干扰，另一方 面解决了超声波检测和电磁检测很难区分表面伤损与内部伤损的难题;利用钢轨表面三维 信息，从深度上识别伤损，解决二维图像钢轨表面伤损检测中对于光照不均、阴影、异物干 扰、伤损信息较弱带来的检测困难； 现有的检测技术(包含超声波检测、电磁检测、图像检测）如果要建立模型库是一个很 复杂的过程，例如建立钢轨表面的超声波反射模型，由于在检测车在运动过程中，必然导致 超声波探头与钢轨表面之间的相对位置时刻在发生改变，所以钢轨表面的超声波模型的建 立需要测定超声波探头处于钢轨表面不同位置时获取的不同反射模型，需要专业人员才能 看懂；图像检测由于受光照条件、拍摄角度、拍摄距离的影响基本无法建立参考模型库;本 发明采用激光表面扫描技术，获取的钢轨表面数据只需要和标准钢轨表面几何尺寸对比即 可，而标准钢轨的几何尺寸参数都是设计好的，只需要按照设计的分段函数曲线，自定义抽 样间隔得到离散点，就可以建立高精密度的钢轨表面三维模型，方法简单、快速、直观易懂。
[0053] 现有的钢轨伤损检测系统将里程计与内部时钟结合，用于按空间间隔采样控制传 感器的工作，并为传感器的采集数据提供时间戳。其缺点是:没有将车辆行驶的线性参考坐 标与采集的数据相关联，对于道路检测、轨道检测这类通常以线性参考坐标为基准的应用， 空间定位表达十分不方便。本发明的通过GPS数据、高精度时间和里程数据的同步输出，快 速建立世界坐标系(WGS-84)与道路线性参考坐标系的转换模型。将里程计、GPS、MU与高精 度时钟结合，通过时空基准电路，快速建立了线性参考坐标系与大地坐标系的转换模型;建 立高精度的空间基准，并解决道路线性参考坐标与世界坐标(WGS-84)之间的快速转换。 [0054]通过建立高精度标准钢轨模型库，将钢轨表面精密三维点云数据与标准钢轨模型 对比，定位伤损存在的区域，利用特征提取方法和图像处理技术提取各类轨面伤损的特征 信息，建立伤损特征库，在存在伤损的区域采用SVM分类法确定伤损类型，并按照各类型输 出伤损评估参数。采用高精度点云配准方法，精确检测钢轨细微变化，提高钢轨表面伤损的 正确识别率并精确定量评价钢轨伤损程度。并且，获取精密三维点云速度快，提高了作业效 率。
[0055]可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发 明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保 护范围。
【主权项】
1. 一种非接触的钢轨表面伤损检测装置，其特征在于，包括载体平台、设置在载体平台 上的里程计、IMU、GPS接收机、同步控制电路、线激光扫描仪和计算机； 所述同步控制电路根据里程计测量载体平台的里程数据和GI^接收机测量载体平台的 位置数据，对IMU和线激光扫描仪进行同步控制，并输出同步信息给计算机;IMU测量载体平 台的姿态参数，线激光扫描仪获取钢轨表面数据并传输给计算机;计算机根据里程数据、位 置数据、姿态参数和钢轨表面数据计算出钢轨表面Ξ维点云;及根据钢轨表面数据定位伤 损区域并进行特征提取，结合钢轨表面Ξ维点云判定伤损信息。2. 根据权利要求1所述的非接触的钢轨表面伤损检测装置，其特征在于，所述载体平台 包括横梁支架、走行轮和连接件； 连接件将横梁支架与走行轮连接，走行轮控制载体平台沿着钢轨移动;所述里程计安 装在载体平台的一端，IMU安装在横梁支架的底板中央，GPS接收机案装在横梁支架上方， 同步控制电路安装在横梁支架的底板上，计算机安装在横梁支架上方。3. 根据权利要求2所述的非接触的钢轨表面伤损检测装置，其特征在于，所述线激光扫 描仪包括左线激光扫描仪和右线激光扫描仪;左线激光扫描仪和右线激光扫描仪分别安装 在横梁支架的底板的左右两端。4. 根据权利要求1所述的非接触的钢轨表面伤损检测装置，其特征在于，还包括电源模 块，用于对载体平台上的里程计、IMU、GPS接收机、同步控制电路、线激光扫描仪和计算机供 电。5. -种采用权利要求1所述的非接触的钢轨表面伤损检测装置的钢轨表面伤损检测方 法，其特征在于，包括： A、 由里程计测量载体平台的里程数据，同时由GI^接收机测量载体平台的位置数据； B、 同步控制电路根据里程数据和位置数据对IMU和线激光扫描仪进行同步控制，并输 出同步信息给计算机;IMU测量载体平台的姿态参数，线激光扫描仪获取钢轨表面数据并均 传输给计算机； C、 计算机根据里程数据、位置数据、姿态参数和钢轨表面数据计算出钢轨表面Ξ维点 云； D、 根据钢轨表面数据定位伤损区域并进行特征提取，结合钢轨表面Ξ维点云判定伤损 ?目息。6. 根据权利要求5所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法，其特征在于，所述步骤Β具 体包括： Β1、同步控制电路根据里程数据和位置数据进行空间基准调整，并与GI^接收机进行时 间同步； B2、同步控制电路对线激光扫描仪和IMU进行同步控制，IMU测量载体平台的姿态参数 并传输至计算机，线激光扫描仪获取钢轨表面数据并传输至计算机； B3、同步控制电路将里程数据和生成的同步记录数据传输至计算机。7. 根据权利要求6所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法，其特征在于，在所述步骤B2 中，还包括： B21、GPS接收机在预设频率下输出载体平台的绝对位置坐标，IMU连续获取载体平 台运动过程中的姿态数据f解巧*1，里程计结合载体平台的起始位置获取线性参考坐标， 并传输至计算机。8. 根据权利要求7所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法，其特征在于，所述步骤C具 体包括： C1、计算机根据绝对位置坐标姿态数据，鸣化·|和线性参考坐标计算出载体平 台的定位中必轨迹坐标辟f ,鄭.，玄訂； C2、通过定位中必轨迹坐标:焊f 计算钢轨表面上每个点的绝对位置坐标 ，根据所述绝对位置坐标生成钢轨表面立维点云。9. 根据权利要求8所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法，其特征在于，在所述步骤C2 中，所述绝对位置坐标：，其中，为扫描点在线激 光扫描仪坐标系下的坐标，;为标定的线激光扫描仪到IMU体坐标系的旋转矩阵， 为标定的线激光扫描仪到IMU体坐标系的平移量，为IMU体坐标系到世界坐标系的平 移量，舞f为IMU体坐标系到世界坐标系的旋转矩阵；10. 根据权利要求8所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法，其特征在于，所述步骤D具 体包括： D1、根据预设的钢轨标准模型和钢轨表面数据定位伤损区域； D2、对所述伤损区域的边界、形状、位置的特征信息进行提取，并将伤损区域在钢轨表 面Ξ维点云中标示W生成伤损特征图像； D3、根据钢轨表面Ξ维点云、特征信息和预设的钢轨表面伤损库判定伤损类型； D4、对所述伤损特征图像采用图像处理技术提取伤损类型信息. D5、根据伤损类型和伤损类型信息输出伤损类型分类结果并显示。
【专利摘要】本发明公开了一种非接触的钢轨表面伤损检测方法及其装置，钢轨表面伤损检测方法包括：由里程计测量载体平台的里程数据，同时由GPS接收机测量载体平台的位置数据；同步控制电路根据里程数据和位置数据对IMU和线激光扫描仪进行同步控制，并输出同步信息给计算机；IMU测量载体平台的姿态参数，线激光扫描仪获取钢轨表面数据并传输给计算机；计算机根据里程数据、位置数据、姿态参数和钢轨表面数据计算出钢轨表面三维点云；根据钢轨表面数据定位伤损区域并进行特征提取，结合钢轨表面三维点云判定伤损信息；利用激光扫描获取钢轨表面轮廓信息，避免钢轨表面伤损对超声波或电磁信号回波的干扰，通过钢轨表面三维点云提高了伤损判断的准确性。
【IPC分类】G01N21/88
【公开号】CN105548197
【申请号】CN201510896242
【发明人】李清泉, 熊智敏, 毛庆洲, 刘勇, 张亮, 陈智鹏
【申请人】深圳大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月8日