本发明涉及监测铁路轨道线路的装置和方法技术领域，尤其涉及基于激光源定位的三角坑图像检测方法。
背景技术：
随着我国铁路的不断扩建和人们出行的时间以及频率不断增加，导致运营里程的不断加长，运载重量和运输密度不断增加，同时人们对列车的运行速度和行驶的安全舒适性要求不断提高，由于长期运行，导致路基高度出现下沉、枕木出现腐蚀严重、扣件松动导致轨道挤压等问题的出现，因此减少轨道的不平顺显得尤为重要。列车在高速行驶过程中，如遇到轨道的不平顺车体的巨大冲击不仅会影响车辆和轨道部件的寿命，严重的还会引起列车的侧滚、侧摆、掉道，从而导致脱轨。
现存关于轨道三角坑的检测都停留在静态检测，静态检测可以以周围静态物体为参照标准，研究轨道的突起或坑洼，但是随着线路的不断增加，静态测量仅限于铁路中的关键位置，长线路中采用静态测量设备成本较高，且非特殊位置的轨道平顺情况难以进行检测，因此不论从成本还是精确度的考虑，都不能够满足对整条轨道的检测要求。为了满足长线路的轨道平顺检测，采用基长为2.4m的动态测量，数据叠加来增加精确度，并且激光线照射位置提高了数据的可靠性。
技术实现要素：
为解决现有技术中测量范围短，测量精度低的问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于激光源定位的三角坑图像检测方法。
为了克服现有技术中检测成本高、检测精度低和范围短的问题，达到长线路检测轨道三角坑的目的，本发明通过以下方法实现。
三角坑检测装置包括两个激光扫描传感器和计算机，检测装置安装在轨检车正前方左右两侧的一定位置，激光扫描传感器的激光线出射位置垂直于轨道相应轨底坡位置，照射激光线终止位置为对应轨道轨底坡处，激光线的初始位置与轨检车轮一定距离，另一激光扫描传感器与上述激光扫描传感器激光线照射位置和方向相反，两激光扫描传感器与计算机相连接，计算机用于存储同一时间两激光器采集到的两轨道上的激光线返回的距离信息，三角坑的动态测量的基长为2.4m，计算机将用于对几组数据进行拼接、去躁和精简。
标准轨道的切面建立坐标系，当轨道存在垂向不平顺时，采集到的两轨道的轨底腰规定位置的处理后的数据信息做差，得到同一线路水平位置差值超过阈值则确定为凸点或凹点。
非接触式双激光扫描传感器检测三角坑的方法，激光扫描传感器按照测量的具体要求安装，将激光扫描传感器的激光出射中心点定位于轨底坡相应位置处，该位置曲率变化较大且轨道有起伏时收集到的信息能反应其垂直位置变化，为保证激光线出射位置垂直于相应轨道内侧轨底腰处，激光线照射到对应轨道的轨底腰规定位置处，将出射点与轨腰底部激光线中心点之间的连线作为角度的确定基准线，要求该基准线与垂线之间保持一定角度。
一般激光扫描传感器用于扫描轮廓确定物体的大致形状，本发明通过激光扫描传感器采集到的是具有深度信息的数据集合，按照采集的时间命名进行数据包存储，轨道上每点到激光传感器的距离不同，由近及远的数据来看是呈线性增加的，通过倾斜的深度信息得到垂直的激光线位置信息。
在轨道上没有突起或坑洼的时候，采集到的数据放到标准坐标系下是呈线性的一个数据点组成的线段；当轨道有突起的时候激光线的位置会在轨底腰处上下移动，由于选取轨底腰曲率较大的位置，所以收集到的深度信息也会有所变化。拟合出轨底腰处的曲线方程，通过收集到的数据深度变化，计算出信息的水平变化，并带入曲线方程找到对应点的垂直位置变化，并标记正负。
一般三角坑的检测在静止状态下，该状态测量范围为18m，轨道线路过长的条件下进行动态测量，测量的要求基长为2.4m，在激光扫描传感器的测量范围内，规定测量测数据长度为80mm，即激光线按照规定位置照射的长度。
在检测三角坑的过程中，要得到一个动态长度为2.4m的激光线数据，行车速度一定，行驶0.8m所需的时间也一定，由于激光扫描仪采集存储的数据包是由时间命名的，因此提取出相应单位时间长度的一组数据，将数据组进行重叠保证该处的数据拼接出每个横坐标都有大于等于两个重复点的一个基长2.4m。
针对拼接后的数据进行数据处理，其中包括数据去躁和数据精简，由于轨道在平顺的状态下是平滑的，存在突起或坑洼的时候是由曲率变化的突兀部分，针对数据的特点进行适应性的数据精简。计算垂直位移需要拟合出轨道轨底坡处的曲线方程，通过收集数据中在有扭曲的状态下的变化情况，得到变化点的水平量，带入曲线方程的到垂直位移变化量，将两轨对应点垂直变化做算术相减，超过规定值确定该变化位置为突起或坑洼。
采用上述技术方案的效果在于：通过将两个激光扫描传感器安装在轨道检测车的整前方左右两侧的位置，确定激光扫描传感器的高度，使其按照一定的角度分别照射右边和左边的一定区段的轨道内侧，通过网卡将采集到的数据传输到计算机，并对数据进行处理。当轨道存在垂向不平顺时，采集到的数据深度有所不同，通过将标准轨道的切面建立坐标系，峰值与标准值之间的差来确定该点是否为突起或坑洼。控制轨检车使其按照一定的速度匀速行驶，通过采集数据中的时间信息确定三个交替不平顺是否在50m的范围内，综合以上数据确定此测量范围内是否存在三角坑。所述方法为非接触测量，测量精度高，速度快，针对长线路的铁路情况更具有可行性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述检测装置的布置结构示意图；
图2是本发明实施例中位置点变化结构示意图；
图3是本发明实施例中检测数据处理流程图；
图4是本发明实施例中部分所述采集数据拼接示意图；
其中：1、第一激光扫描传感器；2、第二激光扫描传感器；3、钢轨；4、钢轨；5、轨检车。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明公开了一种基于激光源定位的三角坑图像检测方法，主要测量轨道3和轨道4之间的垂直位移差，检测规定范围内的三角坑。
如图1以及图2所示，公开一种基于激光扫描传感器的三角坑检测方法及检测装置，包括计算机和两个激光扫描传感器，图1中建立一个以o点为原点的坐标系，其中a点是激光扫描传感器1的激光线出射点，b点是激光扫描传感器的照射到轨道3的激光线的中点，其中以a点为顶点的角为75度，激光扫描传感器1和激光扫描传感器2都安装在轨检车5上，激光线都分别照射到对面的轨底坡曲率较大位置，该位置距离轨底26mm处；，由于三角坑的动态测量范围是2.4m，激光扫描传感器的检测长度为80mm，因此要得到一个基长需要对几段重复数据进行拼接；轨道处于标准状态时激光扫描传感器采集到的数据呈线性的一条线段，当轨道出现突起或坑洼时，返回的数据就会存在一定的深度变化，通过拟合出轨底坡的曲线方程得到水平位置变化引起的垂向位移的变化，两轨垂移相减的到的差值超过规定则标记正或负，在一个基长内标记为正负正或者负正负都视为存在三角坑。
相应的，本发明还公开了一种基于激光扫描传感器的非接触式三角坑检测方法，包括：
三角坑检测装置包括两个激光扫描传感器和计算机，检测装置安装在轨检车正前方左右两侧的一定位置，激光扫描传感器的激光线出射位置垂直于轨道相应轨底坡位置，照射激光线终止位置为对应轨道轨底坡处，激光线的初始位置与轨检车轮一定距离，另一激光扫描传感器与上述激光扫描传感器激光线照射位置和方向相反，两激光扫描传感器与计算机相连接，计算机用于存储同一时间两激光器采集到的两轨道上的激光线返回的距离信息，三角坑的动态测量的基长为2.4m，计算机将用于对几组数据进行拼接、去躁和精简。
标准轨道的切面建立坐标系，当轨道存在垂向不平顺时，采集到的两轨道的轨底腰规定位置的处理后的数据信息做差，得到同一线路水平位置差值超过阈值则确定为凸点或凹点。
非接触式双激光扫描传感器检测三角坑的方法，第一激光扫描传感器按照测量的具体要求安装，将激光扫描传感器的激光出射中心点a定位于垂直o点+420mm处，o点位于轨腰底距轨底面26mm处，该位置曲率变化较大且轨道有起伏时收集到的信息能反应其垂直位置变化，为保证激光线出射位置垂直于相应轨道内侧轨底腰处，激光线照射到对应轨道的轨底腰规定位置处，将定位点a与轨腰底部激光线中心点b之间的连线作为角度的确定基准线ab，要求ab与垂线oa之间所成夹角∠bao为75°。
一般激光扫描传感器用于扫描轮廓确定物体的大致形状，本发明通过激光扫描传感器采集到的是具有深度信息的数据集合，按照采集的时间命名进行数据包存储，轨道上每点到激光传感器的距离不同，由近及远的数据来看是呈线性增加的，通过倾斜的深度信息得到垂直的激光线位置信息。
在轨道上没有突起或坑洼的时候，采集到的数据放到标准坐标系下是呈线性的一个数据点组成的线段；当轨道有突起的时候激光线的位置会在轨底腰处上下移动，由于选取轨底腰曲率较大的位置，所以收集到的深度信息也会有所变化。拟合出轨底腰处的曲线方程，通过收集到的数据深度变化，计算出信息的水平变化，并带入曲线方程找到对应点的垂直位置变化，并标记正负。
一般三角坑的检测在静止状态下，该状态测量范围为18m，轨道线路过长的条件下进行动态测量，测量的要求基长为2.4m，在激光扫描传感器的测量范围内，规定测量测数据长度为80mm，即激光线按照规定位置照射的长度。
在检测三角坑的过程中，要得到一个动态长度为2.4m的激光线数据，设行车速度为v0，行驶0.8m所需的时间为0.8/v0，由于激光扫描仪采集存储的数据包是由时间命名的，因此提取出每隔0.8/v0时间长度的三组数据，如数据组ti—ti+2之间的数据便可拼接成一个基长，与之对应的拼接数据为时间中点的前后两段数据ti-ti+3，其中虚线部分就是ti与ti、ti+1的重叠部分。得到三组数据拼接出每个横坐标都有重复点的一个基长2.4m。
针对拼接后的数据进行数据处理，其中包括数据去躁和数据精简，由于轨道在平顺的状态下是平滑的，存在突起或坑洼的时候是由曲率变化的突兀部分，针对数据的特点进行适应性的数据精简。计算垂直位移需要拟合出轨道轨底坡处的曲线方程，通过收集数据中在有扭曲的状态下的变化情况，得到变化点的水平量，带入曲线方程的到垂直位移变化量，将两轨对应点垂直变化做算术相减，超过规定值确定该变化位置为突起或坑洼。
采用上述技术方案的效果在于：通过将两个激光扫描传感器安装在轨道检测车的整前方左右两侧的位置，确定激光扫描传感器的高度，使其按照一定的角度分别照射右边和左边的一定区段的轨道内侧，通过网卡将采集到的数据传输到计算机，并对数据进行处理。当轨道存在垂向不平顺时，采集到的数据深度有所不同，通过将标准轨道的切面建立坐标系，峰值与标准值之间的差来确定该点是否为突起或坑洼。控制轨检车使其按照一定的速度匀速行驶，通过采集数据中的时间信息确定三个交替不平顺是否在50m的范围内，综合以上数据确定此测量范围内是否存在三角坑。所述方法为非接触测量，测量精度高，速度快，针对长线路的铁路情况更具有可行性。