及处理模块22W及数据 处理模块23,图像采集及处理模块22的镜头的光轴垂直于地面并指向地面。补光模块21 生成补光光源，对图像采集及处理模块22的镜头进行补光；图像采集及处理模块22实时采 集列车运动时地面的运动图像，并计算相邻两顿图像之间的位移数据S，输出至数据处理模 块23 ;数据处理模块23根据图像采集及处理模块22输出的位移数据S、采集相邻两顿图像 之间的间隔时间T计算得到当前地面图像的移动速度Vp，根据列车速度与地面图像的移动 速度的函数关系计算得到当前列车速度Vm，并将图像采集及处理模块22输出的各次的位移 数据进行累加得到当前列车位移。
[0068] 本实施例中，还包括与数据处理模块23连接的测高模块24,测高模块24采用超声 波测距探头不断垂直的向地面发射检测波、接收检测波的回波，根据发射检测波与接收到 检测波的回波的时间差计算图像采集及处理模块22的镜头距离地面的高度H"，输出至数 据处理模块23,其中超声波测距探头水平高度与图像采集及处理模块22的镜头水平高度 相同。数据处理模块23根据及图像采集及处理模块22输出的相邻两顿图像之间的位移数 据S、采集相邻两顿图像之间的间隔时间TW及测高模块24输出的高度H"按照式（5)计 算得到当前列车速度Vm，按照式（6)计算得到当前列车位移，具体的工作原理如上所述。
[0069] 本实施例中，补光模块21采用半导体激光发射器211，透过凹透镜3向地面发射激 光或其他非可见光的补光光源，具体如图2所示；图像采集及处理模块22采用图像处理芯 片，通过图像处理芯片中的图像传感器阵列221将地面的图像进行成像且镜头垂直向下， 计算输出相邻两顿图像之间的位移，图像处理芯片的镜头（凸透镜5)前加装有滤光镜6,滤 除除补光光源W外的其他波长的光线，具体如图3所示。本实施例一种轨道列车速度和位 移的检测装置与上述检测方法具有对应的结构并具有相同的工作原理，在此不再赏述。
[0070] 如图6所示，本实施例中一种轨道列车速度和位移的检测装置的系统启动原理， 启动装置进行检测时，补光模块21、图像采集及处理模块22、数据处理模块23W及测高模 块24分别独立的同时启动，由补光模块21对图像采集及处理模块22的镜头进行补光，经 过图像采集及处理模块22的图像处理后输出相邻两顿图像之间的位移数据至数据处理模 块23,测高模块24输出图像采集及处理模块22的镜头距离地面的高度H"至数据处理模 块23,数据处理模块23接收图像采集及处理模块22输出的位移数据、测高模块24输出的 高度数据计算得到列车速度及位移。
[0071] 上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明 已W较佳实施例掲露如上，然而并非用W限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱 离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述掲示的技术内容对本发明技术方案做出许 多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案 的内容，依据本发明技术实质对W上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落 在本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1. 一种轨道列车速度和位移的检测方法，其特征在于具体实施步骤为： 1) 实时采集列车运行时地面的运动图像，并计算相邻两帧图像之间的位移； 2) 根据所述步骤1)计算得到的相邻两帧图像之间的位移以及采集相邻两帧图像之间 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帧图像之间的 位移进行累加，得到当前列车位移。2. 根据权利要求1所述的轨道列车速度和位移的检测方法，其特征在于，所述步骤2) 的具体实施方法为： 2. 1)接收所述步骤1)计算得到的相邻两帧图像之间的位移S，并根据相邻两帧图像之 间的位移S以及采集相邻两帧图像之间的间隔时间T按照式计算得到当前地面图像 的移动速度Vp ;2. 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V"，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，V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； 2. 3)按照下式计算得到当前列车位移，其中S_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帧图像之间的位移，.....Si i分别为当前t时刻前各次计算得 到的相邻两帧图像之间的位移；3. 根据权利要求2所述的轨道列车速度和位移的检测方法，其特征在于，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。4. 根据权利要求1或2或3所述的轨道列车速度和位移的检测方法，其特征在于，所述 步骤1)通过图像处理芯片实现。5. 根据权利要求1或2或3所述的轨道列车速度和位移的检测方法，其特征在于，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。6. 根据权利要求1或2或3所述的轨道列车速度和位移的检测方法，其特征在于：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。7. -种轨道列车速度和位移的检测装置，其特征在于包括： 图像采集及处理模块（22)，用于实时采集列车运行时地面的运动图像，并计算相邻两 帧图像之间的位移； 数据处理模块（23)，用于根据所述图像采集及处理模块（22)计算得到的相邻两帧图 像之间的位移以及采集相邻两帧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（22)各次计算得到的所述相邻两帧图像之间的位移进行累加，得到当前 列车位移。8. 根据权利要求7所述的轨道列车速度和位移的检测装置，其特征在于，还包括通过 生成补光光源对图像采集及处理模块（22)进行补光的补光模块（21)。9. 根据权利要求8所述的轨道列车速度和位移的检测装置，其特征在于，所述图像采 集及处理模块（22)的镜头前加装有滤光镜(6)，使得仅有所述补光光源能够通过所述滤光 镜（6)。10. 根据权利要求7或8或9所述的轨道列车速度和位移的检测装置，其特征在于，还 包括与数据处理模块（23)连接的测高模块（24)，所述测高模块（24)不断垂直向地面发射 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（22)的镜头距离地面的高度并输出至数据处理模块（23)。
【专利摘要】本发明公开一种轨道列车速度和位移的检测方法及装置，该方法步骤为：1)实时采集列车运行时地面的运动图像，并计算相邻两帧图像之间的位移；2)根据位移以及采集相邻两帧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计算得到当前列车速度；将当前时刻之前各次计算得到的位移数据进行累加得到当前列车位移；该装置包括用于实时采集地面运动图像并计算相邻两帧图像之间的位移的图像采集及处理模块，以及用于根据位移以及采集相邻两帧图像之间的间隔时间计算当前列车速度以及位移的数据处理模块。本发明具有原理及操作简单、检测速度快、检测精度高且应用范围广的优点。
【IPC分类】G01C22/00, G01P3/68
【公开号】CN105277735
【申请号】CN201410355253
【发明人】袁浩, 李文波, 胡云卿, 唐爱斌, 彭辉水, 刘布麒
【申请人】南车株洲电力机车研究所有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年7月24日