CN2820643Y

CN2820643Y - 列车踏面擦伤智能在线检测系统

Info

Publication number: CN2820643Y
Application number: CN 200420069240
Authority: CN
Inventors: 黄采伦; 张剑
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2014-11-23

Abstract

本实用新型公开了一种列车踏面擦伤智能在线检测系统，该系统包括设置在列车行进方向轨道定长区域的用于振动采集、磁敏位置检测和图像采集的探测装置以及与机务段计算机处理系统连接的计算机处理装置。采用在列车行进方向轨道定长区域设置多点位置传感器用于振动采集、磁敏检测和图像采集并结合计算机处理装置进行同步操作的方案，从而克服了人工检测阶段的精度低、速度慢和效率差的难题；使本实用新型具有工作可靠、操作便捷、效率高，大大减小了人工检测阶段的误差，显著降低了维护成本，并可实现对列车在线的快速修理与状态修理，从而确保了列车的安全运行和高效率运行；适用于铁路机车车辆踏面擦伤的全天候、全自动在线智能监测和故障诊断。

Description

列车踏面擦伤智能在线检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能检测系统，特别涉及一种用于列车踏面擦伤的智能在线检测系统。

背景技术

随着铁路向高速重载化方向的快速发展，对机车车辆安全行车进行快速有效的实时监测、故障诊断、运行控制、设备检修等问题更显凸现，亟待解决。特别是对铁路机车车辆轮轨系统的安全检查，目前的检测状况仍处在目测与简单工具测量相结合或凭经验听振动声音进行判断的人工检测阶段，由于受人为因素的影响，可靠性非常差；且工作条件恶劣、工作量大、测量速度慢、效率低、很难控制测量精度，存在检测结果不直观、数据整理缓慢、不便存档和需要进一步分析研究等缺点。而现有踏面擦伤的检查几乎是依靠乘务人员的检听报告和检车人员的听检；因而，无法有计划地及时纳入旋轮工序。在国外，某国因车轮造成的破坏就使部分铁路年损失达数十亿美元，其中包括检测、更换、修理钢轨和线路结构以及被损坏的车辆结构、轴承和货物的费用。造成车轮损坏的原因是车轮冲击负荷超过规定的限度，车轮踏面擦伤、车轮不圆都会导致损坏车轮；而较高的车轮负载、繁忙的运输、较高的运行速度和车辆超载均增加了车轮的损坏率。如果我们能较快地查明造成损坏轮子的原因，无疑会减少损坏程度和降低设备的维护费用。当然，有问题的车轮总会有一些听得着和看得见的迹象，运用上述人工检测也可查出存在缺陷车轮的大至情况。但有问题的车轮往往会在被查出和纠正之前造成破坏。更糟的是，当听到车轮异响，又不知道车轮损坏的程度和损坏的位置，当一旦列车停下，也无法准确判断故障存在的位置。所以，这种“带病工作”将继续下去而且会变为恶性循环。所以，这些“隐性”变坏的车轮会继续连续不断地撞击着钢轨，造成破坏，以致缺泛有效的办法来检测这些坏的车轮，或测量它的损坏程度或排除“隐性危害”。因此早期发现踏面擦伤并进行适当的处理，是机车车辆维修部门的一个重要的课题。由此，探讨实现对列车踏面的全天候、全自动地判型号、测速度、确定擦伤轮位和计算擦伤深度的智能探测与监测分析系统就成为必要了。

发明内容

针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种对列车运行状态进行全天候、全自动地判辨型号、测量速度、确定擦伤轮位和计算擦伤深度的用于列车踏面擦伤的智能在线检测系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：列车踏面擦伤智能在线检测系统，该系统包括设置在列车行进方向轨道定长区域的用于振动采集、磁敏位置检测和图像采集的探测装置以及与机务段计算机处理系统(CPS)连接的计算机处理装置。

为了提高系统的智能检测效果和实现结构的优化，控制对列车车轮踏面外形几何参数实现动态自动检测，其进一步的措施是：

所述探测装置包括设在轨道定长区域的多点位置传感器。

所述多点位置传感器包括设在①点、②点的振动采集传感器和设在①点、②点、③点的磁敏位置传感器。

所述探测装置包括设有摄像与激光器的图像采集装置。

所述图像采集装置，还包括设有遮光板、机械开闭器的投受光部保护装置。

所述计算机处理装置包括：a、将被测定“激光”光图像与外散射光图像进行图像比较后作出判断的图像处理单元；b、包括列车型号判定与行进速度测定器、擦伤轮位判定器、撞击速度计算器和擦伤深度计算器等判断擦伤轮位与擦伤深度处理单元；c、车轮廓形和踏面信息提取单元；d、包括系数求解器、待定点物方坐标求解器和踏面磨损测量器的车轮廓形坐标变换及踏面磨损测量单元。

本实用新型采用在列车行进方向轨道定长区域设置多点位置传感器用于振动采集、磁敏位置检测和图像采集并结合计算机处理装置进行同步操作的方案，从而克服了人工检测阶段的精度低、速度慢和效率差的难题；使本实用新型具有工作可靠、操作便捷、效率高，大大减小了人工检测阶段的误差，显著降低了维护成本，并可实现对列车在线的快速修理与状态修理，从而确保了列车的安全运行和高效率运行；可广泛适用于铁路机车车辆踏面擦伤的全天候、全自动在线智能监测和故障诊断。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图。

图2为本实用新型的被测机车参数示意图。

图3为本实用新型振动采集、磁敏位置检测结构示意图。

图4为本实用新型对车轮踏面形状的“光切断法”测定原理图。

图5为本实用新型的擦伤车轮踏面对钢轨撞击的参数示意图。

图6为加载于计算机装置的判断擦伤轮位与擦伤深度处理单元操作流程图。

图7为本实用新型的车轮廓形和踏面经二值化后的光带图像示意图。

图8为本实用新型的车轮踏面磨损检测原理图。

图9为结合于计算机装置的图像采集与摄像控制操作流程图。

图10为加载于计算机装置的主程序和图像处理操作流程图。

图中，1、磁敏位置传感器，2、振动采集传感器，3、列车行进方向，4、遮光板，5、摄像与激光器，6、同轴电缆，7、压缩空气瓶，8、机务段计算机处理系统，9、探测站计算机，10、踏面光源，11、踏面摄像机，12、侧面摄像机，13、侧面光源，14、轮对，15、基准槽。

具体实施方式

由附图1可见，列车踏面擦伤智能在线检测系统包括在列车行进方向3轨道定长区域设置用于振动采集、磁敏位置检测和图像采集的探测装置，在定长区域至少设有2对振动采集传感器2和设有3对磁敏位置传感器1(在两根轨道的相应位置对称设置)，以采集与检测通过的车辆。传感器的设置位置相对于图像采集部分为：第1测点传感器位于前面约30m处，第2测点传感器位于前面约3m处，且第1、2测点传感器由振动采集部分与磁敏位置检测部分构成，第3测点传感器只进行磁敏位置检测，位于后面约3m处。

振动采集部分与磁敏位置检测部分的基本结构如图3所示，由振动采集传感器2、磁敏位置传感器1、电荷放大器、磁信号放大器、振动采集与磁敏检测装置组成。其中1点和2点的两对磁敏位置传感器1检测来自一个方向的车轮的到达与通过，经磁敏检测放大器与振动采集和磁敏检测装置相接，与机务段计算机处理系统8连接的计算机处理装置配合完成对机车的检轴、判型、测速、定位。1点和2点的两对振动采集传感器2，经电荷放大器与振动采集和磁敏检测装置的A/D转换电路相接，由磁敏位置传感器1对通过列车进行判型、测速、定位后启动，与探测站计算机9装置配合完成对机车车轮运转一周内发生的振动作双通道同步高速采集，并结合探测站计算机9装置完成擦伤轮位判断与擦伤深度计算。

前述的振动检测方法，能准确的测量出车轮的擦伤位置和擦伤深度，但对车轮的常规磨损、光滑磨损、轮廓变形等损伤却无能为力。图1中的图像采集与控制装置包括遮光板4、摄像与激光器5、同轴电缆6、压缩空气瓶7，它们用于提取车轮廓形和踏面信息，进行车轮廓形的坐标变换及踏面磨损的测量等分析处理工作。如图4所示是应用“光切断法”测定原理对车轮踏面形状进行检测，它包括轮对14、基准槽15以及进行检测所需的踏面光源10、侧面光源13、踏面摄像机11、侧面摄像机12，采用2组摄像装置，一组用于车轮踏面部的踏面摄像机11，一组用于车轮侧面部的侧面摄像机12。向车轮的踏面部与内侧侧面部各自照射一细带状的“激光”光，激光源照射在轮对14基准槽15外围的区域，它们是踏面光源10、侧面光源11，利用2个CCD摄像机，摄取来自被照射部分车轮表面的“散射”光图像。“激光”光是在一个车轮通过的时候照射，用磁敏位置传感器1捕捉通过的车轮信号，采用高速随机光栅摄影。对所摄的图像，经滤波处理、细化处理，抽出“激光”光图像的中心线，算出车轮各部位的尺寸，由两者的测定结果算出轮对内侧距离。实际上车轮通过时左右要发生误差；所以对其进行各种修正后，才能获得所需尺寸精度。图像采集装置，还包括设有遮光板4、机械开闭器的投受光部保护装置。

由第1测点磁敏位置传感器1检测列车的进入，图像采集装置进入测定待机状态；并由第2测点磁敏位置传感器1识别前头车轮，打开光学部保护光栅，使用压缩空气瓶7的高压气，气洗该保护光栅玻璃面上的灰尘，并开始摄像；最后，以第3测点磁敏位置传感器1识别最后车轮的通过，停止摄像，闭锁保护光栅。这样，以第2测点磁敏位置传感器1与第3测点磁敏位置传感器1的组合来控制图像采集装置，只是在列车通过图像采集装置时打开光栅，从而使灰尘、降雨、降雪等对投受光部引起的不良影响降至最低限度。前述图像采集装置经电气绝缘后被固定在2根钢轨之间。由于该装置多是精密的光学仪器、电子器件，对图像采集装置，特别是对投受光部采取一定的环境保护措施，以延长其使用寿命。

(1)遮光板4的设置：直射阳光或周围的“散射”光被照射到车轮上时，会映现在CCD摄像机的车轮踏面图像上，同激光图像重叠。直射阳光为1万1x，与“激光”光源比较，为2倍以上亮度，因此，即使是单一波长“激光”光与狭通带光学滤波器的组合，要想控制在同等以下也是困难的。因此，在轨道线路两侧面设置长6m范围的遮光板4，以防止来自侧面的直射阳光。

(2)对图像处理中外散射光的处理措施：对遮光板4不能消除的、来自斜前方的外散射光，在计算机图像处理装置中，相应强化了被测定“激光”光图像与外散射光图像的识别功能。

(3)投受光部保护装置设有机械开闭器、压缩空气瓶7。对投受光部的保护是为了使该系统能适应室外使用，所以对“激光”光源与CCD摄像机的投受光面加强了降雨降雪或附着灰尘的保护措施，设有能将投受光面覆盖起来的机械开闭器，只在列车通过时打开，以使开放时间处于最短限度，并在开放时，用来自压缩空气瓶7的高压气，气洗投受光面，以防水滴等的附着。

为了实现列车车轮踏面的动态自动检测，要求列车以入库低速行进通过探测装置。由图3所示的振动采集与磁敏检测装置对通过列车进行振动采集和位置检测，以机车为例，由图2所示的机车参数示意图可知，根据各种不同型号机车车辆所涉及的轮重G_i、轮径l_j、轴距l_x、架距j_x、架长j_y等参数不同，作出是何种车型、那一轮位擦伤、擦伤深度Δh是多少及等效破坏性撞击的能量是多大的判断。然后，由图像采集装置按图4所示的“光切断法”测定原理对车轮踏面形状进行检测，系统根据成像几何学原理，由探测站计算机9处理装置对列车车轮踏面外形几何参数进行动态的测定，从而获取列车的动态工作状况。

计算机处理装置除完成常规的速度测量、振动采集、图像采集、与探测站上位机即机务段计算机处理系统8进行数据传输外，该计算机处理装置还包括：a、判断擦伤轮位与擦伤深度处理单元包括列车型号判定与行进速度测定器、擦伤轮位判定器、撞击速度计算器、擦伤深度计算器；b、图像采集与摄像控制单元是根据列车在第1、2、3测点的状态信息对摄像机、保护装置和图像采集过程进行控制；c、图像处理单元是将被测定“激光”光图像经图像预处理和二值化处理、边缘线性内插细化处理后求取车轮廓形的像坐标，通过物方坐标变换求得车轮廓形的实际尺寸并计算出踏面磨损量。

图6为加载于计算机装置的判断擦伤轮位与擦伤深度处理单元操作流程图。判断擦伤轮位与擦伤深度处理单元置于图1中的振动采集与磁敏检测装置内，包括列车型号判定与行进速度测定器、擦伤轮位判定器、撞击速度计算器、擦伤深度计算器。该处理单元在上电开始，首先进行初始化处理，然后与上位机即机务段计算机处理系统8通信，从探测站计算机9下载列车参数库，接下来对装置所连接的振动采集传感器2进行振动白噪声测试及磁敏位置传感器1自检，以保证每次测量的准确性和可靠性。自检通过后，依靠磁敏位置传感器1对列车进入情况进行判断，当无列车进入时，装置处于待机状态并继续判断；当无列车进入时，该处理单元开始如下工作：①根据列车的位置信息，向图像采集与控制装置发送相应的控制命令；②通过1、2测点的两对磁敏位置传感器1的测量数据，利用列车型号判定与行进速度测定器，准确地判出列车型号，测出当前的行进速度；③通过1、2测点的两对振动采集传感器2对进入测试区的车轮进行旋转一周的振动采集，运用擦伤轮位判定器、撞击速度计算器、擦伤深度计算器等计算出车轮擦伤的有关数据。该处理单元以单节车厢为单位进行检测，在完成上述工作后，判断车厢最后一轮对14是否已过2测点；如果未通过，则进行下一轮对14的测量；如果已通过，装置将测试结果发送到探测站计算机9，再次自检并进入待机状态；如此循环进行其他车厢的检测。

由图2、图3、图5、图6可见，列车型号判定与行进速度测定器，是根据不同型号列车具有不同的架距和轴距而且呈不同的比值，令j_x/l_x＝K为列车特征比的。磁敏位置传感器1可检出每个轮轴到达的准确时间，在速度变化中使计时比值不超过最小特征比差值ΔK_min时，在第二转向架的第一轮轴到达(j_x通过)即可确定车型：

K_{x} = t_{j_{x}} / t_{l_{x}} \cdot

而某一定车型的l_x和j_x又是一定的，故第二转向架的第二轴到达即可算出两个以上最新速度：

V_{i} = j_{x} / t_{j_{x}},

V_{j} = l_{x} / t_{l_{x}},

由此可得出列车进行速度。实测中，速度测定精确到0.15％～0.25％，车型判定准确无误。

擦伤轮位判定器可从机车参数示意图图2和振动检测部分结构图图3得知，振动采集开始后，两端的振动采集传感器2收到某一时刻t的振动将分别在t₁与t₂(均≥t)。用模拟振动法作如下测定：在两振动采集传感器2中点敲击振动时，t₁＝t₂，既说明两方向机械波在钢轨中传播了相同的距离，还说明振动采集传感器2输出的振动信号经线路、电荷放大器、数据采集系统和计算机的延时对称相等；在任一端点敲击振动时，Δt_L＝|t₂-t₁|就是机械波在钢轨L中的传播时间，从而测定了振动波在钢轨中的传播速度为：

v_{s} = L / {Δt}_{L}

根据v_s和任意Δt＝t₂-t₁，可确定任意撞击振动的即时位置x(t)为

x(t)＝(L-v_s.Δt)/2

其中，t当忽略电路和系统的延时而只考虑轨道延时为

t＝min(t₁，t₂)-Δt_L/2+Δt/2

而机车车轮i的任意瞬时位置S_i(t)可由机车车轮的行进方程与时刻t求得

S_i(t)＝V_i.t+l_i+d_s

式中，l_i为第i个轮子相对于最后一个轮子的距离；d_s为动态总初始位移，是最后一个轮子通过并计算速度和加速度后到开始采集的位移量；V_i要作加速度修正。理论上，必有一个S_i(t)等于x(t)；实际上，总有一个与x(t)最接近的S_i(t)，它就指明擦伤轮位i。因此，只要能测出振动就能判定擦伤轮位。

图5为撞击示意图，其撞击速度计算器是根据没有擦伤的机车在行进中没有额外的冲击振动而设有的。但实际上存在背景噪声，不过其振动值很小。擦伤车轮的踏面呈弦缺状，行进中将因此而产生对钢轨的撞击，其等效平均垂直撞击速度V_A直接与行进速度V_i有关，自然也与弦缺程度Δh有关，其示意图见图5所示。由图5所示可得

V_{A} / V_{i} = x / (R_{J} - Δh) \approx \sqrt{l_{j} Δh} / R_{J}

(Δh＜＜R_J)

其平均撞击时间为

t_{i} = 2 x / V_{i} = 2 \sqrt{l_{j} Δh} / V_{i}

因此，平均撞击速率为

V_{A} = V_{i} \sqrt{l_{j} Δh} / R_{J},

或

V_{A}^{2} = 4 V_{i}^{2} Δh / l_{j}

(l_j＝2R_J)

上式的物理意义很明显，撞击速度与行进速度成正比，与擦伤深度的平方根成正比，与车轮直径的平方根成反比。

擦伤深度计算器是对擦伤后的弦缺状车轮在行进中对钢轨撞击能量交换过程的计算。接受电能的持续时间等于碰撞机械的交换时间，即等于撞击时间t_i。而传感器采集电能为

E_{E} = V_{o}^{2} / R_{E} \cdot t_{i} = V_{o}^{2} / R_{E} \cdot 2 \sqrt{l_{j} Δh} / V_{i}

振动撞击的动能

E_{M} = \frac{1}{2} G_{i} V_{o}^{2} = 2 G_{i} V_{i}^{2} Δh / l_{j}

能量守恒与等价变换是擦伤深度等效计算的依据，因此有

{2 G}_{i} V_{i}^{2} Δh / l_{j} = K_{E} \cdot V_{o}^{2} / R_{E} \cdot 2 \sqrt{l_{j} Δh} / V_{i}

其中，K_E无量纲，计入了各个环节的近似线性变换系数，上式可进一步表示为

Δh / \sqrt{Δh} = l_{j} \sqrt{l_{j}} V_{o}^{2} / K_{R} G_{i} V_{i}^{3}

其中，K_R具有Ω量纲，称为等效变换电阻。最后求解出，等效擦伤深度计算式为

Δh = l_{j}^{3} V_{o}^{4} / {(K_{R} G_{i})}^{2} V_{i}^{6}

等效破坏性撞击能量的计算式为

V_{o}^{2} = (K_{R} G_{i}) \cdot V_{i}^{3} Δ h^{\frac{1}{2}} / l_{j}^{3 / 2}

各式中，Δh-擦伤深度(输出以mm表示)；l_j-车轮直径(m)；V_o-采集电压(V)；G_i--车轮均重(kg)；V_i-机车瞬速(m/s)；K_R-变换系数(Ω)。

前述式中Δh的最终求解公式中，K_R为变换系数，具有Ω量纲，它计入了各个环节的近似线性变换。它可以根据不同地点路基，不同季节温湿，不同列车型号(如各轮位的G_i不均重，K_R可与轮位i有关)，都赋给列车参数记录在计算机装置中自动实现，在实际中校准并自动取值。Δh的求解计算误差受各个参数的误差影响，设l_j误差1％，V_i误差0.3％，V_o误差12bit为0.05％，G_i入库车误差1％，它们造成Δh的最大总误差为：3×1％+4×0.05％+2×1％+6×0.3％＝7％，平均误差为3.5％左右，因此能够准确地定量测定0.5(甚至0.2)mm以上各种不同程度的擦伤。

上述采用振动检测方法，对被测列车进行了判型、测速、擦伤位置、擦伤深度的测量。为实现车轮廓形和踏面擦伤信息的提取，本实用新型还进行测量和处理。

图9为结合于计算机装置的图像采集与摄像控制操作流程图，该处理单元设置在图1中的图像采集与控制装置内。在上电开始并初始化完毕，一处于待机状态并等待接收振动采集与磁敏检测装置的有效命令，当接收到有效命令后，根据命令进行以下的测量与控制：①列车进入第1测点，使图像采集装置进入准备状态，等待下一命令；②轮对14首次到达第2测点，打开保护光栅并气洗光栅玻璃，开启激光源并采集并保存图像数据，采集完毕关闭激光源，等待下一命令；③轮对14非首次到达第2测点，开启激光源并采集并保存图像数据，采集完毕关闭激光源，等待下一命令；④列车最后一轮对14通过第3测点，闭锁保护光栅，将图像数据发送探测站计算机9，转入待机状态并等待接收有效命令。

图10为加载于计算机装置的主程序和图像处理操作流程图，该处理单元设置在图1中的探测站计算机9内，图像处理采用中断工作方式；图10的上半部分主程序菜单，下半部分为中断处理流程。主程序开始、初始化并开中断后，进入程序主菜单，主菜单设有：文件、列车参数管理、测量数据管理、查看、通信设置、测量设置、检测项目、检测结果分析、帮助等选择项。中断处理部分负责与振动采集与磁敏检测装置、图像采集与控制装置通信，根据中断入口地址及命令散转，完成如下基本处理：①向振动采集与磁敏检测装置下载列车参数，中断返回；②读取振动采集与磁敏检测装置的检测结果，以文件形式保存该数据，中断返回；③读取图像采集装置的图像数据，进行图像预处理和二值化处理、边缘线性内插细化、求取车轮廓形的像坐标、物方坐标变换、踏面磨损量计算等处理，以文件形式保存该处理结果，中断返回。

由图4、图7、图8、图9、图10可见，首先，为消除背景光的影响，提取有用光带信息，除了图4所示对车轮踏面形状的“光切断法”测定原理及相应的措施外；对由摄像机摄入的含有车轮廓形和踏面特征的光带图像信息作图像预处理和二值化处理。其次，对光带进行细化，找出光带的中心线，即为车轮廓形信息。最后，对此中心线进行坐标变换，即进行物方坐标解算，从而求得车轮的实际廓形和踏面尺寸。由于摄像机在偏倾角状态下采集图像数据，因此应用线性内插数学方法对光带细化。在灰度加权线性内插细化算法的基础上，提出了一种提取光带中心线的新算法：边缘线性内插细化算法。它比灰度加权算法的计算速度至少快2～3倍，由于边缘线性内插细化算法与灰度加权算法均用灭点来求中心线，同样具有很高的精度。

边缘线性内插细化算法是：在提取光带中心线时，先用试验方法，根据中心投影原理求得侧面和踏面图像的成像灭点；再由灭点按一定的斜率间距发出一系列倾斜线，如图7所示。图7为车轮廓形和踏面经二值化后的光带图像示意图，用它来说明边缘线性内插算法的实现原理。图中，V(x₀，y₀)为灭点，A(x₁，y₁)为提取光带中心线的起始点；B(x₂，y₂)为其终止点，C(x₃，y₃)为由A和B决定的计算转折点。K₁为起始斜率，K₂为终止斜率，K₃为由V和C所确定的转折点的斜率。

由图7的光带图像示意图可知，K₂＞K₃＞K₁，为准确确定光带中心线的坐标，可把光带分成K₁～K₃段和K₃～K₂段两部分来求光带中心线，具体做法如下：

(1)K₁～K₃段，当K₃＞K_i＞K₁时

y＝K_i(x-x₀)+y₀即

x = \frac{y - y_{0}}{K_{i}} + x_{0}

沿该直线变化y，求x，可找到该直线与光带相交的两个边缘点D₁(x_i1，y_i1)和F₁(x_i2，y_i2)，其中点E₁的坐标为

\{\begin{matrix} x_{e 1} = \frac{x_{i 1} + x_{i 2}}{2} \\ y_{e 1} = \frac{y_{i 1} + y_{i 2}}{2} \end{matrix}

E₁(x_e1，y_e1)是斜率为K_i时，光带中心点像坐标。

(2)K₃～K₂段，当K₂＞K_j＞K₃时

y＝K_j(x-x₀)+y₀

沿该直线变化x，求y，可找到该直线与光带相交的两个边缘点D2(x_j1，y_j1)和F2(x_j2，y_j2)，其中点E2的坐标为

\{\begin{matrix} x_{e 2} = \frac{x_{j 1} + x_{j 2}}{2} \\ y_{e 2} = \frac{y_{j 1} + y_{j 2}}{2} \end{matrix}

E₂(x_e2，y_e2)是斜率为K_j时，光带中心点像坐标。由E₁和E₂所组成的坐标集(x，y)为光带中心线，即为车轮廓形的像坐标。

车轮廓形的坐标变换及踏面磨损测量单元。由图8所示车轮踏面磨损检测原理图可见，该单元在用两台CCD摄像机摄取同一车轮的侧面和踏面光带图像时，由于摄像机主光轴与测量面不正交，即在它们之间存在偏倾角，经细化后求得的光带中心线不能代表真正的车轮廓形；因此需对其进行坐标交换，即对其进行解析纠正。因为我们无法确切知道CCD摄像机的内、外方位元素，所以采用近景摄影测量中的二维直接线性交换算法进行解析纠正，其关系式为

\{\begin{matrix} x + \frac{l_{1} X + l_{2} Y + l_{3}}{l_{7} X + l_{8} Y + 1} = 0 \\ y + \frac{l_{4} X + l_{5} Y + l_{6}}{l_{7} X + l_{8} Y + 1} = 0 \end{matrix}

式中，x、y为摄像机摄取的光带中心线未纠正像点的像方坐标，X、Y为x、y所对应像点的物方坐标；l₁、l₂、……、l₈为8个投影坐标变换系数。车轮廓形的坐标变换及踏面磨损测量单元还包括如下的系数求解器、待定点物方坐标求解器和踏面磨损测量器。

系数求解器是将标准控制网格板平放在1818立体坐标量测仪上，精确测出网格交点，即为物方坐标X和Y。用此网格板替代车轮正直放在图像采集光学系统的光带中心线下，摄取标准控制格网图像。在求解8个l系数时，至少需要4个控制点。为提高求解l的精度，通常可从标准控制网格上选取合适的8～10个网格交点作控制点；再从标准控制网格图像上提取这些控制点的像方坐标x和y。此时可用上式求得8个l系数的最小二乘解。

待定点物方坐标求解器。在求得l系数后，只要已知光带中心线的坐标值，就可求得相应点的物方坐标值，达到解析纠正的目的。取A＝l₇X+l₈Y+1，上式可写为

\{\begin{matrix} x + \frac{1}{A} (l_{1} X + l_{2} Y + l_{3}) = 0 \\ y + \frac{1}{A} (l_{4} X + l_{5} Y + l_{6}) = 0 \end{matrix}

取A的初始值A°＝1，迭代解算上述方程组，可求得待定点的物方坐标值X、Y，即为经解析纠正后的车轮廓形的实际尺寸(单位为mm)。把踏面和侧面廓形图拼接，再乘上显示比例因子，即得实际车轮廓形的屏幕显示图。

踏面磨损测量器。在求得车轮廓形的实际尺寸后，可得轮缘高度h_y；如图8所示，根据车轮标准直径d_B和前面测得的实际车轮直径d_j，用计算机装置自动算出踏面磨损量ΔR为

ΔR = h_{y} - \frac{({2 h}_{y} + d_{j}) - d_{B}}{2}

本实用新型是以机车车辆入库低速5～10KM/h为基本应用环境，由振动检测与图像采集完成对机车车轮擦伤参数的探测，然后结合加载于计算机同步流程中各模块器件，实现对机车车轮动态的自动检测。

以上所述仅仅是本实用新型的一个较佳实施例。据此，本领域的熟练人员还可对其作出各种修改和变换。例如：修改和变换有关检测参数，然而，类似的修改和变换均属于本实用新型的范围。

Claims

1、列车踏面擦伤智能在线检测系统，其特征在于该系统包括设置在列车行进方向轨道定长区域的用于振动采集、磁敏位置检测和图像采集的探测装置以及与机务段计算机处理系统连接的计算机处理装置。

2、根据权利要求1所述的列车踏面擦伤智能在线检测系统，其特征在于所述探测装置包括设在轨道定长区域的多点位置传感器。

3、根据权利要求2所述的列车踏面擦伤智能在线检测系统，其特征在于所述多点位置传感器包括设在①点、②点的振动采集传感器和设在①点、②点、③点的磁敏位置传感器。

4、根据权利要求1所述的列车踏面擦伤智能在线检测系统，其特征在于所述探测装置包括设有摄像与激光器的图像采集装置。

5、根据权利要求4所述的列车踏面擦伤智能在线检测系统，其特征在于所述图像采集装置，还包括设有遮光板、机械开闭器的投受光部保护装置。