一种基于激光雷达的接触网自动检测装置的制作方法

本实用新型涉及轨道列车接触网检测技术领域，具体涉及一种基于激光雷达的接触网自动检测装置。

背景技术：

接触网几何参数检测对列车能否高速行驶和安全提速非常重要，接触网几何参数不符合标准会影响列车行驶安全，需要在线路验收和定期对接触网定位器坡度巡检测量。目前铁路相关部门对接触网的巡检大多采用静态激光测量的方式完成，这种方式效率低、工作强度大，夜间作业难度大；或采用基于摄像头的动态监测装置，也有些检测装置采用基于激光雷达，但测量时抬高雷达导致每次测量存在精度偏差，由于这些检测装置存在重复检测精度不够，在隧道等场景检测准确率低，不能实际使用。因此，目前亟需一种测量准确高效的接触网动态检测装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型公开一种基于激光雷达的接触网自动检测装置，能针对现有静态激光测量仪效率低、工作强度大、基于摄像头或采用激光雷达抬高测量装置存在重复检测精度不够、在隧道等场景检测准确率低等问题，提供一种利用光电编码器和雷达固定安装、带红外辅助定位自动扫描接触网几何轮廓参数的动态检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于激光雷达的接触网自动检测装置，包括支架，所述支架上设置有带辅助红外光的激光雷达、光电编码器、倾角传感器、数据采集模块以及直线位移传感器，所述带辅助红外光的激光雷达固定在支架上并对应轨道上方的接触网，以使能利用红外光辅助雷达测量轨道上方的接触网，所述支架横向设置有横梁，所述直线位移传感器的滑动杆横向设置在横梁上，所述横梁的两端分别设置有行走轮并且其中一端的行走轮与所述直线位移传感器的滑动杆连接，所述光电编码器的转轴与行走轮同轴连接并能随行走轮转动，所述倾角传感器平行于横梁，所述数据采集模块分别电性连接于所述激光雷达、光电编码器、倾角传感器、直线位移传感器并能采集传感器数据，所述数据采集模块电性连接有中央数据处理模块并能向中央数据处理模块传送数据。

使用时，检测装置通过设置在横梁两端的行走轮活动架设在铁路轨道上，使检测装置能利用行走轮在铁路轨道上沿着铁路轨道移动，便于检测装置在沿着铁轨推行时安装在支架上的各个传感器能动态地测量轨道接触网的各个几何参数。

由于所述直线位移传感器的滑动杆横向设置在横梁上、所述横梁的两端分别设置有行走轮并且其中一端的行走轮与所述直线位移传感器的滑动杆连接，因此可以根据铁路轨道的轨距尺寸拉伸出直线位移传感器的滑动杆，拉伸出相应长度后便可以把行走轮架设在轨道上，因此便可以通过直线位移传感器滑动杆的直线拉伸距离检测出铁路轨道的轨距尺寸参数，轨距尺寸参数传送到数据采集模块。

所述光电编码器属于现有技术的常规测量装置，通过把光电编码器的转轴与行走轮同轴连接，能使光电编码器的转轴随行走轮转动，因此行走轮在轨道上移动时，光电编码器便可以自动产生相应的脉冲数据，因此可以利用中央数据处理模块7根据产生的脉冲数据计算行走轮在轨道上的移动里程，从而整个检测装置在轨道上的移动里程便可以计算，这是本领域技术人员能够理解的。

所述倾角传感器平行于横梁并固定设置在横梁上，目的是当被测量的轨道存在倾斜时，倾角传感器能测量横梁在轨道上的倾斜角度a，然后根据上述直线位移传感器测量出的轨距参数t，再根据公式t×sina计算出轨道的轨超高h，轨距参数t和倾斜角度a可以传送到数据采集模块，并通过中央数据处理模块计算出外轨超高h，这是本领域技术人员能够理解的。

由于设置了带辅助红外光的激光雷达，即选用了现有技术的带红外光的高精度激光雷达，能使检测装置带红外辅助定位，检测轨道的接触网时，红光和雷达发出的激光在同一个截面上，即红光照射到的位置即为激光雷达扫描位置，能进一步提高检测精度，检测装置在实际使用中的结果表明，在隧道内测量和晚上测量岔线等复杂场景情况时，红外辅助定位有效帮助激光雷达检测接触网定位器、吊弦等检测目标，明显地提高检测的准确率。

由于激光雷达固定安装在检测装置的支架上，雷达的原点坐标在装置出厂校验后不会再改变，在轨道上正反两个方向测量时不会产生明显精度误差，也不会因为反复使用产生精度误差，避免每次使用时重新组装雷达或抬高雷达高度而导致产生的检测误差。

由于所述数据采集模块分别电性连接于所述激光雷达、光电编码器、倾角传感器、直线位移传感器并能采集传感器数据，所述数据采集模块电性连接有中央数据处理模块并能向中央数据处理模块传送数据，因此检测装置在轨道上移动过程中，激光雷达、光电编码器、倾角传感器、直线位移传感器检测到的参数数据可以分别传送到数据采集模块，并且经由数据采集模块传送到中央数据处理模块，并通过中央数据处理模块计算和处理，并且中央数据处理模块实时处理雷达和传感器数据，建立接触网三维点云模型，包括接触线、承力索、非支接触线、非支承力索、定位器、吊弦、电连接、支柱等，根据不同测量目标的模型特征进行迭代计算，输出接触网包括支柱、定位器、吊弦等检测结果，并建立接触网一杆一档的检测数据索引管理，这都是本领域技术人员能够理解的。

进一步地，所述支架上可拆卸地设置有触控显示屏，所述触控显示屏电性连接于所述中央数据处理模块，因此经过数据采集模块传输到中央数据处理模块的各项测量数据可以传送到触控显示屏，能对外提供给使用者交互窗口和检测结果显示，采用可装卸式触控显示屏，能方便检测装置的便携式运输。

进一步地，所述支架上设置有向上延伸的固定杆，所述触控显示屏设置在所述固定杆的上端。因此能便于使用者操控所述触控显示屏。

进一步地，所述数据采集模块为stm32单片机。考虑到铁路户外检测恶劣环境，以及在线路周边存在配电柜等设备可能造成的干扰，数据采集模块为stm32单片机并使用stm32系列微处理解决方案，能很好适应低温和高温工作环境要求，并具备很强的抗干扰性。stm32系列微处理器集成了can总线和工业485、422协议，非常方便快速对接直线位移、倾角、光电编码器等工业传感器。数据采集模块采集到的数据传送给中央数据处理模块处理。

进一步地，所述中央数据处理模块为intel处理器或arm9以上的处理器。由于中央数据处理模块要实时处理雷达和其它传感器数据，建立接触网三维点云模型，要进行大量的数据处理和计算，因此要采用高性能的intel或者arm9以上的处理器，主频在2ghz以上处理器，有利于中央数据处理模块通过各项动态的检测数据实时建立接触网三维点云模型，输出接触网包括支柱、定位器、吊弦等检测结果。

进一步地，所述激光雷达带有红外光装置，并固定安装在支架上。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的检测装置采用非接触式检测方式并通过高精度激光雷达对接触网持续扫描测量，能快速准确给出测量结果，从而有效提高测量效率以及降低测量人员的工作强度。

由于设置了带辅助红外光的激光雷达，即选用了现有技术的带红外光的高精度激光雷达，能使检测装置带红外辅助定位，检测轨道的接触网时，红光和雷达发出的激光在同一个截面上，即红光照射到的位置即为激光雷达扫描位置，能进一步提高检测精度，检测装置在实际使用中的结果表明，在隧道内测量和晚上测量岔线等复杂场景情况时，红外辅助定位有效帮助激光雷达检测接触网定位器、吊弦等检测目标，明显地提高检测的准确率。

由于激光雷达固定安装在检测装置的支架上，雷达的原点坐标在装置出厂校验后不会再改变，在轨道上正反两个方向测量时不会产生明显精度误差，也不会因为反复使用产生精度误差，避免每次使用时重新组装雷达或抬高雷达高度而导致产生的检测误差。

附图说明

图1为本实用新型的正视图和俯视图（上为正视图，下为俯视图）。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图或简单示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，一种基于激光雷达的接触网自动检测装置，包括支架1、光电编码器3、倾角传感器（图中未画出）、控制盒400以及直线位移传感器5，支架1横向固定有横梁100，带辅助红外光的激光雷达2固定在横梁100上并向上对应轨道上方的接触网，以使能利用红外光辅助雷达测量轨道上方的接触网，直线位移传感器5的滑动杆51横向安装在横梁100的右侧，横梁100的两端分别安装有行走轮6并且右端的行走轮与直线位移传感器5的滑动杆51连接，光电编码器3的转轴（图中未画出）与左端的行走轮6同轴连接并能随行走轮6转动，倾角传感器平行于横梁100并固定在横梁100上。控制盒400固定在横梁100上，控制盒400内设有数据采集模块4和中央数据处理模块7。激光雷达2带有红外光装置，并固定安装在支架1上。

为保证测量结果的精度，上述各个用于测量的传感器都必须选用高精密传感器，工作温度和防水性能都必须达到规范要求。组装时，各个传感器都要装配在支架1内部，避免接线被拉扯，接头受潮等问题。

在本实施例中，考虑到铁路户外检测恶劣环境，以及在线路周边存在配电柜等设备可能造成的干扰，数据采集模块4选用stm32单片机并使用stm32系列微处理解决方案，能很好适应低温和高温工作环境要求，并具备很强的抗干扰性。stm32系列微处理器集成了can总线和工业485、422协议，非常方便快速对接直线位移、倾角、光电编码器等工业传感器。数据采集模块4采集到的数据传送给中央数据处理模块7处理。并且由于中央数据处理模块7要实时处理雷达和其它传感器数据，建立接触网三维点云模型，要进行大量的数据处理和计算，因此要采用高性能的intel处理器，并且处理器的主频在2ghz以上，有利于中央数据处理模块7通过各项动态的检测数据实时建立接触网三维点云模型，输出接触网包括支柱、定位器、吊弦等检测结果。另外，横梁100上安装有向上延伸的固定杆9，固定杆9的上端可拆卸地安装有触控显示屏8，触控显示屏8电性连接于中央数据处理模块7。

stm32单片机分别通过现有技术的相关电路电性连接于激光雷达2、光电编码器3、倾角传感器、直线位移传感器5并采集上述各个传感器的测量数据，stm32单片机电性连接于intel处理器并向intel处理器传送数据，各个电器元件和传感器之间的电性连接还需要相应的现有技术电路配合连接，这是本领域技术人员能够理解的，并且不需要创造性劳动便可以实现的，因此本实施例不再赘述具体电路的接线结构。

使用时，检测装置通过设置在横梁100两端的行走轮6活动架设在铁路轨道上，使检测装置能利用行走轮6在铁路轨道上沿着铁路轨道移动，便于检测装置在沿着铁轨推行时安装在支架1上的各个传感器能动态地测量轨道接触网的各个几何参数。

使用前，可以根据铁路轨道的轨距尺寸拉伸出直线位移传感器5的滑动杆51，拉伸出相应长度后便可以把行走轮6架设在轨道上，因此便可以通过直线位移传感器5滑动杆的直线拉伸距离检测出铁路轨道的轨距尺寸参数，轨距尺寸参数传送到数据采集模块4。

通过把光电编码器3的转轴与行走轮6同轴连接，能使光电编码器3的转轴随行走轮6转动，因此行走轮6在轨道上移动时，光电编码器3便可以自动产生相应的脉冲数据，因此可以利用中央数据处理模块7根据产生的脉冲数据计算行走轮6在轨道上的移动里程，从而整个检测装置在轨道上的移动里程便可以计算，这是本领域技术人员能够理解的。

倾角传感器平行于横梁100并固定设置在横梁100上，目的是当被测量的轨道存在倾斜时，倾角传感器能测量横梁100在轨道上的倾斜角度a，然后根据上述直线位移传感器5测量出的轨距参数t，再根据公式t×sina计算出轨道的轨超高h，轨距参数t和倾斜角度a可以传送到数据采集模块4，并通过中央数据处理模块7计算出外轨超高h，这是本领域技术人员能够理解的。

由于安装了带辅助红外光的激光雷达2，能使检测装置带红外辅助定位，检测轨道的接触网时，红光和雷达发出的激光在同一个截面上，即红光照射到的位置即为激光雷达扫描位置，能进一步提高检测精度，检测装置在实际使用中的结果表明，在隧道内测量和晚上测量岔线等复杂场景情况时，红外辅助定位有效帮助激光雷达检测接触网定位器、吊弦等检测目标，明显地提高检测的准确率。

由于激光雷达固定安装在检测装置的横梁100上，雷达的原点坐标在装置出厂校验后不会再改变，在轨道上正反两个方向测量时不会产生明显精度误差，也不会因为反复使用产生精度误差，避免每次使用时重新组装雷达或抬高雷达高度而导致产生的检测误差。

检测装置在轨道上移动过程中，激光雷达2、光电编码器3、倾角传感器、直线位移传感器5检测到的参数数据可以分别传送到数据采集模块4，并且经由数据采集模块4传送到中央数据处理模块7，并通过中央数据处理模块7计算和处理，并且中央数据处理模块7实时处理雷达和传感器数据，建立接触网三维点云模型，包括接触线、承力索、非支接触线、非支承力索、定位器、吊弦、电连接、支柱等，根据不同测量目标的模型特征进行迭代计算，输出接触网包括支柱、定位器、吊弦等检测结果，并建立接触网一杆一档的检测数据索引管理，这都是本领域技术人员能够理解的。

需要说明的是，在本实施例中，带辅助红外光的激光雷达2、光电编码器3、倾角传感器以及直线位移传感器5均属于现有技术的传感测量装置，本领域技术人员可以根据本实施例的技术启示实施本实用新型的检测装置，解决背景技术中记载的现有技术缺陷，实现本实用新型所要达到的技术效果。另外，光电编码器3安装在行走轮6上，因此附图的标注仅标出了光电编码器3的安装位置，对光电编码器3的具体安装结构图予以省略，对本领域技术人员来说，附图中的省略是可以理解的。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。