技术领域
本发明涉及大功率激光器中智能激光清洗系统的制备，具体涉及一种超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统与清洗方法。
背景技术：
传统的超高速有轨机车的轨道清洗方法主要有：高压水清洗法、机械清洗法、化学清洗法。这些清洗方法主要是用来清除以锈迹和油脂为主的混有颗粒的表面污染物。高压水清洗法对超高速轨道的清洗，会带来大量的水资源浪费；机械清洗法对超高速轨道的清洗，会造成轨道的损伤；化学清洗法对超高速轨道的清洗，除了会对轨道本身造成损伤，还会对沿途的土壤造成污染。另外，我国国土面积大，自然环境多样，超高速铁路网的距离很长，难免会碰到清洗完就被污染的窘境。
超高速有轨机车的轨道智能激光清洗技术，是工业清洗技术的一场革命，它具有传统清洗技术所无法比拟的优势：它没有环境污染问题；激光清洗是非接触式的，可以通过光导纤维传输，与机器人或者机械手联合，方便地实现远距离操作，能清洗传统方法不易达到的部位；激光清洗能清除各种材料表面的不同类型的污染物，达到很高的洁净度；激光清洗可以选择性地清洗材料表面的污物，不损伤材料的内部组成和结构；激光去污设备可以长期稳定地使用，一般只需要电费和维护费用，运行成本低，而且可以方便地实现自动化操作。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统与清洗方法，能够克服上述传统的超高速有轨机车轨道清洗方法的弊端；针对多种速度、多种类型、多种车型的机车轨道，使用激光进行在线实时智能清洗；在清洗的过程中自动选择激光参数、轨道清理部位，智能评价清理结果及智能二次清洗；使其清洗效率高，清洗效果好，节能、环保、安全。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，其特征在于,包括至少两套清洗装置，对称设置在超高速机车底部，每套清洗装置包括：
稳像超高速识别模块：采集轨道上妨碍机车高速、安全、稳定通行的目标物体，并测量目标物体与机车本身的距离，并确认成像的目标物体属性及在轨道上的位置；
智能吹扫以及激光清洗模块：根据稳像超高速识别模块采集的目标物体改变吹扫角度、气体吹扫量、激光清理角度、激光清理方式等来清洗轨道；
稳像超高速检测模块：检测轨道的形貌变化，判断轨道上的目标物体是否清理干净；
二次智能吹扫以及激光清洗模块：根据稳像超高速检测模块检测轨道的残留目标物体改变吹扫角度、气体吹扫量、激光清理角度、激光清理方式等对轨道进行二次清洗；
中控高速计算机模块：对稳像超高速识别模块和稳像超高速检测模块的数据进行在线实时高速获取和分析；根据相应的智能算法以及清洗数据库，实时的对智能吹扫以及激光清洗模块、二次智能吹扫以及激光清洗模块、激光调节模块、低噪声高速空气压缩机模块进行参数调节；
激光调节模块：根据中控高速计算机模块的指令以及清洗数据库，可以自动切换光源，选择连续激光、准连续激光或者脉冲激光的工作方式，以及调节对应光源的功率、周期、占空比等参数；
低噪声高速空气压缩机模块：用于产生高速压缩空气供给智能吹扫以及激光清洗模块以及二次智能吹扫以及激光清洗模块。
在上述的超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，所述稳像超高速识别模块包括：
高清CCD以及高清夜视仪：用于成像妨碍机车高速、安全、稳定通行的目标物体；
激光测距仪：用于测量目标物体与机车本身的距离；高速图像识别电路用来确认成像的目标物体属性及在轨道上的位置等；
震动稳定平台：使安装在震动稳定平台上的高清CCD以及高清夜视仪、激光测距仪以及高速图像识别电路稳定的获取和处理数据。
在上述的超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，所述智能吹扫以及激光清洗模块，包括
多维度气体精准吹扫器：根据中控高速计算机模块的指令改变吹扫角度以及气体吹扫量来清洗轨道；多维度气体精准吹扫器设有多排吹气孔，确保对轨道的某一部位多次吹扫；
多维度激光精准清洗器：根据中控高速计算机模块的指令改变激光清洗器的清洗角度、光斑形态来清洗轨道；它有多排激光清洗口，确保对轨道的某一部位多次激光清洗；
震动稳定平台：使安装在震动稳定平台上的多维度气体精准吹扫器、多维度激光精准清洗器保持稳定。
在上述的超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，所述稳像超高速检测模块包括：
多维度形貌检测仪：根据中控高速计算机模块的指令检测轨道的形貌变化，判断轨道上的目标物体是否清理干净。
震动稳定平台：使安装在震动稳定平台上的多维度形貌检测仪保持稳定；
在上述的超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，所述二次智能吹扫以及激光清洗模块包括：
多维度气体精准吹扫器：根据中控高速计算机模块的指令改变吹扫角度以及气体吹扫量来清洗轨道；多维度气体精准吹扫器设有多排吹气孔，确保对轨道的某一部位多次吹扫；
多维度激光精准清洗器：根据中控高速计算机模块的指令改变激光清洗器的清洗角度、光斑形态来清洗轨道；它有多排激光清洗口，确保对轨道的某一部位多次激光清洗；
震动稳定平台：使安装在震动稳定平台上的多维度气体精准吹扫器、多维度激光精准清洗器保持稳定。
在上述的超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，所述中控高速计算机模块安装在震动稳定平台上；对稳像超高速识别模块和稳像超高速检测模块的数据进行在线实时高速获取和分析；根据相应的智能算法以及清洗数据库，实时的对智能吹扫以及激光清洗模块、二次智能吹扫以及激光清洗模块、激光调节模块、低噪声高速空气压缩机模块进行参数调节。
在上述的超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，激光调节模块安装在震动稳定平台上，它具有多种激光光源；根据中控高速计算机模块的指令以及清洗数据库，可以自动切换光源，选择连续激光、准连续激光或者脉冲激光的工作方式，以及调节对应光源的功率、周期、占空比等参数。
在上述的超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，低噪声高速空气压缩机模块安装在震动稳定平台上，它具有反应速度快，噪声小的特点；根据中控高速计算机模块的指令，可以迅速产生高速压缩空气。
一种采用超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统进行超高速有轨机车的轨道在线实时清洗方法，其特征在于,
步骤1，中控高速计算机模块指示智能吹扫以及激光清洗模块、稳像超高速检测模块、二次智能吹扫以及激光清洗模块、激光调节模块、低噪声高速空气压缩机模块，完成运行准备；
步骤2，中控高速计算机模块，通过稳像超高速识别模块中的高速图像识别电路实时确认目标物体信息；一旦智能确认目标物体的信息，中控高速计算机模块就会根据清洗数据库实时给激光调节模块发指令，让其选取对应的激光光源、功率大小等参数，完成清洗准备；同时，中控高速计算机模块会给低噪声高速空气压缩机模块发指令，准备随时迅速产生高速压缩空气，调节压缩机功率大小、压缩机气压的大小等；同时，中控高速计算机模块会给稳像超高速检测模块发送指令，让其准备扫描轨道的形貌变化；同时，中控高速计算机模块会给二次智能吹扫以及激光清洗模块发送指令，让其随时做好二次清洗的准备；
步骤3，根据稳像超高速识别模块中的目标物体实时图像，确定它在轨道上的位置和形态；调整智能吹扫以及激光清洗模块中的多维度气体精准吹扫器、多维度激光精准清洗器的方向；多维度气体精准吹扫器和多维度激光精准清洗器交错成多排；首先，多维度气体精准吹扫器对目标物体进行气体吹扫；然后，多维度激光精准清洗器对目标物体进行烧蚀清洗；
步骤4，稳像超高速检测模块开始工作，持续监测轨道的形貌变化；如果超过了预计的反应时间而被监测轨道的形貌变化没有超过阈值，说明前述智能吹扫以及激光清洗模块已将目标物体清洗干净；它实时给中控高速计算机模块发出清洗完成信号；如果超过了预计的反应时间而被监测轨道的形貌变化超过阈值，说明前述智能吹扫以及激光清理模块没将目标物体清理干净，稳像超高速检测模块立即给中控高速计算机模块发出继续清洗信号。
与现有技术相比，本发明系统与方法的有益效果是：1、针对多种速度、多种类型、多种车型的机车轨道，使用激光进行在线实时智能清洗；在清洗的过程中自动选择激光参数、轨道清理部位，智能评价清理结果及智能二次清洗；其清洗效率高，清洗效果好，具有节能、环保、安全的优点。2、机车的运行和清洗是一体化的，清洗保证了超高速机车的运行安全。3、它没有环境污染问题，满足绿色、节能、环保的要求。4、它是非接触式的，可以清除各种材料表面的不同类型的污染物，达到很高的洁净度。5、它可以选择性地清洗材料表面的污物，不损伤材料的内部组成和结构。6、激光去污设备可以长期稳定地使用，一般只需要电费和维护费用，运行成本低。
附图说明
图1为超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统与清洗方法的原理图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明的超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统与清洗方法作进一步的说明，图中：1-超高速轨道（管道）；2-稳像超高速识别模块；3-智能吹扫以及激光清洗模块；4-稳像超高速检测模块；5-二次智能吹扫以及激光清洗模块；6-超高速有轨机车的轮子；7-中控高速计算机模块；8-通信数据总线；9-超高速机车；10-激光调节模块；11-低噪声高速空气压缩机模块。
如图1所示，本发明的一种超高速有轨机车的轨道在线实时清洗系统，该发明采用自动化的控制模块，旨在解决超高速机车运行中的安全性问题。该系统包括：稳像超高速识别模块2；智能吹扫以及激光清洗模块3；稳像超高速检测模块4；二次智能吹扫以及激光清洗模块5；中控高速计算机模块7；激光调节模块10；低噪声高速空气压缩机模块11。该清洗方法完成高速机车前端远距离异物的识别，智能吹扫以及激光清洗模块3进行清洗，稳像超高速检测模块4对清洗结果进行智能判断，二次智能吹扫以及激光清洗模块5进行二次清洗等工序。
针对超高速有轨机车的轨道，描述其具体的在线实时清洗实施方法：
（1.1）所述超高速机车9，将稳像超高速识别模块2中的高清CCD以及高清夜视仪采集的高速图像，用来智能识别超高速轨道1上的危险物体并及时清洗。当发现轨道上存在小石头、树叶、垃圾等妨碍机车高速、安全、稳定通行的目标物体时，立即通过激光测距仪测量目标物体离机车的距离。稳像超高速识别模块2立即将上述信息通过通信数据总线8传递给中控高速计算机模块7；配合机车的实时速度，采取相应的清洗策略和反应时间。配合机车的实时速度，采取相应的告警、减速、刹车等策略。当稳像超高速识别模块2识别到轨道上有人、动物、大的物体或是发现前方轨道发生塌方、轨道变形、有其他机车等灾害隐患时，则立即通过通信数据总线8将信息传递给中控高速计算机模块7；配合机车的实时速度，采取相应的告警、减速、刹车等策略。
（1.2）一旦发现有目标物体时，中控高速计算机模块7立即指示智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块4、二次智能吹扫以及激光清洗模块5、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模块11提前做好运行准备。
（1.3）中控高速计算机模块7，通过稳像超高速识别模块4中的高速图像识别电路实时确认目标物体的信息。一旦收到准确的目标物体信息，中控高速计算机模块7就会根据清洗数据库中的目标物体与清洗激光的最优对应关系、目标物体大小与最优清洗激光参数的对应关系，立即给激光调节模块10发送指令；让其选取合适的激光光源、合适的激光功率大小、合适的激光类型（连续激光、准连续激光或者脉冲激光）、合适的脉冲激光周期、合适的脉冲激光占空比等参数，完成清洗准备。同时，中控高速计算机模块7给低噪声高速空气压缩机模块11发送指令，准备随时迅速产生高速压缩空气，并调整压缩机功率大小、调节压缩机气压的大小、选择合适的吹扫类型（连续吹扫或者脉冲吹扫）、合适的脉冲吹扫周期、合适的脉冲吹扫占空比等参数，完成吹扫准备。同时，中控高速计算机模块7给稳像超高速检测模块4发送指令，让其做好测试轨道形貌变化的准备。同时，中控高速计算机模块7给二次智能吹扫以及激光清洗模块5发送指令，让其随时做好二次清洗的准备。
（1.4）在（1.1）中计算的清洗反应时间到来之前，智能吹扫以及激光清洗模块3启动。根据稳像超高速识别模2中的目标物体实时图像，得出它的具体位置和形态；智能调整多维度气体精准吹扫器、多维度激光精准清洗器的吹扫和清洗方向；多维度气体精准吹扫器，首先对轨道进行气体吹扫；其后，多维度激光精准清洗器对轨道进行烧蚀清洗。上述操作过程交替持续，直到超过预计的反应时间，然后暂停智能吹扫以及激光清理模块3的运行。
（1.5）在（1.4）启动的同时，稳像超高速检测模块4开始工作，持续监测轨道的形貌变化。如果超过了预计的反应时间而被监测轨道的形貌变化没有达到阈值，说明前述智能吹扫以及激光清洗模块3已将目标物体清洗干净，其立即给中控高速计算机模块7发出清洗完成信号。中控高速计算机模块7对所连接的智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块4、二次智能吹扫以及激光清洗模块5、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模块11发出指令，暂停他们的功能，转为待机状态。如果超过了预计的反应时间而被监测轨道的形貌变化超过阈值；说明前述智能吹扫以及激光清理模块3没将目标物体清理干净，稳像超高速检测模块4立即给中控高速计算机模块7发出继续清洗信号；然后，暂停稳像超高速检测模块4的运行。
（1.6）当中控高速计算机模块7收到稳像超高速检测模块4发来的清洗完成信号，它会立即给二次智能吹扫以及激光清洗模块5发送指令，保持二次智能吹扫以及激光清洗模块5的待机状态。如果中控高速计算机模块7收到稳像超高速检测模块4发来的继续清理信号，它会调整智能吹扫和激光清洗的诸多参数，转变成强力清洗状态，将目标物体强力烧蚀。当超过预计的反应时间中控高速计算机模块7会自动将智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块4、二次智能吹扫以及激光清洗模块5、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模块11的功能暂停，转为待机准备状态。
针对超高速磁悬浮机车的轨道，描述其具体的在线实时清洗实施方法：
（1.1）所述超高速磁悬浮机车9，将稳像超高速识别模块2中的高清CCD以及高清夜视仪采集的高速图像，用来智能识别超高速轨道1上的危险物并及时清洗。当发现轨道上存在小石头、树叶、垃圾等妨碍机车高速、安全、稳定通行的目标物体时，立即通过激光测距仪测量目标物体离机车的距离。稳像超高速识别模块2立即将上述信息通过通信数据总线8传递给中控高速计算机模块7；配合机车的实时速度，采取相应的清洗策略和反应时间。当发现轨道上有大的物体、轨道有塌陷、轨道前方有其他机车等灾难时，稳像超高速识别模块立即将上述信息通过总线8传递给中控高速计算机模块7；配合机车的实时速度，采取相应的告警，减速，刹车等策略。
（1.2）一旦发现有目标物体时，中控高速计算机模块7立即指示智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块4、二次智能吹扫以及激光清洗模块、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模块11提前做好运行准备。
（1.3）中控高速计算机模块7，通过稳像超高速识别模块2中的高速图像识别电路实时确认目标物体信息。一旦收到准确的目标物体信息，中控高速计算机模块7就会根据清洗数据库中的目标物体与清洗激光的最优对应关系、目标物体大小与最优清洗激光参数的对应关系，立即给激光调节模块10发送指令；让其选取合适的激光光源、合适的激光功率大小、合适的激光类型（连续激光、准连续激光或者脉冲激光）、合适的脉冲激光周期、合适的脉冲激光占空比等参数，完成清洗准备。同时，中控高速计算机模块7给低噪声高速空气压缩机模块11发送指令，准备随时迅速产生高速压缩空气，并调整压缩机功率大小、调节压缩机气压的大小、选择合适的吹扫类型（连续吹扫或者脉冲吹扫）、合适的脉冲吹扫周期、合适的脉冲吹扫占空比等参数，完成吹扫准备。同时，中控高速计算机模块7给稳像超高速检测模块4发送指令，让其做好测试轨道形貌变化的准备。同时，中控高速计算机模块7给二次智能吹扫以及激光清洗模块5发送指令，让其随时做好二次清洗的准备。
（1.4）在（1.1）中计算的清洗反应时间到来之前，智能吹扫以及激光清洗模块3启动。根据稳像超高速识别模2中的目标物体实时图像，得出它的具体位置和形态；智能调整多维度气体精准吹扫器、多维度激光精准清洗器的吹扫和清洗方向；多维度气体精准吹扫器，首先对轨道进行气体吹扫；然后，多维度激光精准清洗器对轨道进行烧蚀清洗。上述操作过程交替持续，直到超过预计的反应时间，然后暂停智能吹扫以及激光清理模块3的运行。
（1.5）在（1.4）启动的同时，稳像超高速检测模块4开始工作，持续监测轨道的形貌变化。如果超过了预计的反应时间而被监测轨道的形貌变化没有达到阈值，说明前述智能吹扫以及激光清洗模块3已将目标物体清洗干净，它立即给中控高速计算机模块7发出清洗完成信号。中控高速计算机模块7对所连接的智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块4、二次智能吹扫以及激光清洗模块5、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模块11发出指令，暂停他们的运行，转为待机状态。如果超过了预计的反应时间而被监测的轨道形貌变化超过了阈值，说明前述智能吹扫以及激光清洗模块3没将目标物体清洗干净，稳像超高速检测模块4立即给中控高速计算机模块7发出继续清洗信号；然后，暂停稳像超高速检测模块4的运行。
（1.6）当中控高速计算机模块7收到稳像超高速检测模块4发来的清洗完成信号，它会立即给二次智能吹扫以及激光清洗模块5发送指令，保持二次智能吹扫以及激光清洗模块5的待机状态。如果中控高速计算机模块7收到稳像超高速检测模块4发来的继续清理信号，它会调整智能吹扫和激光清洗的诸多参数，转变成强力清洗状态，将目标物体强力烧蚀。当超过预计的反应时间中控高速计算机模块7会自动将智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块4、二次智能吹扫以及激光清洗模块5、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模块11的功能暂停，转为待机准备状态。
针对超高速管道机车的管道，描述其具体的在线实时清洗实施方法：
（1.1）所述超高速管道机车9，将稳像超高速识别模块2中的高清CCD以及高清夜视仪采集的高速图像，用来智能识别超高速管道1内的危险物体并及时清洗。当发现管道内有小石头、大的颗粒等妨碍机车高速、安全、稳定通行的目标物体时，立即通过激光测距仪测量目标物体离机车的距离。稳像超高速识别模块2立即将上述信息通过通信数据总线8传递给中控高速计算机模块7；配合机车的实时速度，采取相应的清洗策略和反应时间。当发现管道内有损坏、管道前方有坍塌、管道前方有其他机车等灾害隐患时，稳像超高速识别模块2立即将上述信息通过通信数据总线8传递给中控高速计算机模块7；配合机车的实时速度，采取相应的告警、减速、刹车等策略。
（1.2）一旦发现有目标物体时，中控高速计算机模块7立即指示智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块4、二次智能吹扫以及激光清洗模块5、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模11提前做好运行准备。
（1.3）中控高速计算机模块7通过稳像超高速识别模块2中的高速图像识别电路实时确认目标物体信息。一旦收到准确的目标物体信息，中控高速计算机模块7就会根据清洗数据库中的目标物体与清洗激光的最优对应关系、目标物体大小与最优清洗激光参数的对应关系，立即给激光调节模块10发指令，让其选取合适的激光光源、合适的激光功率大小、合适的激光类型（连续激光、准连续激光或者脉冲激光）、合适的脉冲激光周期、合适的脉冲激光占空比等参数，完成清洗准备。同时，中控高速计算机模块7会给低噪声高速空气压缩机模块11发指令，准备随时迅速产生高速压缩空气，调整压缩机功率大小、调节压缩机气压的大小、选择合适的吹扫类型（连续吹扫或者脉冲吹扫）、合适的脉冲吹扫周期、合适的脉冲吹扫占空比等参数，完成吹扫准备。同时，中控高速计算机模块7会给稳像超高速检测模块4发指令，让其做好测试管道的形貌变化的准备。同时，中控高速计算机模块7会给二次智能吹扫以及激光清洗模块5发指令，让其做好二次清洗的准备。
（1.4）在（1.1）中计算的清洗反应时间到来之前；智能吹扫以及激光清洗模块3启动。根据稳像超高速识别模块2中的目标物体实时图像，得出它的具体位置和形态；智能调整多维度气体精准吹扫器、多维度激光精准清洗器的吹扫和清洗方向；多维度气体精准吹扫器，首先对管道进行气体吹扫；其后，多维度激光精准清洗器对管道进行烧蚀清洗。上述操作过程交替持续，直到超过预计的反应时间，然后暂停智能吹扫以及激光清洗模块的运行。
（1.5）在（1.4）启动的同时，稳像超高速检测模块4开始工作，持续监测管道的形貌变化。如果超过了预计的反应时间而被监测管道的形貌变化没有达到阈值，说明前述智能吹扫以及激光清洗模块3已将目标物体清洗干净，它立即给中控高速计算机模块7发出清洗完成信号。中控高速计算机模块7对所连接的智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块4、二次智能吹扫以及激光清洗模块5、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模块11发出指令，暂停他们的运行，转为待机状态。如果超过预计的反应时间而监测管道的形貌变化超过了阈值，说明前述智能吹扫以及激光清洗模块3没将目标物体清洗干净，它立即给中控高速计算机模块7发出继续清洗信号；然后，暂停稳像超高速检测模块4的运行。
（1.6）如果中控高速计算机模块7收到稳像超高速检测模块4发来的清洗完成信号，它就会立即给二次智能吹扫以及激光清洗模块5发指令，保持二次智能吹扫以及激光清扫模块5的待机状态。如果中控高速计算机模块7收到稳像超高速检测模块4发来的继续清洗信号；它会调整智能吹扫和激光清洗的诸多参数，转变成强力清洗状态，将目标物体强力烧蚀。超过预计的反应时间，中控高速计算机模块7会自动将智能吹扫以及激光清洗模块3、稳像超高速检测模块、二次智能吹扫以及激光清洗模块5、超高速有轨机车的轮子6、激光调节模块10、低噪声高速空气压缩机模块11的功能暂停，转为待机准备状态。
本发明的核心在于针对多种速度、多种类型、多种车型的机车轨道，提出了一种超高速有轨机车的轨道在线实时清洗方法，并设计了相应的系统。该系统可以完成高速机车前端远距离异物的判断；选择智能吹扫以及激光清洗模块，自动调整参数进行协同清洗；通过高速检测模块对清洗结果进行智能评价；判断是否需要进行二次智能吹扫以及激光清洗模块的清洗等工序。所以，其保护并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如：使用专用低速清洗车，不同的轨道类型，上述模块的不同组合方式等。倘若这些该动和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。