一种轨道列车速度和位移的检测方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道列车速度和位移的检测方法和 装置。
【背景技术】
[0002] 轨道列车的安全运行离不开对列车运行状态的实时监控，而列车速度和位移则是 实时监控中的两项重要参数。目前，轨道列车速度的检测及定位方法通常有W下几种：
[0003] (1)通过检测列车车轮转速，再将转速结合车轮直径参数进行换算，从而间接地获 取列车速度的方法。一方面此类方法中的测速装置普遍存在运动机械结构，测速装置的结 构复杂、可靠性低、低速范围精度差且需要经常更新车轮直径参数；另一方面，此类通过车 轮转速间接检测列车车速的方法不能使用在磁悬浮送类没有车轮的列车上。
[0004] (2)通过GI^全球卫星定位系统获取列车速度的方法。此类方法需要在列车上安 装车载卫星信号接收系统与定位卫星进行通信W获取自身位置信息，才能进一步计算获得 列车速度。一方面，民用GI^设备精度较低，另一方面，若列车进入隧道或无法正常接收定 位卫星信号的地理环境时，列车便无法获取自身位置信息而无法获取列车速度。
[0005] (3)多普勒雷达测速的方法。该类方法利用无线电波的多普勒效应进行测速，由于 无线电波传播会受多条路径传播干扰，因此云雾雨雪等恶劣天气会使传播特性变化，而且 高大建筑物或山体会阻挡高频电磁波的传播，对复杂地形的适应性也不强。另外，多普勒雷 达测速的装置价格昂贵、设备复杂、维护成本高，不利于降本增效，也不利于大批量安装。
[0006] 现有技术中，对于车辆运动状态的获取还包括基于图像处理技术的方法，采用图 像处理算法对地面图像进行计算，从而获得车辆的运行状态估计，其不需要依赖于运动机 械结构或无线电波等定位信号，检测精度高且适用性强。目前基于图像处理的检测方法通 常利用微处理器编程实现复杂的图像处理算法，效率非常低且精度低，通常也仅能适用于 地面环境变化不大时的检测，对于沿线运行环境和地理环境复杂、光照强度和地面纹理变 化很大的轨道列车的检测并不适用，另外为了提高图像处理效率，通常还需要对图像做出 特别标示，进一步增加了获取车辆运行状态的复杂性和难度。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题就在于；针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种原理及操作简单、易于实现、检测速度快且精度高、应用范围广的轨道列车速度和位移的 检测方法和装置。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0009] -种轨道列车速度和位移的检测方法，具体实施步骤为：
[0010] 1)实时采集列车运行时地面的运动图像，并计算相邻两顿图像之间的位移；
[0011] 。根据所述步骤1)计算得到的相邻两顿图像之间的位移W及采集相邻两顿图像 之间的间隔时间计算当前地面图像的移动速度，并由列车速度与地面图像的移动速度的函 数关系得到当前列车速度；将当前时刻之前所述步骤1)各次计算得到的相邻两顿图像之 间的位移进行累加，得到当前列车位移。
[0012] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤2)的具体实施方法为：
[0013] 2. 1)接收所述步骤1)计算得到的相邻两顿图像之间的位移S，并根据相邻两顿图 像之间的位移8 ^及采集相邻两顿图像之间的间隔时间了按照式^； ==^计算得到当前地面 图像的移动速度Vp;
[0014]2.。根据计算得到的当前地面图像的移动速度Vp、列车速度与地面图像的移动速 度的函数关系
得到当前列车速度Vm，其中H'为用于采集地面运动图像的图像 采集部件的镜头距离地面的高度，h'为所述图像采集部件的镜头与所述图像采集部件的 图像传感器之间的距离；
[001引2.如按照下式计算得到当前列车位移，其中Sgum为列车当前t时刻的位移，Si为 当前t时刻计算得到的相邻两顿图像之间的位移，Se、Si.....Si1分别为当前t时刻前各次 计算得到的相邻两顿图像之间的位移；
[001引Ssum = S。巧1+----+Si i+Si。
[0017] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤2. 2)中图像采集部件的镜头距离地面 的高度H'是通过不断垂直向地面发射检测波、接收检测波的回波并根据发射检测波与接 收检测波的回波的时间差计算得到。
[0018] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤1)通过图像处理芯片实现。
[0019] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤1)中实时采集列车运行时地面的运动 图像时，通过生成补光光源进行补光。
[0020] 作为本发明方法的进一步改进：所述步骤1)中采集垂直方向的列车运行时地面 的运动图像。
[0021] 一种轨道列车速度和位移的检测装置，包括：
[0022] 图像采集及处理模块，用于实时采集列车运行时地面的运动图像，并计算相邻两 顿图像之间的位移；
[0023] 数据处理模块，用于根据所述图像采集及处理模块计算得到的相邻两顿图像之间 的位移W及采集相邻两顿图像之间的间隔时间计算当前地面图像的移动速度，并由列车速 度与地面图像的移动速度的函数关系得到当前列车速度；将当前时刻之前所述图像采集及 处理模块各次计算得到的所述相邻两顿图像之间的位移进行累加，得到当前列车位移。
[0024] 作为本发明装置的进一步改进；还包括通过生成补光光源对图像采集及处理模块 进行补光的补光模块。
[0025] 作为本发明装置的进一步改进；所述图像采集及处理模块的镜头前加装有滤光 镜，使得仅有所述补光光源能够通过所述滤光镜。
[0026] 作为本发明装置的进一步改进；还包括与数据处理模块连接的测高模块，所述测 高模块不断的垂直向地面发射检测波、接收检测波的回波，根据发射检测波与接收检测波 的回波的时间差计算图像采集及处理模块的镜头距离地面的高度并输出至数据处理模块。
[0027] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0028] 1)本发明通过获取轨道列车运行时与列车相对应的地面的运动图像，针对相对运 动特性仅需要实时采集地面运动图像进行位移计算，再依据相对运动理论W及成像原理巧 妙的得到列车的速度及位移，原理及操作简单且易于实现，不需要进行复杂的图像处理过 程，检测速度快且检测精度高；
[0029] 2)本发明通过两顿图像之间的位移及时间间隔计算得到地面图像的移动速度，由 地面图像的移动速度得到列车速度，并且通过生成补光光源对地面进行补光，使得图像获 取过程不受光照强度和地面纹理变化的影响，能够应用于光照强度和地面纹理变化很大的 高速轨道列车的检测中，检测的灵活性及适用性强、应用范围广。
[0030] 3)本发明中地面运动图像的采集及计算采用专用图像处理芯片完成，由于专用 图像处理芯片中集成了图像处理算法，比传统基于微处理器编程实现的方法更易于实现， 且避免了进行复杂的图像算法编程处理，能够进一步提高列车速度和位移检测的速度及精 度。
[0031] 4)本发明通过在检测过程中不断发射与接收超声波来直接测量超声波测距探头 与地面的垂直距离，由于超声波探头的水平高度与图像处理部件的镜头的水平高度相同， 从而间接测量图像处理部件的镜头与地面的垂直距离，而无需在每次安装检测装置时进行 位置的调整，方便进行检测。
[0032] 5)本发明采用非可见光波段的光源作为图像采集部件的补光光源，并在图像采集 部件的镜头前加装滤光镜滤除补光光源W外的其他波长光线，消除其他波长光线对成像的 干扰，能够有效提高检测的精度。
【附图说明】
[