专利名称：检测铁路货物车辆装载超限的二维激光扫描方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测铁路货物车辆装载超限的二维激光扫描方法。
背景技术：
为了保障铁路行车的安全，需要监控货物列车的装载状态，确保车辆及装载货物在允许的限界范围之内。铁路机车车辆限界及允许的装载限界等各种限界都为多边形。正常情况下，车辆及装载货物的每个部位都不允许超出机车车辆限界。特殊情况下，车辆装载的货物允许超过机车车辆限界，但需要控制在一定级别的装载限界内。
目前，公知的用于检测铁路货物车辆装载是否超出允许限界的方法，主要有红外线测量和摄影测量两种。其中红外线测量方法，仅仅是定性测量，不能确定超限部位的三维坐标和超限数值。摄影测量方法是通过图像采集和图像处理来检测车辆及装载货物的超限情况。受光线变化的影响，采集的图像质量难以保证；且摄影测量方法难以提供超限部位的三维数据。
实际应用中，不受强光干扰的激光测量是最方便、最准确的。车辆及货物的横断面轮廓是由多点组成的空间曲线，而常规的激光测距是针对单点的，因此难以完成测量要求。采用二维激光扫描技术则能解决此矛盾。二维激光扫描技术，又称为面扫描技术，其采用激光发射、漫反射接受原理来测距。发射接收设备在内部高速旋转以等角度测量，得到对应某一角度时物体到设备原点的距离值(极坐标值)。
发明内容
为了准确得到车辆及装载货物的超限情况，本发明提供了应用二维激光扫描准确测量车辆及装载货物全断面数据的方法。应用此方法，不仅可以准确判断出车辆及装载货物是否超限，还可以提供具体的超限部位，超限等级以及超限数值等信息。
本发明实现其目的的技术方案是在铁路线路的允许空间内，在不同位置上架设二维激光传感器。传感器架设的原则是不同传感器交叉测量，互相弥补可能存在的测量盲区，形成一个完整的测量区。由于货物肯定装于车辆底板面以上，因此货车底板面以下的数据不参与超限判断。合理布置两台或多台传感器，使其可以检测到货车及货物的顶面、侧面及斜面的全断面轮廓数据(不包括底板面，下同)。传感器越多，则测量得到的数据点就越多。这样，当车辆通过此测量区时，架设的激光传感器对车辆及货物进行扫描，得到各自极坐标系内车辆及货物轮廓上多个点的距离及角度数据。各个激光传感器将得到的数据传送到计算机，计算机通过事先标定好的轨道坐标与各个激光传感器极坐标之间的转换关系，将数据进行转换并整合到统一的轨道坐标系上。这样，就得到了车辆及货物的全断面轮廓数据。随着列车的前进，激光传感器连续进行采集，这样就连续得到了车辆及货物的不同断面上的轮廓数据。将测得的轮廓数据与规范规定的车辆限界及装载限界数据进行对比，则可以准确判断车辆及货物超限与否，以及具体的超限部位、超限等级和超限数值等。
本发明的有益效果是，直接测量得到车辆及货物的全断面轮廓数据，通过与规定限界的数据进行对比，判断车辆及货物是否超限，并提供具体的超限部位、超限等级和超限数值。根据本发明建成的系统，原理明确、精度高且抗干扰能力强。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。其中图1机车车辆限界及各级超限限界图2两台传感器实施例结构示意3三台传感器实施例结构示意4a超限判断示意图(超限示例)图4b超限判断示意图(不超限示例)具体实施方式
图1所示为与车辆装载有关的各种限界的示意图。从图中可看出，各级限界均为多边形，在不同的高度上，允许装载的宽度是不同的；在不同的宽度上，允许装载的高度也是不同的。因此仅仅获得车辆及货物的最大高度和最大宽度，并不能准确判断车辆和货物是否超限。只有测量得到车辆及货物的全断面轮廓数据后，与规定的限界数据进行对比，才能准确判断车辆及货物是否超限，并具体提供车辆与货物的超限部位、超限等级和超限数值等信息。
在图2所示实施例中，采用了两个激光传感器A、B，此为最经济的方案。将两个传感器布置在线路的斜上方，每个传感器都兼顾车辆的顶部及单侧侧部区域。在车辆的顶部区域，两个传感器有交叉重叠，重点检测此容易发生装载超限的区域。在测量面上，两个激光传感器的扫描点既有重叠，又互相补充，覆盖了整个需要检测的轮廓区域。
图3所示实施例中，采用了三个激光传感器A、B、C，此为性价比最高的方案。传感器A布置在车辆上方，检测车辆顶部区域；激光传感器B、C各布置在车辆的一侧，检测侧部区域。这样，在保证检测完整断面轮廓的情况下，每个传感器都能够以尽可能多的点扫描检测区域，从而最大限度的利用了传感器的扫描数据。
在测量面上，不同激光传感器的扫描点既有重叠，又互相补充，覆盖了整个轮廓。由于激光传感器的坐标系和轨道坐标系之间的坐标转换关系是确定的，传感器测到的数据经过坐标转换及整理，可以表示为轨道坐标系下车辆及货物断面的轮廓数据。采用更多的传感器，可以获得更密集的数据点，传感器的具体位置和数量，可根据具体应用的需要来确定。
图4所示为超限与否判断示意图。得到轨道坐标系下的车辆及货物轮廓数据后，将其与同一坐标系下的各级限界数据进行对比，就可以判断车辆及货物是否超限。图4a所示为无超限的敞车车辆，图中所有扫描点都在机车车辆限界之内，因此不存在超限。图4b所示为装载木材的敞车车辆。图中，在车辆顶部区域的上方，有两个扫描点超出了机车车辆限界；在车辆顶部区域的侧方，有四个扫描点超出了机车车辆限界，其中有一个点超出了一级超限限界，为最大超限点。综合判断图4b状态为车辆装载二级超限。最大超限点的坐标、超限数值均可给出。图中最大超限点的坐标为横坐标1731mm，竖坐标为3914mm，超出限界长度为51mm。
权利要求
1.一种用于检测铁路货物车辆装载超限的二维激光扫描方法，该方法可检测车辆及所装货物是否超过允许的限界，其特征是采用二维激光扫描技术，获取被测车辆及货物的轮廓数据，从而确定车辆及货物是否超过允许限界；如果存在超限情况，则可以提供具体的超限部位、超限等级以及超限数值。
2.按照权利要求1所述的二维激光扫描方法，其特征为基于激光测距原理，通过合理配备两台或多台激光扫描传感器，构成一个测量面，来测量得到反映车辆及装载货物全断面轮廓的一系列扫描点。
3.按照权利要求1或2所述的二维激光扫描方法，其特征为在测量得到车辆及装载货物的轮廓后，通过比较轮廓上各点坐标与规定的限界的距离，来判断车辆及货物是否超限以及超限的具体情况。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测铁路货物车辆装载超限的二维激光扫描方法。该方法采用二维激光扫描技术，通过多台传感器的组合，来测量得到铁路货车车辆及货物的全断面轮廓数据。在同一坐标系下，将车辆及货物的轮廓数据与限界数据进行对比，不仅可以判断车辆及货物超限与否，还可以进一步提供具体的超限部位、超限等级以及超限数值。
文档编号G01G19/02GK1527237SQ0310515
公开日2004年9月8日 申请日期2003年3月6日 优先权日2003年3月6日
发明者杨凤春, 柴雪松, 罗林, 张格明, 冯毅杰, 韩自力, 边久松, 吴旺青 申请人:铁道科学研究院铁道建筑研究所