基于图像的铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置及方法与流程

本发明属于铁路车辆测控技术领域，涉及一种基于图像的铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置及方法。

背景技术：

目前，关于铁路车辆轴速的测量方法中大多采用测速齿轮法进行测量或通过测速雷达进行测量，测速齿轮法对安装形式有特殊要求，需安装在轴段，安装复杂，同时受列车牵引时车轮空转、制动时车轮滑行等因素影响，测量的车速不准确。测速雷达在不同运行速度情况下的测试误差较大，且只能测量速度，不能够判定车辆运行的方向。

技术实现要素：

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种基于图像的铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置及方法，以解决如何判断铁路车辆轴速的测量以及车辆运行方向的问题，进一步提高了测量和识别的真实精确性。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

首先提供一种基于图像的铁路车辆运行方向识别与轴速测量方法，包括以下步骤：

沿所述特征图像盘的外缘设置相对倾斜的两条线段，两条所述线段之间的间距规律递增或规律递减；

当所述铁路车辆运行，实时拍摄所述特征图像盘的外缘，以识别测量得到两条所述线段间的中位线所在的间距；

采集并处理所述间距的长度变化率进而计算得出所述车轴的轴速；

采集并处理所述间距的长度增减性进而判断出铁路车辆的运行方向。

优选地，还具体包括以下步骤：

提供图像识别传感器以及数据采集处理单元，将所述图像识别传感器对准所述特征图像盘以拍摄转动的所述特征图像盘不同时刻两条所述线段的间距；

通过所述图像识别传感器将由始至终拍摄所得到的所述间距的长度变化率转化为信号；

通过所述图像识别传感器将不同时刻拍摄所得到的所述间距的增加或减小转化为信号；

通过所述数据采集处理单元采集并处理两种不同的所述信号进而计算得出所述车轴的轴速并判断出所述铁路车辆的运行方向。

优选地，计算得出车轴轴速的过程包括以下步骤：

所述图像识别传感器随所述车轴同步转动的同时始终拍摄所述特征图像盘不同时刻的照片，并计算不同时刻的所述间距的长度，根据所述间距的变化率，得出车轴的转过的角度，并结合所用的时间，以得出所述车轴的转速。

优选地，判断车辆运行方向的过程包括以下步骤：

两条所述线段或其中一条为斜线而另一条为直线、或两者相互倾斜；

用不同的字母代号标示不同时刻拍摄所得的所述间距，且整个绕行的圆周方向仅形成有一组所述间距；

假定某轴转方向为车辆前进方向，则在多次循环中，首先取出一部分连续数值，找出最大值，再找出相邻的最小值，观察该最大值与该最小值出现的先后顺序并可得知：若所述最小值出现在所述最大值之后，则可知车辆为前进方向；若所述最小值出现在所述最大值之前，则可知车辆为反方向运行；若最大值与最小值不相邻，则反之。

为更好地实现上述目的，本发明还提供一种基于图像的铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置，所述铁路车辆包括车底架、车轮以及车轴，其特征在于：所述装置包括图像识别传感器、特征图像盘以及数据采集处理单元，所述图像识别传感器安装于所述车底架上，所述特征图像盘的外缘上设有相对倾斜的两条线段，两条所述线段之间的间距规律递增或规律递减，所述特征图像盘安装于车轴上并随所述车轴同轴旋转，通过所述图像识别传感器对准所述特征图像盘以供拍摄转动的所述特征图像盘不同时刻的各个所述间距并转化为信号，通过所述数据采集处理单元采集并处理所述信号，进而在所述铁路车辆运行时测量出所述车轴的轴速并判断出所述铁路车辆的运行方向。

优选地，两条所述线段或其中一条为斜线而另一条为直线、或两者相互倾斜，在所述车轴整个绕行的圆周方向仅具有两条所述线段。

本发明基于图像的铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置的有益效果包括：

1)能够准确测量车轴运转速度；

2)能够准确判断出车辆运行方向；

3)车辆在牵引时车轮出现空转或者车辆在制动过程中出现轮对滑行等情况时，同样可以及时准确地测量得到车轴的轴速；

4)装置设计简单、维护方便、可作为一个独立的装置方便地安装到车上。

附图说明

图1为本发明基于图像的铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置的立体结构示意图；

图2为对应于图1的控制原理示意图；

图3为对应于图1中特征图像盘外圆周上所设线段的第一种形式示意图；

图4为对应于图1中特征图像盘外圆周上所设线段的第二种形式示意图。

图中标号：1--固定在车底的支架；2--图像识别传感器；3--特征图像盘；4--数据采集处理单元；5--电源；6--车轴；7--车轮；8--钢轨。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。

如图1所示，本发明首先提供了一种基于图像的铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置，包括固定在车底的支架1、图像识别传感器2、特征图像盘3、数据采集处理单元4、电源5等组成零件。车轴6和车轮7组成轮对置于钢轨8上。

具体地，结合图1所示，图像识别传感器2固定在车底的支架1上，图像识别传感器2朝下对准特征图像盘3，拍摄特征图像盘3不同时刻的照片，并对拍摄的图像进行处理，数据采集处理单元4采集信号并对信号进行处理。特征图像盘3不同时刻拍摄所得照片计算的间距线段l不等长，但以一定的变化率增加，呈圆周状粘贴在车轴4的圆周面上。

本发明的装置利用图像识别传感器，通过对特征图像盘不同时刻拍摄所得照片的实时处理，可以实现在车辆运行时测量出车轴的轴速并判断出车辆运行方向。

在具有上述结构特征后，本发明还公开一种基于图像识别的铁路车辆运行方向识别与轴速测量方法，本发明上述装置亦可通过该方法进行实施，结合图1所示，本发明方法具体包括以下过程：

利用图像识别传感器2拍摄特征图像盘3，不同时刻拍摄所得照片经实时处理所得间距线段l不等长，数据采集处理单元采集并处理间距l的长度变化率和不同长度l出现的先后顺序等信号，从而计算得出车轴6转速及判断车辆运行方向。

首先，对于测量轴速，车辆在运行过程中，由于图像识别传感器2固定在车底的支架1上，图像识别传感器2会随着车辆的运行而一同行进。在行进过程中，不管车辆在牵引时是否出现空转，还是车辆在制动时轮对是否出现滑行等情况，图像识别传感器2都能拍摄到从起始(如附图3和4中的上底l0)到结束(下底ln)过程中特征图像盘不同时刻的照片，并实时处理计算不同时刻的间距长度l，根据l的长度变化率，可得出车轴转过的角度，再结合所用的时间即可计算出车轴的转速。

而对于方向的判断，根据特征图像盘不同时刻的l长度递增或递减的特征，即不同长度l出现的先后顺序，从而判定出车辆的运行方向。

方案需要一个图像传感器和特征图像盘，即可测量速度和判定方向。

首先，对于测量轴速，车辆在运行过程中，由于图像识别传感器2固定在车底的支架1上，图像识别传感器2会随着车辆的运行而一同行进。在行进过程中，不管车辆在牵引时是否出现空转，还是车辆在制动时轮对是否出现滑行等情况，图像识别传感器2都能拍摄到从起始(如附图3和4中的上底l0)到结束(下底ln)过程中特征图像盘不同时刻的照片，并实时处理计算不同时刻的间距长度l，根据l的长度变化率，可得出车轴转过的角度，再结合所用的时间，即可计算出车轴的转速。

对于判定方向：如附图3和4所示，图中ab和cd为特征图像盘所包含的两条斜线(图3所示)或者是一条斜线和一条直线(图4所示)，矩形图框是图像传感器拍摄特征图像盘所得的图线采集区e，图线采集区e与线段ab和cd分别相交于点a1、b1、c1和d1，k和m分别为线段a1b1和c1d1的中点，l为km的间距长度，根据l的长度增大或减小特征判断方向。

如图3和4所示，假设特征图像盘具有上底l0和下底ln,特征图像盘不同时刻的间距长度l分别用附图3和4中的l1、l2、l3表示,且l0<···<l1<···l2<···l3<···<ln，整个圆周方向只有这一组拍摄所得的间距。假定按照l1→l2→l3方向旋转为车辆前进方向，那么在多次循环中，首先取出一部分连续数值，找出最大值，即为ln，再找出最小值，即为l0，注意找出相邻的l0和ln，观察l0和ln出现的先后顺序即可得知车辆运行的方向：如果l0出现在ln之后，则可知车辆为前进方向；如果l0出现在ln之前，即可知车辆反方向运行。如果l0和ln不相邻，那么当l0出现在ln之前，车辆为前进方向；当l0出现在ln之后，车辆反方向运行。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。