好的图像之间的纵向配准。前者得到一个轨道板横向的完整图像，后者则在前者基础上，得到一个完整的轨道板图像。

在横向上，相机190的安装位置和方向是固定不变的。因此，横向的配准是通过在相机190标定时使用同一参考坐标系实现。也就是通过标定，已经得到了相机190之间的相对位置和姿态。

图6为横向拼接过程，图中a-e为单幅图像重投影后已经实现了去畸变和配准；f为拼接后的图像，轨道板上的网格状控制点实现了准确配准。

纵向配准是为了从横向配准的结果中拼接得到完整的轨道板图像。有两种技术可以实现：定距离拍摄模式下的固定拼接、任意拍摄模式下的特征配准拼接。

定距离拍摄是指相机190的曝光是在编码器的控制下，按照固定的行驶距离拍摄图像。任意拍摄模式下，行驶距离大致相同，需要通过提取图像上的同名特征点来实现配准。

图像融合技术是通过一种特定算法将两幅或多幅图像合成一幅新图像的过程，这样能使拼接后的图像在视觉上保持一致，这个处理一般主要是在两幅待拼接图像的重叠区域内进行。

图像融合的分类方式有多种。依据图像融合的方式，图像融合可分为传统融合方法，最佳缝合线的融合方法、多分辨率融合方法和泊松融合算法。本方案采用多分辨率融合方法。把图像分解成一组带通图像，它在每一频带内利用不同的加权函数进行融合。采用Burt-Adelson多分辨率样条算法来融合多个图像。

由于轨道板的颗粒特性，路面图像背景具有颗粒纹理特征，在裂缝目标识别时表现为斑点噪声。服务器180通过获取图片的斑点噪声，并将斑点噪声与预设值进行比较，若斑点噪声大于预设值，判断产生了裂缝。

此外，请参看图7，作为一种实施方式，所述轨道板检测车100还可以包括激光测距仪191，所述激光测距仪191设置在所述车箱体130靠近所述车架120的一面，用于测量所述轨道板与自身的距离。所述旋转编码器160还用于记录所述车箱体130的移动里程，所述微处理器150还用于基于所述距离以及所述移动里程，推算所述轨道板检测车100所在的轨道板的编号与轨枕的编号，通过距离的变化确定车箱体130位于轨枕的上方，还是位于轨道板交接处上方。在检测到所述轨道板检测车100位于轨枕上方时，触发所述相机190采集轨道板的图像信息。

进一步地，可以根据各种轨道板连接处的特征建立模型，微处理器150根据测得的数据进行匹配，自动识别轨道板连接位置。

请参看图8，为了便于运输，所述车箱体130可以采用分段式结构，例如包括主箱体131以及分别与所述主箱体131的一侧活动连接的两个端部箱体132，其中，两个所述端部箱体132相对设置。

所述相机190的数量为五个，三个所述相机190设置在所述主箱体131上，两个所述端部箱体132上分别设置一个所述相机190，五个所述相机190排列在一条直线上。

此外，请继续参看图8，为了能够给相机190在进行拍照时提供足够的光源，所述轨道板检测车100还可以包括多块灯板192。每块所述灯板192包括板体以及多颗LED灯珠，所述LED灯珠设置在所述板体的一个端面上，所述板体与所述车箱体130连接，以使所述LED灯珠朝向所述车轮110，LED灯珠与微处理器150电连接。进一步地，可以在每个相机190的两侧对称的设置灯板192。LED可以采用锂电池供电，减小功耗。在工作时，微处理器150可以控制LED灯珠以与相机190曝光时间同步频闪，对相机190起到提供光源的目的。

为了便于运输，每块所述灯板192可以通过合页与所述车箱体130活动连接，以使所述灯板192可折叠，减小了运输体积。

车箱体130靠近车架120的一面开始也凹槽133，所述相机190可以设置在凹槽133内，防止在推行过程中，损坏相机190。

此外，请参看图9，所述轨道板检测车100还可以包括报警装置134，例如蜂鸣器或者扬声器。报警装置134可以设置在车箱体130上，与微处理器150电连接。服务器180监测到裂缝或者离缝时，可以向微处理器150发送指令，以使微处理器150可以驱动报警装置134进行报警。

轨道板检测车100的工作原理是：通过推动推杆140使得放置在轨道上的轨道板检测车100在轨道上移动，同时，旋转编码器160采集车箱体130的移动速度，线结构激光器170采集轨道板与支撑层交界处表面的三维数据，服务器180通过分析三维数据，判断轨道板是否产生了离缝。传统的检测离缝的方法需要3人分别在轨道两侧同时检查，每小时大约检测3KM的轨道，而且很容易漏检，采用轨道板检测车100来对轨道板进行检测，减少了人力投入，增加了检测效率，且简化了检测过程，自动化的检测不易漏检。

第二实施例

请参照图9，本实施例提供一种轨道板检测系统200，其包括第一实施例任一实施方式提及的轨道板检测车100以及用户终端210，所述用户终端210与所述轨道板检测车100的所述微处理器150建立通信连接。

用户终端210可以是工业平板、手机等，可以获取用户输入的轨道板的初始化信息，并将所述初始化信息发送给所述微处理器150。其中，初始化信息包括：起始里程、起始轨枕号以及起始轨道板编号。

所述轨道板检测车100可以放置在轨道板上，用于检测轨道板是否存在离缝。

综上所述，本实用新型实施例提供一种轨道板检测车以及系统，通过推动推杆使得放置在轨道上的轨道板检测车在轨道上移动，同时，旋转编码器采集车箱体的移动速度，线结构激光器采集轨道板与支撑层交界处表面的三维数据，服务器通过分析三维数据，判断轨道板是否产生了离缝。传统的检测离缝的方法需要3人分别在轨道两侧同时检查，每小时大约检测3KM的轨道，而且很容易漏检，采用轨道板检测车来对轨道板进行检测，减少了人力投入，增加了检测效率，且简化了检测过程，自动化的检测不易漏检。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道板检测车，其特征在于，包括：车轮、车架、车箱体、推杆、微处理器以及与所述微处理器电连接的旋转编码器、线结构激光器以及服务器；所述车架的一端与所述车轮连接，另一端与所述车箱体连接，所述推杆设置在所述车箱体上，所述旋转编码器用于采集所述车箱体的移动速度，所述线结构激光器设置在所述车箱体的端部，且设置在所述车箱体面向所述车轮的端面。

2.根据权利要求1所述的轨道板检测车，其特征在于，所述轨道板检测车还包括多个相机，所述多个相机设置在所述车箱体靠近所述车架的一面，且与所述微处理器电连接，所述多个相机用于采集轨道板的图像信息。

3.根据权利要求2所述的轨道板检测车，其特征在于，所述车箱体包括主箱体以及分别与所述主箱体的一侧活动连接的两个端部箱体，两个所述端部箱体相对设置，所述相机的数量为五个，三个所述相机设置在所述主箱体上，两个所述端部箱体上分别设置一个所述相机，五个所述相机排列在一条直线上。

4.根据权利要求2所述的轨道板检测车，其特征在于，所述车箱体靠近所述车架的一面开设有凹槽，所述相机设置在所述凹槽内。

5.根据权利要求1所述的轨道板检测车，其特征在于，所述轨道板检测车还包括激光测距仪，所述激光测距仪设置在所述车箱体靠近所述车架的一面，用于测量所述轨道板与所述激光测距仪自身的距离。

6.根据权利要求1所述的轨道板检测车，其特征在于，所述轨道板检测车还包括多块灯板，每块所述灯板包括板体以及多颗LED灯珠，所述LED灯珠设置在所述板体的一个端面上，所述板体与所述车箱体连接，以使所述LED灯珠朝向所述车轮。

7.根据权利要求6所述的轨道板检测车，其特征在于，每块所述灯板通过合页与所述车箱体活动连接，以使所述灯板可折叠。

8.根据权利要求1或2所述的轨道板检测车，其特征在于，所述轨道板检测车还报警装置，所述报警装置与所述微处理器电连接。

9.根据权利要求1或2所述的轨道板检测车，其特征在于，所述车架呈拱形。

10.一种轨道板检测系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-9中任一所述的轨道板检测车以及用户终端，所述用户终端与所述轨道板检测车的所述微处理器建立通信连接。