专利名称：火车死钩自动检测及报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测装置，特别是用于检测火车相邻两节车厢间反位状态的
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背景技术：
目前，在运输量大的港口、冶金、煤炭和热电等工业部门，火车卸料一般是采用翻车机进行卸料，即定位车推动火车车厢进入翻车房，一、二、三或四节车厢为一组，在翻车大臂的作用下，车厢同时侧向翻转，在重力作用下，将车厢内的物料倾倒出，并由下面的传送带将物料运走。但是每节车厢两侧一侧为活钩(钩子不仅与钩底座相连，而且还可在钩底座内转动)，另一侧为死钩(钩子仅与钩底座相连，不能在钩底座内转动)，要翻转的一组车厢两端的两个钩头至少要有一个是活钩才能保证翻车机的正常作业。但在铁路运输过程中， 经常会对车厢进行重新排列组合，一旦出现火车死钩现象(即连接车厢的两个钩头均为死钩)，翻车机继续作业将可能会损坏钩头、夹轮器以及定位车减速机轴承，严重时还可能造成火车掉道事故，不但影响生产效率，同时也造成了巨大经济损失。为了防止上述事故发生，各企业只好采用人工对于火车的死钩进行目测。它的不足之处是不但浪费人力，而且还可能由于人为因素产生错误判断。因此，亟需一种可靠的技术手段用于死钩检测，避免事故的发生。目前，针对此问题已经申请的专利201020279178. 4，采用的技术是通过采用工业相机提取车厢端部的颜色特征，依据颜色特征关系判别钩头是否为死钩。经过实际使用发现，主要存在如下问题1、部分车厢经过长期使用，颜色特征不明显；2、早中晚光线不同导致车厢端部颜色受光线阴影影响非常严重。最终实际统计结果显示，死钩的识别率只能达到85%左右，存在一定的局限性。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能准确、稳定地检测火车车厢间死钩的火车死钩的检测及保护装置。本发明主要是一种基于激光逆向工程技术，通过两节车厢间连接风管的形状判断是否存在死钩现象的火车死钩检测及保护装置。本实用新型的方法主要是1、采集风管数据在火车车厢进入翻车房前行进方向的侧面某一固定位置设置激光传感器，最优位置为第三节与第四节车厢之间，这样既给检测控制计算机留有充足的数据处理时间，又不影响下面的检测和死钩现象的处理。为保证获取数据的有效性，在上述激光传感器外面设有保护罩，防护等级至少为IP65，以防止雨雪风沙将其损坏。2、数据处理上述传感器获取相邻两节火车之间的风管轮廓数据集后，传递到检测控制计算机中，该检测控制计算机采用卡尔曼滤波算法，将相邻两车厢间描述风管特征的数据提取出来，并根据其扭曲的特征判断是死钩还是活钩，如是活钩则继续检测下一节车厢，如是死钩则检测控制计算机即向操作室发出警报信号，操作人员可对车厢翻车顺序进行相应调整，避免发生事故。
3[0007]本发明与现有技术相比具有如下优点1、本实用新型所用的激光传感器为工作温度范围宽，且在保护罩的作用下，保证其能在各种气候及光照条件下实现准确的检测，结果稳定、成本低，避免了工作人员目测带来的视觉误差及其它人为因素带来的影响。2、依据卡尔曼滤波算法能够准确从数据集中提取出表征风管特征的数据，根据风管扭曲特征可以快速地检测到死钩故障，并及时反馈给操作室，因此该方法又起到防止钩头被翻车机损坏的报警和保护作用。3、无缝连接，本装置采用OPC的方式与现有的控制系统无缝连接，可以将检测结果实时发送给操作员上位机，采用声、光报警的方式通知操作员，工作人员不用出现场，不仅改善了的工作条件，而且操作安全。
图1为本实用新型的示意简图。附图标号1一前车厢，2—两车厢之间的钩头，3—两车厢之间的风管，4一后车厢， 5—保护罩，6—激光传感器，7—检测控制计算机。
具体实施方式
以下结合附图1对本实用新型做进一步描述。在图1所示的火车死钩的检测及保护装置的示意简图中，在两车厢之间有连接它们的风管。在火车车厢进入翻车房前行进方向的侧面与车厢距离约为5米的位置(具体位置需要根据车皮长度及翻车房结构进行计算)设置激光传感器，该固定位置恰好为第三节与第四节车厢之间的位置。在上述激光传感器的外面设有具有恒温调节功能和雨刷器的保护罩。上述激光传感器获取连接风管的连续数据点，由通信或者模拟量的方式传送到检测控制计算机中，在检测控制计算机中使用Visual C++编写程序用于对获取的数据进行分析。首先采用卡尔曼滤波算法，剔除数据集中的无效数据。然后依据车厢、车轮等先验数据，找到两节车厢之间的数据起始点和终止点，对数据点进行模糊聚类，并自适应计算阈值，判断聚类中心是否表明风管发生扭曲形变。如果判断风管扭曲形变的概率超过25%，则说明被判断的钩头为死钩；反之，则为活钩。 如是活钩则继续检测下一节车厢，如是死钩则检测控制计算机通过OPC的方式，即向操作室操作员界面发出警报信号，操作人员可对车厢翻车顺序进行相应调整，避免发生事故。根据风管扭曲判断活钩或死钩，其难点在于火车一动速度快，在连续运动过程中，检测到数千点数据，需要快速从中提取出描述风管形状的数据进行判断。为了解决这个问题，采用卡尔曼滤波发对数据进行预处理，剔除无效数据。设计自适应算法确定阈值，对处理后数据进行模糊聚类，判断得出风管是否具有扭曲特征，进而得出是否为死钩的结论。该死钩的调整方法当检测到某两节车厢之间的钩为死钩时，并且该钩又正好处于相邻的一节车厢转动、另一节车厢不动的位置，则检测控制计算机发出信号给电气控制系统，该电气控制系统调整定位车推动装置，即将两节物料车厢推入翻车房，再由翻车房另一侧补充一节空车厢，这样通过翻两节物料车厢和一节空车厢即可调整过来。同理，如果检测出连续两个钩均为死钩时，则可将一节物料车厢推入翻车房，再由翻车房另一侧补充两节空车厢，这样通过翻一节物料车厢和两节空车厢即可调整过来。如果检测出连续三个钩均为死钩，则紧急停车，另行处理。
权利要求1.一种火车死钩的检测及保护装置，其特征在于(1)在火车车厢进入翻车房前行进方向的侧面某一固定位置设置激光传感器；(2)上述激光传感器获取相邻两节火车车厢之间风管的连续采样数据后，传递到检测控制计算机中，该检测控制计算机采用卡尔曼滤波、模糊聚类及自适应阈值计算法，将风管的扭曲特征提取出来，并根据其扭曲特征判断是死钩还是活钩，如是活钩则继续检测下一节车厢，如是死钩则检测控制计算机即向操作室发出警报信号，操作人员可对车厢翻车顺序进行相应调整。
2.根据权利要求1所述的火车死钩的检测及保护装置，其特征在于激光传感器最好设置在第三节与第四节车厢之间。
3.根据权利要求1所述的火车死钩的检测及保护装置，其特征在于检测结果由控制结算机采用OPC的方式传输给上位操作机。
专利摘要一种火车死钩的检测及保护装置，其主要是在火车车厢进入翻车房前行进方向的侧面某一固定位置设置激光传感器；上述激光传感器获取相邻两节火车车厢之间风管的连续数据后，传递到检测控制计算机中，该检测控制计算机采用卡尔曼滤波、模糊聚类及自适应计算阈值算法，将风管的扭曲特征提取出来，并根据其是否扭曲判断是死钩还是活钩，如是活钩则继续检测下一节车厢，如是死钩则检测控制计算机即向操作室发出警报信号，操作人员可对车厢翻车顺序进行相应调整。本实用新型能在各种气候及光照条件下实现准确的检测，结果稳定、成本低，避免了工作人员目测带来的视觉误差及其它人为因素带来的影响。
文档编号G09F9/00GK202193079SQ201120272580
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者仝兆国, 冯三军, 刘爽, 张文明, 李海滨, 李雅倩, 熊坤, 王涛, 田云川, 范铁斌 申请人:秦皇岛港股份有限公司