铁路道岔轨道检测系统和方法与流程

1.本发明涉及轨道检测技术领域，具体而言，涉及一种铁路道岔轨道检测系统和方法。


背景技术：

2.铁路是重要基础设施、国民经济大动脉和大众化交通工具，对我国社会经济又好又快发展和国防起着不可替代的全局性支撑作用。道岔作为轨道结构的薄弱环节，安全性相对较低。在线路上，道岔一旦出现故障将严重影响铁路的运营，甚至会发生灾难性的事故。我国目前尚无对道岔行之有效的检测手段，道岔的日常维护及故障检测大部分由人力完成。
3.经发明人研究发现，现有的道岔轨道结构检测系统存在如下缺点：
4.人工检测，效率低，误差大。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种铁路道岔轨道检测系统和方法，其能够提高自动化程度，提高检测效率，提高检测结果的准确性，进而提高道岔轨道系统使用的安全性。
6.本发明的实施例是这样实现的：
7.第一方面，本发明提供一种铁路道岔轨道检测系统，包括：
8.行走单元，所述行走单元用于沿轨道的延伸方向行走于两根轨道上；
9.以及检测单元，所述检测单元包括基体以及设于所述基体上的处理器、线结构激光传感器、惯性测量单元、相机和电池模组，所述基体与所述行走单元连接；所述处理器同时与所述线结构激光传感器、所述惯性测量单元、所述相机和所述电池模组电连接；所述线结构激光传感器用于扫描轨道以获取轨道横断面轮廓数据；所述相机用于采集承载所述轨道的轨枕的图像；其中，所述横断面为垂直于轨道的延伸方向的断面。
10.在可选的实施方式中，所述线结构激光传感器设置为多个，多个所述线结构激光传感器均设于所述基体上且与所述处理器电连接，多个所述线结构激光传感器共同作用以获取所述轨枕和所述两根轨道的横断面轮廓数据。
11.在可选的实施方式中，多个所述线结构激光传感器包括至少两个第一线结构激光传感器、至少一个第二线结构激光传感器和至少两个第三线结构激光传感器，所述至少一个第二线结构激光传感器位于所述至少两个第一线结构激光传感器和所述至少两个第三线结构激光传感器之间；所述至少两个第一线结构激光传感器用于获取两根轨道中的一根轨道的横断面轮廓数据；所述至少两个第一线结构激光传感器、所述至少一个第二线结构激光传感器和所述至少两个第三线结构激光传感器共同配合用于获取所述轨枕的横断面轮廓数据；所述至少两个第三线结构激光传感器用于获取所述两根轨道中的另一根轨道的横断面轮廓数据。
12.在可选的实施方式中，所述相机设置为多个，多个所述相机均设于所述基体上且
第四传感器；235-第五传感器；236-第六传感器；237-第七传感器；238-第八传感器；240-惯性测量单元；250-相机；260
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电池模组；270-里程计；280-gnss；290-报警器。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
35.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.目前，在进行铁路道岔轨道检测时，主要由两种方式，第一种是采用人工手持仪器进行检测，当需要检测道岔的不同位置的参数时，需要更换不同的检测设备，操作繁琐，效率低。第二种是直接将检测系统设于道岔上作为道岔的附属部件，这种方式虽然能够实现自动化监测，但是仅能够用于局部参数的检测，局限性较大。
37.鉴于此，设计者设计了一种铁路道岔轨道检测系统，自动化程度高，效率高；同时，能够全面、快速地检测道岔各部件的状态，提高岔道检查质量。
38.应当理解，道岔结构包括轨枕和设于轨枕上的两条轨道，轨道的类型包括但不限于基本轨、尖轨和翼轨。两条轨道间隔设置。
39.请参阅图1-图5，本实施例中，铁路道岔轨道检测系统包括行走单元 100和检测单元200。行走单元100用于沿轨道的延伸方向行走于两根轨道上。检测单元200包括基体210以及设于基体210上的处理器220、线结构激光传感器230、惯性测量单元240、相机250和电
池模组260，基体210 与行走单元100连接；处理器220同时与线结构激光传感器230、惯性测量单元240、相机250和电池模组260电连接；线结构激光传感器230用于扫描轨道以获取轨道横断面轮廓数据；相机250用于采集承载轨道的轨枕的图像；惯性测量单元240用于为线结构激光传感器230提供定位定姿状态数据以及提供加速度信息(其中，加速度可以线加速度或角加速度)；其中，横断面为垂直于轨道的延伸方向的断面。
40.需要说明的是，线结构激光传感器230和相机250的数量按需设置，例如，本实施例中，以线结构激光传感器230的数量为八个，相机250的数量为三个为例进行说明。其中，线结构激光传感器230分别为第一传感器231、第二传感器232、第三传感器233、第四传感器234、第五传感器 235、第六传感器236、第七传感器237和第八传感器238。
41.本实施例中，可选的，行走单元100包括车架110、扶手130和行走轮 120，车架110为金属框架，车架110设有用于卡接基体210的装配槽。扶手130与车架110连接。行走轮120设置为四个，两个行走轮120为一组，其中，一组行走轮120行走于两根轨道中的第一轨道上，另一组行走轮120 行走于两根轨道中的第二轨道上。检测过程中，作业人员通过拉动扶手130 从而带动车架110移动。
42.本实施例中，可选的，基体210可以设置为矩形条，基体210嵌设于装配槽中，基体210的长度方向与装配槽的延伸方向一致。基体210可以通过螺栓或螺钉等与车架110可拆卸地连接。如此，在进行检测前，可以将基体210与车架110分离，便于收纳、携带和输送。进一步的，基体210设有八个安装孔，八个线结构激光传感器230均与基体210连接，八个线结构激光传感器230分别穿设于八个安装孔中，每个线结构激光传感器230 的激光出射口能够将激光从安装孔射出，从而避免基体210阻挡激光光束。进一步的，八个安装孔在基体210的长度方向上呈直线排布，并且在排布方向上依次为第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔、第四安装孔、第五安装孔、第六安装孔、第七安装孔、第八安装孔，其中，第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔、第六安装孔、第七安装孔和第八安装孔的轴线均沿基体 210的高度方向延伸；第四安装孔的轴线以及第五安装孔的轴线与基体210 高度方向具有锐角或钝角，且第四安装孔供激光光束出射的一端相比另一端更加靠近第三安装孔，第五安装孔供激光光束出射的一端相比另一端更加靠近第六安装孔，换句话说，也就是说，第四安装孔和第五安装孔的轴线之间的距离，在从供激光光束出射的一端向另一端逐渐减小。如此，安装于第一安装孔内的第一传感器231、安装于第二安装孔内的第二传感器232、安装于第三安装孔内的第三传感器233、安装于第六安装孔内的第六传感器 236、安装于第七安装孔内的第七传感器237、安装于第八安装孔内的第八传感器238的发出的激光光束均沿基体210的高度方向射出并且呈扇形，相邻线结构激光传感器230射出的激光光束可以部分重叠。如此，第一传感器231、第二传感器232、第三传感器233配合实现第一轨道的横断面轮廓数据采集，第六传感器236、第七传感器237和第八传感器238配合实现第二轨道的横断面轮廓数据采集，从而能够获取尖轨降低值、心轨降低值、翼轨抬高值、轮缘槽宽度、护背距和查照间隔等参数。第四传感器234和惯性测量单元240配合能够得到第一轨道的几何参数，例如，轨距、高低、方向、水平、三角坑等参数。第五传感器235和惯性测量单元240配合能够得到第二轨道的几何参数，例如，轨距、高低、方向、水平、三角坑等参数。
43.应当理解，在其他实施例中，线结构激光传感器230的数量以及布置不限于上述实施例所描述的，并且，通过多个线结构激光传感器230的配合，能够实现获取用于承载轨道
的轨枕的横断面轮廓数据。
44.此外，当行走单元100按照于两条轨道上后，基体210的长度方向沿两条轨道排布方向，基体210的高度方向垂直于长度方向且为竖向，也即基体210的高度方向与轨道的高度方向一致。
45.本实施例中，三个相机250在基体210的长度方向上间隔排布，三个相机250共同作用以获取轨枕的图像，从而识别轨枕状态，例如，可以通过采集的图像得到轨枕表面质量、裂缝和掉块等状态。
46.本实施例中，可选的，处理器220可以设置为嵌入式计算机。
47.本实施例中，可选的，电池模组260包括两块锂电池，两块锂电池均与基体210可拆卸地连接。
48.本实施例中，可选的，检测单元200还包括均与处理器220通信连接的里程计270、gnss280(global navigation satellite system全球导航卫星系统)和报警器290。其中，里程计270为行走单元100提供里程位置信息，获取行走单元100所行走的路程。gnss280获取gps或北斗定位信息，为线结构激光传感器230提供定位以及提供时间基准数据。报警器290用于在处理器220获取的参数信息不符合要求时发出警报。也就是说，在道岔检测过程中，检测数据实时传输至处理器220进行处理，当处理器220处理获取的检测结果不满足预设条件时，也即道岔存在质量缺陷，处理器220 立即控制报警器290启动，从而提醒作业人员及时进行缺陷排查，更加高效。
49.应当理解，报警器290可以是声光器，能够同时发出声音和光照。
50.本实施例提供的铁路道岔轨道检测系统，采用高精度三维激光技术与计算机处理技术，对道岔各部位进行实时、同步扫描，获取三维点云数据，通过软件进行高效、快速、可靠的分析，提取各部件检查项目，解算检查结果，同时，还能够对异常情况进行实时声光报警提示，同时将检测结果进行存储和输出，以数字化方式为道岔日常养护提供依据。在检测过程中，可以人工或者机械设备驱动行走单元100在轨道上沿轨道的延伸方向行走，在行走过程中，检测单元200随着行走单元100一起移动，检测单元200上的检测模块能够实时有效地对道岔结构进行检测，自动化程度高，效率高，检测结果准确性高。
51.同时，线结构光传感器采集尖轨、心轨、基本轨及翼轨区域各部件的廓形数据，惯性测量单元240采集检查仪姿态与位置推算数据，gnss280采集时间信息数据，里程计270采集里程数据。根据出厂标定，把各个线结构激光传感器230统一到同一坐标系中，根据位置数据，得到每个时刻线结构激光传感器230采集数据的中心位置，然后所有采集的数据融合到同一坐标系中，获得整个道岔的三维轮廓数据，再软件识别各个部件，检测相关参数，检测结果准确性高，提高道岔检测质量。
52.本实施例还提供了一种铁路道岔轨道检测方法，在检测单元200通过行走单元100带动下沿轨道的延伸方向行走的过程中，利用线结构激光传感器230获取轨道横断面轮廓数据并传输至处理器220，以及利用相机250 采集轨枕的图像并将图像数据传输至处理器220。该检测方法自动化程度高，效率高，检测结果准确性高。
53.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。