一种钢轨损伤探测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路维护领域，尤其涉及一种钢轨损伤探测方法。
【背景技术】
[0002]近年来各国轨道交通都在高速发展，运营里程也在快速增长，轨道交通的发展给货运和客运提供了极大的便利，提高了交通运输的速度和运力。随着钢轨服役时间的增加和铁路向高速重载方向发展，钢轨损伤探测技术倍受关注。钢轨表面缺陷会加快车轮的磨损，同时钢轨表面裂缝反复碾压后也会导致断轨，这些都增加了脱轨的可能性，严重影响行车安全。如果忽视了对损伤钢轨的检测和处理，会导致严重的交通事故，后果不堪设想。
[0003]钢轨损伤的存在形式主要有两种:波纹缺陷和离散缺陷，基于钢轨损伤检测的重要性，各国交通管理部门纷纷制定不同的检测模式来实现对钢轨的检测和维护。现有技术中，典型的钢轨损失探测方式有以下几种:(I)采用超声波技术进行探测，超声波探测方式能够有效地识别离散缺陷；(2)人工方式检测，凭借轨道维护工人的个人经验，对每一个轨道沿线检测。但是这些方式检测效率较低，检测的缺陷不够全面。
[0004]因此，需要一种钢轨损伤探测方法，能够实现对全部轨道进行损伤探测的同时，能够识别出轨道的离散缺陷和波纹缺陷，并能够提高钢轨损失探测的速度，减少使用的人工成本。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种钢轨损伤探测方法，通过搭建随轨道探测的探测小车的形式，完成对全部轨道的损伤探测，同时引用有针对性的超声波技术和图像识别技术，识别出轨道的各种类型的缺陷，从而替代人工的探测模式，提高钢轨损伤探测的效率。
[0006]根据本发明的一方面，提供了一种钢轨损伤探测方法，该方法包括下列步骤:1)提供一种钢轨损伤探测推车，所述探测推车行走在钢轨之间，用于探测钢轨的损伤程度，其特征在于，所述探测推车包括推手、走行轮、竖式探测架、图像探测设备、超声波探测设备和ARM 11处理器，所述走行轮用于实现所述探测推车行走在钢轨之间，所述图像探测设备和所述超声波探测设备以上下排列方式位于所述竖式探测架上，所述图像探测设备对采集的钢轨图像进行图像处理，所述超声波探测设备对钢轨进行超声波探测，所述ARM 11处理器与所述图像探测设备和所述超声波探测设备分别连接，基于所述图像处理结果和所述超声波探测结果，确定钢轨的损伤程度；2)使用所述推车来探测。
[0007]更具体地，在所述钢轨损伤探测推车中，还包括:钢轨清洁设备，包括水刷、水管和水阀，所述水刷用于对钢轨表面进行清除，所述水管用于为所述水刷提供用水，所述水阀与所述水管连接，用于控制所述水管供水的打开与关闭；太阳能供电设备，包括铅酸蓄电池和光伏板，所述光伏板与所述铅酸蓄电池连接，用于将太阳能转换为电能，并储存到所述铅酸蓄电池中；USB通信接口，用于插入外部U盘，接收外部U盘中预存的波纹上限灰度阈值、波纹下限灰度阈值、波纹长度阈值和幅值阈值，所述波纹上限灰度阈值和所述波纹下限灰度阈值用于将图像中的波纹和背景分离；静态存储设备，与所述USB通信接口连接，用于接收并存储所述波纹上限灰度阈值、所述波纹下限灰度阈值、所述波纹长度阈值和所述幅值阈值；所述超声波探测设备包括超声波发生器、超声波接收器和微控制器，所述超声波发生器向钢轨发出连续超声脉冲波束，如钢轨无损伤存在，超声脉冲波束到达钢轨后依原路返回到所述超声波接收器，所述超声波接收器接收得到底波，如钢轨有损伤，则所述超声波接收器在接收得到底波前还接收一个伤损波，所述微控制器与所述超声波接收器连接以分离出所述伤损波中的离散缺陷子波，并输出所述离散缺陷子波的幅值；所述图像探测设备包括摄像头和波纹缺陷检测器，所述摄像头对钢轨拍摄，以采集钢轨图像，所述波纹缺陷检测器与所述摄像头和所述静态存储设备分别连接，所述波纹缺陷检测器包括自适应直方图均衡化处理单元、灰度化处理单元、波纹图像分割单元和波纹缺陷识别单元，所述自适应直方图均衡化处理单元与所述摄像头连接，对所述钢轨图像的每一个像素在其邻域窗口进行自适应直方图均衡化处理，以获得均衡化图像，所述灰度化处理单元与所述自适应直方图均衡化处理单元连接，对所述均衡化图像进行灰度化处理，以获得灰度化图像，所述波纹图像分割单元与所述灰度化处理单元和所述静态存储设备分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述波纹上限灰度阈值和所述波纹下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个波纹子图案，所述波纹缺陷识别单元与所述波纹图像分割单元连接，累计所述多个波纹子图像的波纹长度以作为总波纹长度输出；所述ARM 11处理器与所述摄像头、所述波纹缺陷识别单元、所述微控制器和所述静态存储设备分别连接，将所述离散缺陷子波的幅值、所述总波纹长度复合在所述钢轨图像上以形成一个复合图像，当所述离散缺陷子波的幅值大于等于所述幅值阈值时，发出离散缺陷预警信号，当所述离散缺陷子波的幅值超过所述幅值阈值的50%时，发出离散缺陷报警信号，当所述总波纹长度大于等于所述波纹阈值时，发出波纹缺陷预警信号，当所述总波纹长度超过所述波纹阈值的50%时，发出波纹缺陷报警信号；无线收发设备，与所述ARM 11处理器连接，还与远端的铁道管理控制服务器建立双通道的无线通信链路，将所述离散缺陷预警信号、所述离散缺陷报警信号、所述波纹缺陷预警信号或所述波纹缺陷报警信号无线发送给所述铁道管理控制服务器；显示设备，与所述ARM 11处理器连接，用于实时显示所述复合图像，还用于实时显示所述离散缺陷预警信号、所述离散缺陷报警信号、所述波纹缺陷预警信号或所述波纹缺陷报警信号；其中，所述显示设备在所述复合图像中显示与所述离散缺陷子波的幅值对应的离散缺陷等级，以及显示与所述总波纹长度对应的波纹缺陷等级。
[0008]更具体地，在所述钢轨损伤探测推车中，所述显示设备还与所述静态存储设备连接，所述静态存储设备还存储了所述离散缺陷子波的幅值与所述离散缺陷等级的对应关系，以及存储了所述总波纹长度与所述波纹缺陷等级的对应关系。
[0009]更具体地，在所述钢轨损伤探测推车中，所述摄像头以1280 X 1024的分辨率采集所述钢轨图像。
[0010]更具体地，在所述钢轨损伤探测推车中，所述自适应直方图均衡化处理单元、所述灰度化处理单元、所述波纹图像分割单元和所述波纹缺陷识别单元分别采用不同的FPGA芯片实现。
[0011]更具体地，在所述钢轨损伤探测推车中，所述无线收发设备还用于接收所述铁道管理控制服务器发送的控制指令。
【附图说明】
[0012]以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中:
[0013]图1为根据本发明实施方案示出的钢轨损伤探测推车的结构方框图。
[0014]图2为根据本发明实施方案示出的钢轨损伤探测推车的超声波探测设备的结构方框图。
【具体实施方式】
[0015]下面将参照附图对本发明的钢轨损伤探测推车的实施方案进行详细说明。
[0016]高速铁路和重载铁路的运营对铁路基础设施的可靠性的要求十分严格。钢轨探伤作为基础设施检测工作的一部分，对铁路运营的安全起着至关重要的作用。
[0017]在过去，大部分的在线钢轨断裂都是内部缺陷造成的。内部缺陷通常产生于钢轨腰部和头部，随着钢轨的过度磨损和疲劳使用，内部缺陷不断发展扩大，最终