一种轨检车定位方法及装置与流程

本发明涉及道路检测技术领域，特别涉及一种轨检车定位方法及装置。

背景技术：

铁路轨道的平顺性是列车安全运行的基础。自从轨检车生产应用以来，一直作为轨道质量检测与维修的重要工具。轨距、轨向、高低、水平、曲率、三角坑等轨道几何参数，是轨检车的重点检测数据，轨检车的定位准确性直接关系到上述几何参数与铁路轨道的真实一致性。因此，如何实现轨检车的准确、快速定位在实际轨道检测中至关重要。

国内外目前已经出现的商业化轨检车系统，高精度里程计是列车定位的主要方式，由于列车启动和制动产生的列车蠕滑以及线路本身的不平顺等影响，轨检车的检测里程相对于实际里程会有一定的漂移，造成实测数据点发生漂移，轨道线路几何状态检车数据结果有较大误差。

本发明为解决现有测量技术的缺陷与不足，通过已知坐标的地面固定点标识，采用双目立体视觉技术，实时测量固定点相对轨检车的水平距离与高差，完成轨检车定位，解决轨检车里程误差累计的问题，实现轨检车位置定位校正。

技术实现要素：

为克服传统测量手段累计误差的不足，满足轨检车快速、准确定位的要求，本发明提供了一种轨检车定位方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供一种规检测定位方法，包括：

第一步，整体坐标系转换；

第二步，双目立体视觉测量系统相机标定；

第三步，固定点图像采集；

第四步，固定点三维重建；

第五步，轨检车定位。

进一步的，所述整体坐标系转换包括：

通过摄影测量，得到轨检车与标定板为整体的全局点，进行整体坐标系的转换，将坐标系固定在轨检车同名点处。

进一步的，所述双目立体视觉测量系统相机标定包括：

利用基于摄影测量得到的全局点，采集不同方位的标定板图像，进行相机标定，得到两个相机的内参数与外参数。

进一步的，所述固定点图像采集包括：

轨检车运动过程中，当所述轨检车到达固定点时，通过固定点下方的反光标志，利用光信号触发相机采集固定点图像。

进一步的，所述固定点三维重建包括：

对采集的固定点图像进行标志点检测，利用两个相机的内参数与外参数对固定点三维重建。

进一步的，所述轨检车定位包括：

利用倾角传感器传回的倾角数据，完成轨检车上坐标系的校正，得到固定点相对轨检车的水平距离与高差，完成轨检车定位。

进一步的，所述利用基于摄影测量得到的全局点，采集不同方位的标定板图像，进行相机标定，得到两个相机的内参数与外参数包括：

利用第一步得到的所述全局点，采集不同方位的标定板图像进行标定，求取两个黑白相机的内参数与外参数，将双目立体视觉系统中世界坐标系位置固定于轨检车同名点处。

进一步的，所述轨检车运动过程中，当所述轨检车到达固定点时，通过固定点下方的反光标志，利用光信号触发相机采集固定点图像包括：

通过固定点下方的反光标识，利用光信号的触发黑白相机，完成图像采集。

进一步的，采用的自适应渐进式立体匹配方法重建固定点的三维数据。

本发明还提供一种轨检车定位装置，包括：轨检车，所述轨检车上安装有横梁，左相机、右相机、led灯、倾角传感器和光电传感器；所述左相机、所述右相机和所述led灯安装在横梁上位于轨检车同侧，所述倾角传感器安装在所述轨检车车轮中间，所述光电传感器安装与所述左相机和所述右相机对应位置的横梁下方。

本发明具有以下优点：

(1)由于本方法将双目立体视觉测量系统中世界坐标固定在轨检车上同名点处，每次计算所得固定点空间位置是相对采集该固定点图像时刻轨检车的空间位置。

(2)由于本方法对已知坐标的固定点进行三维重建，获取固定点到轨检车的相对位置，完成轨检车的定位，每个固定点是独立的，且坐标先前保存于系统中的，每次到达固定点位置时，采集固定点图像进行固定点三维重建，故每次采集的固定点图像也是独立的。不存在传统里程计的误差累计问题。消除了因误差累积造成的轨道几何参数误差。

(3)由于本发明方法通过固定点下方的反光标志，利用光信号触发相机采集固定点图像，该图像可以实现准确、快速采集。

附图说明

图1为本发明一个实施例中轨检车定位方法的流程图；

图2为本发明一个实施例中轨检车定位装置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中采用标定板图；

图4为本发明一个实施例中固定点三维重建图。

具体实施方式

下面结合附图1-4及具体的实例对本发明进行进一步说明：

在一个实施示例中，本发明公开了一种轨检车定位方法。

如图1所示，所述方法包括以下步骤：

第一步，整体坐标系转换，通过摄影测量，得到轨检车与标定板为整体的全局点，进行整体坐标系的转换，将坐标系固定在轨检车同名点处。

第二步，双目立体视觉测量系统相机标定，利用基于摄影测量得到的全局点，采集不同方位的标定板图像，进行相机标定，得到两个相机的内参数与外参数。

第三步，固定点图像采集，运动过程中，当轨检车到达固定点时，通过固定点下方的反光标志，利用光信号触发相机采集固定点图像。

第四步，固定点三维重建，对采集的固定点图像进行标志点检测，利用两个相机的内参数与外参数对固定点三维重建。

第五步，轨检车定位，利用倾角传感器传回的倾角数据，完成轨检车上坐标系的校正，得到固定点相对轨检车的水平距离与高差，完成轨检车定位。

以静态测量轨道几何参数为例，图2所示为本发明提供的一种轨检车定位装置，包括轨检车9，轨检车9上安装一个横梁8，左相机3、右相机1、led灯2、倾角传感器10和光电传感器7。左相机3、右相机1、led灯2安装在横梁8上，位于轨检车9一侧，根据固定点4与轨检车9的距离及采集速度选择相机及镜头。倾角传感器10安装在轨检车9车轮中间位置，光电传感器7安装在装有相机的横梁8下方。其中，左相机3和右相机1为双目黑白相机。

本发明提供的轨检车定位方法包括：

第一步，整体坐标系转换。

参见图2，固定轨检车9，将标定板放置在与固定点4到轨检车距离相同的位置，正对双目黑白相机1和3，调整相机的焦距与光圈，保证相机采集到的图像清晰。所用标定板是印有编码标志点与非编码标志点的环形标志点，如图3所示。在标定板与轨检车之间错落均匀地放置编码标志点，进行摄影测量。摄影测量技术属于现有技术，作为事例，实施过程中可以采用文献“大型复杂曲面产品近景工业摄影测量系统开发”(张德海，梁晋，唐正宗等。光电工程，2009)所提出的摄影测量方案。利用摄影测量，将轨检车与标定板作为整体，得到全局点。对全局点进行坐标转换，将该整体的坐标系固定在轨检车同名点处。例如图2中轨检车9上标有5个同名点6，这5个同名点6在同一平面上，中间位置竖直方向的3个同名点6中心共线并垂直于轨检车9水平面，同名点6的相对位置关系已知，将整体坐标系做旋转平移处理，完成整体坐标系的转换，图2所示的x、y、z坐标系示出了本发明轨检车坐标系位置及方向。

第二步，双目立体视觉测量系统相机标定。

通过第一步摄影测量及坐标转换，得到标定板编码标识点与非编码标志点的空间坐标，相对空间位置已确定。标定时，将标定板上编码点与非编码点作为全局点导入标定系统，采集首张标定图像时，必须保证标定板与轨检车保持摄影测量时的相对空间位置关系；然后在相机测量视场内，改变相机或标定板的姿位，控制相机同步采集标定图像。对采集的标定图像进行处理，进行整体一次性解算，得到两个相机的内部参数和外部参数。此时，标定完成的双目测量系统中，世界坐标系位置与第一步中轨检车同名点处的坐标系位置为同一位置，即图2所示的x、y、z坐标系位置。标定相机时，注意标定幅面的选择，保证固定点4到轨检车9的距离在相机的测量景深范围内。

第三步，固定点图像采集。

运动过程中，当轨检车9到达固定点4时，轨检车9上的光电传感器7接收到固定点4下方的反光标识5反射的光线，发出脉冲信号，触发相机，相机在0.002秒内完成固定点4图像采集，整个过程不需要进行人工干预，并且快速完成，保证相机可以采集到固定点4图像。

第四步，固定点三维重建。

对采集到的固定点图像进行标志点检测，利用外极线对黑白相机1和3同时拍摄的两幅固定点图像中标志点进行匹配，然后利用第二步中得到的两个相机的内参数与外参数，基于三角测量原理即可完成固定点的三维重建。

作为示例，本实施例中可以采用文献“用于三维变形测量的数字图像相关系统”(唐正宗,梁晋,郭成等.光学精密工程,2010)所提出的图像立体匹配和三维坐标重建方法。

第五步，轨检车定位。

在第四步中已经得到固定点在轨检车同名点处坐标系下的三维坐标，如果轨检车处于水平状态，无任何倾斜角度，则该结果即为固定点4相对轨检车9的相对位置，固定点4的x坐标为轨检车9相对固定点4的轨向偏移量，y坐标即固定点4相对轨检车9的水平距离，z坐标即为固定点4相对轨检车9的高差。在实际测量中，轨检车9一般都会发生一定的倾斜，通过倾角传感器10，可以得到轨检车9相对各个轴发生的倾斜角度。根据各倾角大小，判断主要误差，进行坐标系转换及几何长度补偿。对轨检车9上坐标系校正，得到固定点4的坐标，完成轨检车9定位。

本发明提供的轨检车定位方法，通过地面已知坐标的固定点，采用两个相机采集其图像并重建固定点，再通过倾角传感器得到的倾角数据，利用坐标转换计算固定点相对轨检车水平距离与高差，完成轨检车的定位。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。