车辆安全智能检测预警系统的制作方法

本实用新型涉及一种车辆安全智能检测预警系统，主要用于有轨电车车顶的受电弓状态及裂纹检测，以及车顶空调固定螺栓状态的检测。

背景技术：

目前对轨道列车的车顶环境及受电弓等的检测方法只有人工巡检的方式，如列检库的高空平台数量受限，则无法满足受电弓的日常检查需要，只能依靠检修人员上车顶检查，存在检查周期过长、效率不高的问题，对行车安全存在一定的安全隐患，人工巡检的缺点如下：

首先，巡检效率低下，人工巡检工作量大，需要投入大量的人力、设备、资金；加之作业工作时间短，完成巡检任务的压力很大。

其次，巡检质量不高，由于夜晚作业不具备较好的照明，很多安全隐患难以发现，受作业人员主观因素的影响，作业质量难以得到保证，作业处理过程难以标准化实现。

最后，人工巡检存在检查周期过长、效率不高，人工巡检的这些问题都提高了对作业调度的要求，管理部门面临铁路安全的挑战，需要解决铁路提速发展和落后的作业方式之间的矛盾。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种车辆安全智能检测预警系统，以解决现有技术存在的人工巡检工作量大，巡检效率低下，受作业人员主观因素的影响，巡检质量不高的问题。

本实用新型的技术方案是：一种车辆安全智能检测预警系统，包括受电弓和车顶空调检测系统，其特征在于，所述的受电弓和车顶空调检测系统安装在一搭载平台上，该搭载平台包括搭载车、剪叉式升降机、转动机构、立柱、伸缩滑台和升降臂，剪叉式升降机设在搭载车上，立柱的底端通过转动机构安装在剪叉式升降机的顶面，水平设置的伸缩滑台的一端连接在立柱的顶端，在伸缩滑台的另一端安装升降臂。

本实用新型的有益效果是：

（1）可代替检修平台对电客车顶部设备进行安全检测，在不登顶不断电的情况下进行检测，不仅降低了人工检测强度，且检测效果高。

（2）自动化程度高，可根据地面的高低自动调整检测设备与被检测装置的安全距离。

（3）采用的高精度激光雷达及激光测距仪对监测平台前后左右上下进行监测，增加监测平台运行中的安全保障。

（4）集成化、模块化程度更高，更加利于系统的安装及维护。

（5）受电弓裂纹检测模块体积小，安装方式简单，采样频率高，测量数据精度高，可满足重复性和一致性验证的要求。

（6）采用自配蓄电池进行设备供电，减少外接电缆的繁琐性，杜绝安全隐患。

（7）本系统采用高亮LED频闪补光技术，该技术节能、环保、耐用、稳定，并能保证相机在白天和夜晚拍摄高质量的图像。

附图说明

图1是本实用新型总体结构（剪叉式升降机升起状态）示意图；

图2是本实用新型的立体结构（剪叉式升降机低位状态）示意图；

图3是图1中剪叉式升降机处于低位的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本实用新型受电弓和车顶空调检测系统的构成框图；

图6是本实用新型应用时的立体结构示意图。

附图标记说明：1、搭载车，2、剪叉式升降机，3、转动机构，4、立柱，5、伸缩滑台，6、环境检测模块，7、空调螺栓状态及受电弓磨耗检测模块，8、升降臂，9、安全防护模块，10、受电弓天平检测模块，11、激光雷达，12、车号成像模块，13、显示器，14、工控计算机，15、受电弓，16、车顶，17、空调顶板。

具体实施方式

参见图1-图6，本实用新型一种车辆安全智能检测预警系统，包括受电弓和车顶空调检测系统，其特征在于，所述的受电弓和车顶空调检测系统安装在一搭载平台上，该搭载平台包括搭载车1、剪叉式升降机2、转动机构3、立柱4、伸缩滑台5和升降臂8，剪叉式升降机2设在搭载车1上，立柱4的底端通过转动机构3安装在剪叉式升降机2的顶面，水平设置的伸缩滑台5的一端连接在立柱4的顶端，在伸缩滑台5的另一端安装升降臂8。

所述的受电弓和车顶空调检测系统包括环境检测模块6、空调螺栓状态及受电弓磨耗检测模块7、安全防护模块9、受电弓天平检测模块10、激光雷达11、车号成像模块12、显示器13和工控计算机14，其中：环境检测模块6和空调螺栓状态及受电弓磨耗检测模块7安装在伸缩滑台5上，该受电弓天平检测模块10安装在升降臂8的底端，在该剪叉式升降机2顶面的前端和后端各装有一个激光雷达11，在该搭载车1顶部的前、后端各装有一车号成像模块12，在该搭载车1的一端装有显示器13和嵌入式工控计算机14。

所述的车号成像模块12由高清相机和光源（如LED）组成，光源设在高清相机旁边组成。

所述的伸缩滑台5和升降臂8采用伸缩缸或采用相互啮合的齿轮和齿条机构，该齿轮由电机驱动，属常规技术。

在所述的搭载车1的前、后端以及升降臂8上各装有用于防止碰撞的安全防护模块9，如、弹性防撞块或位置传感器，由工控计算机14对搭载车1进行自动控制，属于常规技术。

配备有用于控制所述的搭载车1行走和运行的遥控器，可以控制搭载车1的行走、伸缩滑台5的伸缩、升降臂8的升降以及发出检测指令等，根据需要设计各种控制功能，属于常规技术。

车辆安全智能检测预警系统系统硬件由自动搭载车、检测设备自动控制系统、受电弓状态自动检测系统、空调螺栓状态检测系统、安全防护系统、地面服务终端组成。

下面对本实用新型的功能和特点进行进一步说明：

1.搭载车1：

（1）搭载车主体结构采用液压升降机。液压升降机主要是通过液压油的压力传动从而实现升降的功能,它的剪叉机械结构，使升降机起升有较高的稳定性，宽大的作业平台和较高的承载能力，使高空作业范围更大、并适合多人同时作业。它使高空作业效率更高，安全更保障。

剪叉式升降平台作为一种平面升降机械，主要用于抬升重物，在很多领域都有着广泛的用途，如用作货场装卸货物的升降台、各种工程中操作人员的工作平台等等。剪叉式液压升降平台是一种结构比较简单、举升力大、升降平稳、噪音低、操作方便、维修简便，并可以停留在升降范围内的任意位置上的一种广泛应用的升降平台。它目前广泛地应用在各行各业，是一种货物装卸流通领域中较为理想合理的升降平台。

液压系统是剪叉式液压升降平台的驱动和控制部分，通过液压缸驱动剪叉改变幅度，完成升降任务，通过平衡阀、调速阀和溢流阀的控制作用，完成调速、保压、制动、平衡的功能。

（2）自动搭载车配有操作台，操作台上装有控制按钮、电源指示灯、信号指示灯、故障报警指示灯，控制按钮可控制行走平台的升降、前进、后退、刹车、检测设备运行检测等，在自动搭载车运行过程中如出现设备器件故障会有相应故障报警指示灯进行提示，此时自动搭载车需停止运行等待修复，待故障处理后再运行检测。

（3）自行式升降平台特点、参数及配置：

自行式升降平台设有超载液压安全保护系统，结构采用高强度锰钢矩形管制造，强度高、坚固耐用；

自行式升降平台的电池采用美国邱健的蓄电池，充满时间为八小时，且充电配有相应指示灯提示；

自行式升降平台无需外接电源，采用自带的蓄电池进行设备的行走及升降方便简洁；

自行式升降平台采用有线手柄控制行走，速度可调式，移动灵活、操作简单方便；

自行式升降平台前端配有工业显示屏，可实时显示该设备的工作状态；

自行式升降平台操作台上设备电源指示灯、信号指示灯、设备故障报警指示灯等，以便操作人员通过指示灯的亮暗来评估设备的正常状态；

自行式升降平台顶部和侧部分别装有激光测距传感器，能够在显示屏上实时显示升降平台的升降高度和距离电客车的安全距离，为升降平台行走增加安全保障。

（4）电源管理模块：

电源管理模块由电源、DC-UPS、蓄电池等组成。管理模块对蓄电池状态进行监控，将电池状态告警实时反馈给控制单元，使电源管理模块能够可靠安全的运行。

2.检测设备自动控制系统：

车载自动控制系统包括系统自检、蓄电池电量以及行走速度显示、车体的行走和转弯控制、升降和伸缩以及旋转机构的控制、障碍物检测与防撞控制、无线遥控、与中控机网络通信等。

系统自检：首先检测传感器输出是否正常。方法如下：1）每个摄像头的场/帧信号。若一秒内的场/帧信号与产品指标相符，则对应的摄像头正常，否则异常；2）接收激光雷达数据的时间和帧频，若满足指标要求，则对应的激光雷达正常，否则异常；3）接收激光测距仪RS422输出的测距信息。若接收测距信息的频率满足指标要求，则对应的激光测距仪正常，否则异常；4）车体控制检测：发送15秒前进指令，接收测速仪输出的速度信息，若速度大于等于1km/s的时间大于等于5秒，则车体前进控制正常，否则异常；发送15秒车辆右转指令，采集前后两台激光雷达输出数据，若与被检测车厢的距离变大，则正常，否则异常；5）向升降机构发送上升指令5秒，接收检测垂直高度激光测距仪输出的信息，若距离增大。然后发送下降指令到位，距离减小，则升降机构正常，否则异常。向伸缩机构发送伸出指令5秒，接收检伸缩距离激光测距仪输出的信息，距离增大。然后发送缩回指令到位，距离减小，则伸缩机构正常，否则异常。向旋转机构发送转90º指令，接收光电编码器输出的角度信息，角度到达90º。然后发送转0º指令，角度到达0º，则旋转机构正常，否则异常；上位机软件通过CPCI接口向信号处理板发送信号处理板自检指令，经5秒后读取自检结果，解析信号处理板是否正常。在上位机界面上显示和面板每个自检单元正常与否状态。

蓄电池电量和行车速度显示：读取蓄电池电量和行车测速仪输出的信息，在工控机屏幕上显示。

升降高度和伸缩长度显示：读取测量升降高度和伸缩长度激光测距仪输出的信息，在工控机屏幕上显示。

旋转机构3的旋转和伸缩滑台5伸缩控制分别由两台直流电机控制。电机的运动受控制计算机的控制。伸缩机构采用HST单立柱式。最后伸缩柱在最下面。

车体行走和转弯控制：车体行走和转弯可以手动和自动控制。手动控制也分为键盘的键控、无线遥控以及中控机通过WIFI传输指令控制。键盘上设置前进、后退、左转、右转、急停键。

无线遥控采用运筹科技的无线接收模块，型号为YCJS102WC，USB接口供电和传输数据。无线遥控器型号为YCF-316A，设有急停键，工控计算机的控机界面有对应键，按键经WIFI发送协议数据。

使用时，人工推到列车检查的起始点，然后搭载车自动开始行走。判断到检测受电弓时行走平台停止行走，开始做起竖动作，待指定高度停止，行走平台继续前行，然后再外伸出水平臂杆，判断指定标示后停止前行，接着再从臂杆伸出横向穿进受电弓的内窥镜，控制内窥镜在X-Y-Z两个方向运动成像。完毕后，收起内窥镜，收臂杆，连续重复3个手电弓（1列车共有3个），依次检测所有待检受电弓，检测完毕后，平台将至初始态，并自动退回起人工操作的始点（以上过程中，可以由人工发远程操作指令），最后由人移动小车至其他车道。

根据以上需求可以将平台使用状态分解为四个：待机状态、行进状态、伸缩状态、检测状态。

1）待机状态。待机状态下，平台的升降臂及伸缩臂均处于收起状态，系统整体处于最小体积状态。在待命状态下，平台仍可由操作员在控制端控制行进，使平台进入行进状态并行使至列车检查起始点。同时，待机状态下，操作员可以对底盘下方电瓶进行充电。

2）行进状态。即平台处于行进过程中所处的状态。平台的行进状态可以进一步细分为两个状态：折叠行进状态、展开行进状态。在折叠行进状态下，操作员需能够通过中控计算机远程控制平台行进。在展开行进状态下，平台需实时监测被检测车体编号、与被检测车距离、平台自身状态参数。

3）伸缩状态。平台根据操作员指令进入伸缩状态，进入伸缩状态后，平台自动起竖至指定高度，并将水平臂杆伸直指定位置。

4）检测状态。平台伸缩状态完成后，系统可自动进入检测状态，操作员可在控制端对回传的检测图像进行实时判定，并可对检测过程进行录像留底。

障碍物检测与防撞控制：安装在车体前后的两台激光雷达进行360º扫描，除去车体遮挡角度以外范围内，按扫描角度计算障碍物与车体的距离，当距离小于300mm，在屏幕上报警灯闪烁、蜂鸣器响进行报警。

中控机通信：在工控机和中控机上安装USB接口WIFI设备，通过VS2012编程进行通信，工控机向中控机发送图像、报警信息以及测试设备的工作状态。中控机向工控机发送各种控制指令。

工控机软件设计：工控机软件主要完成图像显示与存储，自检结果显示，通过CPCI与信号处理器通信，裂纹、螺栓位移蓄电池电量、速度、升降高度、伸缩长度显示，与中控机通信，升降与伸缩控制、转动控制等。

3.受电弓状态自动检测系统：

受电弓状态自动检测系统主要包括车号检测模块、受电弓磨耗检测模块、受电弓天平裂纹检测模块。

检测系统主要运用机器视觉的方法对受电弓状态进行检测，受电弓状态检测系统由多个前端监控点和一个后端控制中心构成，它们构成一个监控网络系统。前端监控点装设高分辨率高速照相机对受电弓进行图像采集，并将采集的图像传到控制中心，由控制中心的计算机对采集的图像进行智能分析，及时发现受电弓的故障状态，从而有效的防止事故的发生。

在行走平台行走过程中，受电弓探测设备检测到受电弓后，发送信号给工控机，工控机发射信号给两个车号成像模块12的高清相机进行触发拍照。当光照条件较暗时自启动LED（光源）补光，实现全天候检测。监控相机实时监控升降平台在车顶运行状态，以保证平台运行过程安全可靠。并记录保存显示，方便后期查阅。号码牌相机安装在云台上，跟据平台转向自动定位到检测电客车号码牌位置。实时识别每节电客车编号，当受电弓探测设备检测到受电弓，结合当前电客车编号生成一弓一档数据，并保存在系统硬盘上。嵌入式工控机采用可插拔硬盘方便数据转存或采用无线网络进行数据传输。

当监测平台运行时，光电传感器检测到被检测物后会发送信号给控制模块（由工控计算机控制），控制模块开始控制高清相机完成对车身侧部车号的高清图像采集。为了形成高清晰无拖影的图像，采用工业级高速高分辨率面阵相机，配合LED红光光源，完成侧部车号图像的拍摄。

受电弓磨耗检测模块：采用工业级高清面阵相机和非可见红外高亮补偿光源对受电弓形态进行高清成像，工业级高清面阵相机图像采用分辨率2048×2048、帧率25Hz的近红外相机对拍摄物进行高清成像，非可见红外高亮LED补偿光源采用用850nm红外补偿光源对拍摄物进行光源亮度补偿，并通过算法进行实时处理，查找受电弓形态学缺陷。

受电弓天平裂纹检测模块：采用工业级高清面阵相机和LED高亮补偿光源对受电弓天平进行高清成像。工业级高清面阵相机，图像分辨率为2048×1536，视场角可达到120°，LED高亮补偿光源可根据现场照明情况自动调整光源亮度，减小了因光线较亮或较暗的情况引起的曝光值过高或过低，所拍摄的图像清晰度较差的问题。

4.空调螺栓状态检测模块：

采用工业级高清面阵相机和非可见红外高亮补偿光源对受电弓形态及空调形态进行高清成像，工业级高清面阵相机图像采用分辨率2048×2048的近红外相机对拍摄物进行高清成像，非可见红外高亮LED补偿光源采用用850nm红外补偿光源对拍摄物进行光源亮度补偿，并通过特殊算法进行实时处理，查找空调螺栓状态的形态缺陷。

5.安全防护系统：

在检测过程中为了确保车辆设备安全，防止受电弓裂纹检测设备与车辆设备发生碰撞，在搭载车前、后各安装一个激光雷达、并在升降平台上安装3个激光测距仪作为安全防护模块。同时跟据激光雷达返回数据指导搭载车的行走及升降。当有物体侵入报警区域时，安全防护系统发送相应信号给自动搭载车，搭载车会紧急停止运行，等待人员处理。

6.地面服务终端：

对所获取的受电弓高清图像及空调部位的高清图像进行深度分析，通过图像智能识别软件确定受电弓结构异常（包括天平裂纹、羊角异常、碳滑板磨耗等）及空调部位螺栓的缺失。

1）查询功能：地面服务器可以根据时间、线路、站区等查询相应的检测数据及图像。

2）数据分析：对检测的数据比如受电弓的磨耗数据，根据标准值分析出超限的数据，并给检测人员确认。

4）智能分析：对于拍摄的图片，我们采用图像模式识别技术对采集的图片进行自动化分析，对于可能存在的缺陷输出保存，检测人员可以查询，并确认故障；通过自动化分析可以大大减少检测人员的工作量。

5）故障编辑：对于确认的故障检测人员可以编辑处理，并输出打印报告。

6）系统调用word/Excel 处理组件，可以将缺陷数据、超限数据导出成word/Excel 文档。