CZ14751U1

CZ14751U1 - Apparatus for measuring spatial barrier transparency

Info

Publication number: CZ14751U1
Application number: CZ200415679U
Authority: CZ
Inventors: Jiří Ing. Rotrekl; Vít Ing. Bureš
Original assignee: Jiří Ing. Rotrekl; Vít Ing. Bureš
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2004-09-23

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká zařízení pro měření prostorové průchodnosti dopravních cest, zejména tratí nebo silnic.The technical solution relates to a device for measuring the throughput of traffic routes, especially tracks or roads.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Doposud známá zařízení pro měření prostorové průchodnosti tratí nebo silnic jsou tvořena videovým systémem namontovaným na vozidlo. Na základě snímků získaných tímto systémem se potom provádí následné vyhodnocování prostorové průchodnosti trati, které je však nepřesné a náročné na obsluhu a čas.So far known devices for measuring the throughput of tracks or roads are formed by a video system mounted on a vehicle. Based on the images obtained by this system, subsequent evaluation of the spatial throughput of the track, which is inaccurate and difficult to operate and time, is then carried out.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Cílem tohoto technického řešení je proto vytvoření takového zařízení, které umožní dostatečnou kapacitu a přesnost systému, umožní stanovení osy koleje z hodnot získaných modulem geometrických parametrů koleje, zajistí bezpečnost pracovníků provádějících měření, bude jednoduché na obsluhu a umožní vstup dat do ústředního registru mimořádných zásilek, umožní plně automatizovanou diagnostickou technologii, vyhledávání, 3D měření, hodnocení, archivaci, zajistí výstupní informaci o překážce a to i v 3D a zajistí prostorovou charakteristiku objektů.Therefore, the aim of this technical solution is to create such a device that allows sufficient capacity and accuracy of the system, allows the track axis to be determined from the values obtained by the track geometric parameters module, ensures the safety of the measurement personnel, is easy to operate, and allows data entry to the central emergency mail register it enables fully automated diagnostic technology, searching, 3D measurement, evaluation, archiving, ensures output information about the obstacle, even in 3D and ensures spatial characteristics of objects.

Vytyčeného cíle je dosaženo zařízením pro měření prostorové průchodnosti podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno vozidlem, na kterém jsou umístěny laserové snímače průřezu, napojené na vyhodnocovací jednotku.The object is achieved by a device for measuring the spatial throughput according to the invention, which consists in the fact that it consists of a vehicle on which the laser cross-section sensors are connected, connected to the evaluation unit.

Laserové snímače průřezu pracují na principu rotujícího laseru. Vysílač vyšle modulovaný laserový paprsek rozmítaný pomocí rotujícího hranolu. Laserový paprsek se odrazí od měřeného objektu a vrací se zpět k přijímači. Na základě časových údajů o vyslání a přijetí laserového paprsku je vyhodnocen čas letu paprsku. Z údaje lze vypočítat vzdálenost objektu, od kterého se paprsek odrazil. Laserový snímač dále poskytuje přesnou polohu rotujícího hranolu. Oba tyto údaje popisují v polárních souřadnicích profil v rovině rotujícího laseru.Laser cross-section sensors work on a rotating laser principle. The transmitter sends a modulated laser beam scanned with a rotating prism. The laser beam bounces off the measured object and returns to the receiver. On the basis of the time data of sending and receiving the laser beam, the flight time of the beam is evaluated. From the data, you can calculate the distance of the object from which the beam bounced. The laser sensor further provides the exact position of the rotating prism. Both of these data describe the polar plane profile of the rotating laser.

Vyhodnocovací jednotka zpravidla obsahuje modul pro zabezpečení komunikace s laserovými snímači a zpracování dat, napojený na centrální počítač. Propojení je realizováno počítačovou sítí LAN a centrální počítač má za úkol zabezpečit komunikaci celého systému, zadávání vstupních parametrů a vizualizaci dat, jednotné nastavení a pasportizaci dat, pomocí zaváděcích souborů, jednotný kilometrický průběh měření, zadání identifikačních značek pro všechny systémy, časovou synchronizaci měření a kompletaci měřených dat od jednotlivých systémů.Typically, the evaluation unit comprises a module for securing communication with the laser sensors and data processing connected to the central computer. Interconnection is realized by computer network LAN and the central computer has the task to secure communication of the whole system, input of input parameters and data visualization, unified setting and passporting of data, using boot files, uniform mileage of measurement, entering identification marks for all systems, time synchronization of measurements and assembly of measured data from individual systems.

Pro účely měření železniční trati je vyhodnocovací jednotka opatřena modulem pro měření geometrických parametrů koleje, připojeným k centrálnímu počítači. Tak se určí osa koleje, kterou lze definovat na základě změřených a vypočtených geometrických parametrů koleje.For the purpose of measuring the railway track, the evaluation unit is equipped with a module for measuring the geometric parameters of the track connected to the central computer. This determines the track axis that can be defined based on the measured and calculated track geometry parameters.

Dále je možno centrální počítač rozšířit o modul záznamu videa. Připojená barevná videokamera snímá celkovou situaci na trati. Data jsou digitalizována, zpracována, komprimována a uložena na disk. Do vlastního videosignálu jsou vložena textová data vyjadřující kilometrickou polohu. Tento videozáznam slouží k vizuálnímu posouzení nasnímaného profilu trati.Furthermore, the central computer can be extended with a video recording module. The connected color video camera captures the overall track situation. Data is digitized, processed, compressed, and stored on disk. The kilometer position text data is embedded in the actual video signal. This video is used for visual assessment of the track profile captured.

Vyhodnocovací jednotku lze napojit na systém pro určování polohy zařízení a lze je napojit také na modul pro bezdrátový přenos dat, zpravidla využívající technologii GPRS.The evaluation unit can be connected to a device positioning system and can also be connected to a wireless data transfer module, usually using GPRS technology.

Laserové snímače průřezu jsou opatřeny vytápěcím modulem. Tím je zabezpečena ochrana proti zamlžení a orosení průzoru laseru a také se tím umožňuje práce zařízení i pod bodem mrazu.Laser cross-section sensors are equipped with a heating module. This provides protection against fogging and dew condensation of the laser window and also allows the device to operate even below freezing point.

-1 CZ 14751 Ul-1 CZ 14751 Ul

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Zařízení pro měření prostorové průchodnosti podle technického řešení je znázorněno na přiložených výkresech, kde je na obr. 1 znázorněno blokové schéma zapojení zařízení, na obr. 2 je znázorněno umístění zařízení na kolejích a současně je zde znázorněno měření průřezu, na obr. 3 je rovněž znázorněno zařízení podle technického řešení se znázorněním čelního vyzařování laserových paprsků a na obr. 4 je potom znázorněn pohled na obrazovku zařízení při prováděném měření.The device for measuring the throughput of the invention is shown in the accompanying drawings, wherein FIG. 1 shows a circuit diagram of the device, FIG. 2 shows the location of the device on the rails and shows a cross-sectional measurement, FIG. Figure 4 shows a device according to the invention with a representation of the laser beam radiation; and Figure 4 shows a view of the device screen during the measurement.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solutions

Blokové schéma jednoho z možných provedení zařízení je znázorněno na obr. 1, kde je zařízení opatřeno laserovými snímači I průřezu, napojenými na vyhodnocovací jednotku2, sestávající z modulu 2.1 pro měření geometrických parametrů koleje, modulu 2.2 pro zabezpečení komunikace s laserovými snímači I a zpracování dat, přičemž tyto moduly 2.1 a 2.2 jsou napojeny na centrální počítač 23. Laserové snímače I jsou spolu s vyhodnocovací jednotkou 2 umístěny na vozidlo 6, v daném případě drážní drezínu, spočívající na kolejích 7. Snímaný průřez 8 je znázorněn na obr. 2 a čelní vyzařování laserových paprsků je znázorněno na obr. 3, přičemž paprsky L3, L6, L7 měří profil v normálové rovině. Paprsky LI, L4 a L2, L5 měří profil v rovině skloněné od roviny normálové. Rovina paprsků LI a L4 je skloněná o 70° od roviny normálové a rovina paprsků L2 a L5 je skloněná od normálové roviny o 45°. V průběhu jízdy jsou jednotlivá měření prostřednictvím laserových paprsků LI. L2, L4, L5 transformována do normálové roviny. Pro transformaci je nutné znát informace o poloze a pohybu skříně vozu, o směrových poměrech koleje 7 a převýšení koleje 7. Centrální počítač 23 je napojen na modul 3 záznamu videa a také na systém 4 pro určování polohy zařízení a modul 5 pro bezdrátový přenos dat. Laserové snímače I jsou opatřeny zde neznázoměnými vytápěcími moduly pro zajištění průzorů laserových snímačů I průřezu proti zamlžení.A schematic diagram of one embodiment of the device is shown in FIG. 1, where the device is provided with laser cross-section sensors connected to an evaluation unit 2, consisting of a module 2.1 for measuring the track geometry parameters, a module 2.2 for securing communication with the laser sensors I and data processing wherein the modules 2.1 and 2.2 are connected to the central computer 23. The laser sensors 1, together with the evaluation unit 2, are placed on the vehicle 6, in this case a railroad carriage, resting on the rails 7. The sensed cross-section 8 is shown in FIG. the radiation of the laser beams is shown in Fig. 3, with the beams L3, L6, L7 measuring the profile in the normal plane. The beams L1, L4 and L2, L5 measure the profile in a plane inclined from the normal plane. The plane of the beams L1 and L4 is inclined by 70 DEG from the normal plane and the plane of the beams L2 and L5 is inclined from the normal plane by 45 DEG. During the journey, individual measurements are made using the LI laser beams. L2, L4, L5 transformed to normal plane. For transformation it is necessary to know the position and movement of the wagon body, the directional directions of the track 7 and the cant of the track 7. The central computer 23 is connected to the video recording module 3 as well as the device positioning system 4 and the wireless data transmission module 5. The laser sensors I are provided with heating modules (not shown here) to provide visors for the laser sensors I of the cross section.

Vozidlo 6 pojíždí v měřené trase po kolejích 7 a laserové snímače i průřezu vyšlou modulované laserové paprsky rozmítané pomocí rotujícího hranolu. Laserové paprsky se odrazí od měřeného objektu a vrací se zpět k přijímači. Měřící rozsah snímače i je do 80 m. Na měřenou vzdálenost má vliv čistota prostředí, například při mlze s viditelností do 50 m je při odrazivosti 10 % pro hrubý černý povrch měřený rozsah 10 m. Vzhledem k tomu, že měření není spojité, kuželovitost měřícího paprsku umožňuje vykrýt hluchý prostor mezi jednotlivými body měření. Signály od laserových snímačů I průřezu jsou vedeny do vyhodnocovací jednotky 2, v daném případě do modulu 2.2 pro zabezpečení komunikace s laserovými snímači 1 a zpracování dat, a dále jsou signály vedeny do centrálního počítače 2.3, který tyto údaje zpracovává a současně zpracovává tyto údaje se signálem od modulu 3 záznamu videa a signálem od systému 4 pro určování polohy zařízení. Jsou-li vyhodnocovací jednotkou 2 identifikována platná data, je porovnávána aktuální kilometrická poloha s požadovanou kilometrickou polohou záznamu. V případě shody podmínek jsou data předána dalšímu procesu, který je zpracuje. Pro zpracování profilu si systém vyžádá z modulu 2.1 pro měření geometrických parametrů koleje požadované parametry. Je vypočtena osa koleje 7, ze které se dále vypočítávají transformační koeficienty. Na základě těchto koeficientů je vypočten výsledný průjezdný profil vztažený k ose koleje 7. Pro zvýšení spolehlivosti a přesnosti měření je na datech naměřeného profilu aplikován matematický algoritmus pro odstranění statistických chyb. Tento výsledný profil koreluje se skutečným profilem. Výsledný záznam je převáděn na obrazovku počítače, jak je znázorněno na obr. 4. V tomto příkladu provedení je zde čárkovaně vyznačen průjezdový profil 9, do kterého při průjezdu zasahuje silnou čarou znázorněný násep 10 nástupiště a v horní části střecha H nástupiště. Do průjezdového profilu 9 se přitom zobrazí varovná hláška 12. Programové vybavení vyhodnocovací jednotky 2 umožňuje plynulé 3D natáčení objektů na obrazovce. Pro možnost vyhodnocování mimo vozidlo 6 je vyhodnocovací jednotka 2, kterou je v tomto případě centrální počítač 23, napojena na modul 5 pro bezdrátový přenos dat.The vehicle 6 travels along the track 7 in the measured path, and the laser sensors and cross-section send the modulated laser beams scanned by the rotating prism. The laser beams bounce off the measured object and return to the receiver. The measuring range of the sensor is up to 80 m. The cleanness of the environment has an influence on the measured distance, for example in the case of a fog with visibility up to 50 m the measured range is 10 m at a reflectance of 10% for a coarse black surface. beam allows to cover the deaf space between individual points of measurement. The signals from the cross-section laser sensors I are routed to the evaluation unit 2, in this case to the module 2.2 for securing communication with the laser sensors 1 and the data processing, and the signals are sent to a central computer 2.3 which processes the data and processes these data. a signal from the video recording module 3 and a signal from the device positioning system 4. If valid data is identified by the evaluation unit 2, the current mileage position is compared with the desired mileage record position. In the event of a match, the data is passed to the next process that processes it. To process the profile, the system requests the required parameters from module 2.1 to measure the track geometry parameters. The track axis 7 is calculated from which the transformation coefficients are further calculated. Based on these coefficients, the resulting clearance profile is calculated relative to the track axis 7. To increase the reliability and accuracy of the measurement, a mathematical algorithm is applied to the measured profile data to eliminate statistical errors. This resulting profile correlates with the actual profile. The resulting recording is converted to a computer screen as shown in FIG. 4. In this exemplary embodiment, a passage profile 9 is shown in phantom, in which, at passage, the platform 10 embossed by the thick line 10 and the platform roof H extends. A warning message 12 is displayed in the passage profile 9. The software of the evaluation unit 2 allows continuous 3D shooting of the objects on the screen. To be able to evaluate outside the vehicle 6, the evaluation unit 2, which in this case is the central computer 23, is connected to the module 5 for wireless data transmission.

-2CZ 14751 Ul-2CZ 14751 Ul

Měření průjezdového profilu zabezpečuje trojice laserových snímačů I průřezu. Každý laserový snímač I průřezu pracuje v zorném úhlu 180°. Tři laserové snímače i průřezu jsou voleny z důvodů 100% vykrytí celého profilu v rozsahu 360°. Takto umístěné snímače I snímají profil v normálové rovině a jsou schopny produkovat 75 snímků za vteřinu. Ve spoji měření se musí rozsahy jednotlivých snímačů I překrývat. Laserové snímače I průřezu lze rovněž využít pro snímání tvaru štěrkového lože v oblasti hlav pražců. Po startu začnou laserové snímačeT průřezu měřit profil a kontinuálně zasílat data vyhodnocovací jednotce 2. Vlastní data obsahují identifikační kód laserového snímače I průřezu a hlavičku dat. Proces analýzy příchozích dat spočívá ve vyhledávání hlavičky a zaváděcí struktury měřených dat. Tak je vyloučena chyba komunikace. Data jsou převedena do pravoúhlého systému souřadnic a následně pomocí lineární transformace sloučena do jednoho měřeného profilu. Dále je naměřený profil postoupen filtraci pro odstranění šumů a dalších rušivých vlivů. Základní měřící program má za úkol provádět měření a výpočet konečného měřeného profilu. Program také umožňuje převzít ze systému měření geometrického průřezu koleje 7 údaje o kilometráži a objektech v trati. Měřící verze tohoto programu měřená data ukládá spolu s kilometrickou polohou a provádí základní hodnocení měřeného profilu. Výsledný profil je on-line porovnáván s předem definovaným profilem a v případě průniku měřeného profilu do definovaného profilu se zobrazí varovná hláška 12- Nalezené místo průniku předmětu zabraňujícího průjezd je označeno červeným obdélníkem s udáním kilometrické polohy a základních údajů o průniku, jako je výška a vzdálenost od koleje nebo povrchu silnice. Místo průniku je porovnáváno s videozáznamem. Laserové snímače i průřezu nerozlišují pevnou překážku od překážky, která nemá tento charakter, například od keře. Obsluha vyhodnocovacího programu na základě videozáznamu rozhodne o jakou překážku se jedná. Programové vybavení zaznamená zásah obsluhy pro pozdější kontrolu. Vyhodnocovací program umožňuje 3D zobrazení objektů omezujících prostorovou průchodnost trati. Umožňuje také nové hodnocení profilu a nové hodnocení v závislosti na předem definovaném profilu. Další využití přógramu je při plánování tras nadměrných nákladů. Z 3D matematického popisu průjezdového profilu program umožňuje zjistit, zda zadaná vlaková souprava nebo silniční vozidlo jsou schopny danou tratí projet. Další funkcí programu bude možnost exportu dat ve formátu požadovaném ústředním registrem mimořádných zásilek. Funkce programu je přizpůsobena potřebám provozovatele systému.The passage profile measurement is provided by three laser cross-section sensors. Each cross-section laser sensor I operates at a 180 ° viewing angle. Three laser sensors and cross sections are selected for 100% coverage of the entire 360 ° profile. The I sensors located in this way sense the normal plane profile and are able to produce 75 frames per second. In the measurement connection, the ranges of individual sensors I must overlap. The cross-section laser sensors I can also be used for sensing the shape of a ballast bed in the region of the sleeper heads. After the start, the cross-section laser sensors T start to measure the profile and continuously send the data to the evaluation unit 2. The actual data includes the identification code of the cross-section laser sensor I and the data header. The process of analyzing incoming data consists of searching for the header and boot structure of the measured data. This avoids a communication error. The data is converted into a rectangular coordinate system and then merged into a single measured profile by a linear transformation. Furthermore, the measured profile is passed through the filtration to remove noise and other disturbances. The basic measuring program is designed to perform measurement and calculation of the final measured profile. The program also allows you to take over the kilometer and track data from the track gauge measurement system 7. The measuring version of this program saves the measured data together with the kilometer position and performs the basic evaluation of the measured profile. The resulting profile is compared with a predefined profile on-line and a warning message 12- is displayed if the measured profile intersects with a defined profile. A red rectangle with a mileage position and basic penetration data such as height and distance from track or road surface. The intersection point is compared with the video. Laser sensors and cross-sections do not distinguish a fixed obstacle from an obstacle that does not have this character, such as a bush. Based on the video recording, the evaluation program operator decides what obstacle it is. The software will record operator intervention for later review. The evaluation program enables 3D display of objects limiting the spatial throughput of the track. It also allows you to re-evaluate your profile and reassess depending on your predefined profile. Further use of the schedule is when planning excessive cost routes. From the 3D mathematical description of the passage profile, the program allows you to determine whether the specified train or road vehicle is able to travel through the route. Another feature of the program will be the ability to export data in the format required by the Central Registry of Extraordinary Shipments. The function of the program is adapted to the needs of the system operator.

Claims

Device for measuring spatial continuity, characterized in that it consists of a vehicle (6) on which laser sensors (1) of cross-section connected to the evaluation unit (2) are located.

Device according to claim 1, characterized in that the evaluation unit (2) comprises a module (2.2) for ensuring communication with the laser cross-sectional sensors (1) and data processing connected to the central computer (2.3).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation unit (2) is provided with a module (2.1) for measuring the geometrical parameters of the track.

Device according to claim 2 or 3, characterized in that the central computer (2.3) is connected to a video recording module (3).

Device according to claims 1 to 4, characterized in that the evaluation unit (2) is connected to a system (4) for determining the position of the device.

-3EN 14751 Ul

Device according to claims 1 to 5, characterized in that the evaluation unit (2) is connected to a module (5) for wireless data transmission.

Device according to claims 1 to 6, characterized in that the laser sensors (1) are provided with a heating module.