专利名称：一种基于图形比对技术的路轨位移监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于图形比对技术的路轨位移监测装置，用于在线测量铁路钢轨因应力变化导致的钢轨纵向水平位移情况，并通过无线通信网络与上级监测中心服务器联网。属于铁路安全监测与智能信息处理技术领域。
背景技术：
现代的铁路对路基、枕木和路轨的要求都很高。为了减小轮轨力对钢轨的冲击，利于列车高速运行，大量采用无缝线路消灭了钢轨接头轨缝。而无缝线路受温度、沉降以及应力等因素的影响，会导致路轨与路基之间的相对位移，特别是在无缝线路中，钢轨不能自由伸缩，轨温变化产生的温度力将使钢轨沿铁轨方向纵向水平位移，而过大的温度力和位移将使钢轨发生臌曲甚至断裂，导致线路失稳而危害行车安全。传统的人工量具测量方式在铁路上沿用多年，不仅费时费力工作量大，不可避免的存在人为误差，而且占用路轨时间过长，不利缩短车辆行驶间隔，影响运输效率，已经不能满足高速铁路测量维护工作的需要。对于轨道的振动位移和纵向位移测量，相关的道路与交通工程单位、科研院校都有相应的研究，出现了多种解决方法。对于近年来的监测系统中采用了接触式位移传感器和激光位移传感器检测位移(CN200720029136.0)等方案来说，前者因环境和震动等因素对传感器寿命有所影响；而后者成本过高且对环境要求较高，不适合强光、雨雪、沙尘等天气，难以大量推广。本实用新型采用了已经普及应用的数字图像信息技术，属于非接触式测量，结合嵌入式处理器的数字处理技术和通信技术，将钢轨纵向水平位移的测量数据直接上传，并入路网安全管理系统之中，使用十分方便
发明内容本实用新型的主要特征为该装置由图像传感器(I)、带有高速串行输出接口的嵌入式计算机采集处理板(2)、带有外接直流供电和串行接口电缆插座的坚固防水金属外壳(3 )、与路基混凝土牢牢连接的固定基座(4)、带有串行接口和无线通信网络功能的监测站(5)和监测中心服务器(6)组成。如上所述的图像传感器(I)和嵌入式计算机采集处理板(2)安放在防水金属外壳
(3)的内部，外壳(3)上的插座通过多芯电缆与监测站(5)的串行总线连接，并且可一起组网，构成多个局部监测点，例如可构成4个局部监测点，采集4条钢轨位移信息。如上所述的铁路钢轨位移监测装置的防水金属外壳(3)与钢轨边路基埋设的带有螺杆的混凝土路基上的固定基座(4)连接，还可通过金属架和定位螺丝调整采集图像的位置，在进行图像几何中心校准后安装固定在路轨旁边的固定基座(4)上，作为测量和比较钢轨位移量的基准。使用如上的路轨位移检测装置监测路轨纵向水平位移的方法，其特征在于，检测的步骤如下[0009]1、铁路钢轨位移监测装置的监测站(5)，通过串口控制监测部位的上行、下行4条钢轨的4个图像采集点。(3a) (3b) (3c) (3d)，控制图像传感器(I)实时采集路基上钢轨腰部的标记图形。2、嵌入式计算机采集处理板(2)对图像传感器(I)采集的有标记图形的图像进行预处理后，与校准的基准图形或历史数据库图像进行比对，计算出图像标记的错动量，进而计算出此监测站点钢轨的位移状况。3、经无线传输网络将监测点地址和位移数据上传到监测中心服务器(6)。4、中心服务器通过预先设置的位移合理范围对上传的位移数据进行比对，监测各点位移是否超限，若超限则进行报警，并调出观测点的地址信息，反馈至路网安全管理系统，请求其作相应的调度和检修等工作。通过本实用新型可克服现有技术存在的问题，对铁路的路基、枕木和钢轨相互间的相对纵向水平位移进行实时监测，且位移数据可以实时显示和存储，方便测量人员的观察和提高后续工作的效率，且测量工作进行时基本不受外部环境影响，可提高铁路系统安全控制能力，安全系数高。
图1系统结构框图图2四点监测示意图
具体实施方式
下面以图2为本发明的一种实施例进行详细说明。本实用新型的主要特征为铁路钢轨位移监测装置由图像传感器(I)、带有高速串行输出接口的嵌入式计算机采集处理板(2 )、带有外接直流供电和串行接口电缆插座的坚固防水金属外壳(3)、与路基混凝土牢牢连接的固定基座(4)、带有串行接口和无线通信网络功能的监测站(5)和监测中心服务器(6)组成。所述的图像传感器(I)和嵌入式计算机采集处理板(2)安放在防水金属外壳(3)的内部，外壳(3)上的插座通过多芯电缆与监测站(5)的串行总线连接，并且可一起组网，可构成多个局部监测点，例如4个局部监测点，采集4条钢轨位移信息。如上所述的高速串行输出接口可采用RS485串行接口。防水金属外壳(3)可外接DC5V直流供电并带有RS485串行接口多芯电缆插座。安放金属外壳(3)中的图像传感器
(I)可采用数字式CMOS或CCD图像传感器，还可安装辅助照明设备，如闪光灯，以利于光线不足时对图像效果的影响。安放金属外壳(3)中的嵌入式计算机采集处理板可采用DSP处理器为核心芯片，与数字式CMOS或CXD图像传感器的图像输入输出通道连接，并通过RS485串行接口与金属外壳(3)的RS485串行接口电缆插座相连。如上所述的防水金属外壳(3)通过RS485串行接口电缆与带有RS485接口和采用GPRS无线通信网络功能的监测站(5)连接。如上所述的带有RS485接口和采用GPRS无线通信网络功能的监测站(5)与钢轨边路基埋设的带有螺杆的混凝土路基上的固定基座(4)连接，还可通过金属架和定位螺丝调整采集图像的位置，在进行图像几何中心校准后安装固定在路轨旁边的固定基座(4)上，作为测量和比较钢轨位移量的基准。使用如上的路轨位移检测装置监测路轨纵向水平位移的方法，其特征在于，检测的步骤如下1、铁路钢轨位移监测装置的监测站(5)，通过串口控制监测部位的上行、下行4条钢轨的4个图像采集点。(3a) (3b) (3c) (3d)，根据监测站(5)发出的系统设置的监测周期(如以I秒为一个监测周期)点触发信号，控制图像传感器(1)，实时采集路基、枕木和钢轨三者腰部上标记图形，并通过图像通道传输至嵌入式计算机采集处理板(2 )。2、嵌入式计算机采集处理板(2)对图像传感器(I)采集的有标记图形的图像利用DSP系统将彩色图像灰度化，并利用预置算法对图像进行去噪、二值化、边缘提取、形状拟合、质心计算等预处理后，与校准的基准图形的标记质心或历史数据库图像中的标记质心进行比对，计算出图像间路基、枕木和钢轨三者腰部上标记的错动量，进而计算出此监测站点钢轨纵向水平位移的数据状况。3、将此位移数据压缩并按GPRS无线传输协议编码，通过带GPRS无线传输网络功能监测站(5)将监测点地址和位移数据上传到监测中心服务器(6)。4、中心服务器通过预先设置的位移合理范围(如相对位移在±50mm，分辨率O.1毫米内)对上传的位移数据进行比对，监测各点位移是否超限，若超限则进行报警，并调出观测点的地址信息，反馈至路网安全管理系统，请求其作相应的调度和检修等工作。
权利要求1.一种基于图形比对技术的路轨位移监测装置，用于在线测量铁路钢轨因应力变化导致的钢轨纵向水平位移情况，并通过无线通信网络与上级监测中心服务器联网，其主要特征为该装置由数字式CMOS图像传感器(1)、带有高速串行输出接口的嵌入式计算机采集处理板(2)、带有外接直流供电和RS485串行接口电缆插座的坚固防水金属外壳(3)、与路基混凝土牢牢连接的固定基座(4)、带有RS485接口和GPRS无线通信网络功能的监测站(5)和监测中心服务器(6)组成，其中所述图像传感器(I)和采集处理板(2)安装于防水金属外壳(3)中，防水外壳通过固定基座(4)安装于路基上，防水金属外壳(3)通过RS485串行接口电缆与带有RS485接口和采用GPRS无线通信网络功能的监测站(5)连接，监测站(5)将监测点地址和位移数据上传到监测中心服务器(6)。
2.如权利要求1所述的基于图形比对技术的路轨位移监测装置，其特征还在于其中防水金属外壳(3)上的插座通过多芯电缆与带有串口和无线通信功能的监测站(5)的串行总线连接，并且可一起组网，构成4个局部监测点，采集4条钢轨位移信息。
3.如权利要求1所述的基于图形比对技术的路轨位移监测装置，其特征在于防水金属外壳(3)与钢轨边路基埋设的带有螺杆的固定基座(4)连接固定，同时还可通过金属架和定位螺丝调整采集图像的位置，在进行图像几何中心校准后安装固定在路轨旁边的固定基座(4)上，作为测量和比较钢轨位移量的基准。
专利摘要本实用新型涉及一种基于图形比对技术的路轨位移监测装置，用于在线测量铁路钢轨因应力变化导致的钢轨纵向水平位移情况。该装置由数字式图像传感器(1)、带有高速串行输出接口的嵌入式计算机采集处理板(2)、带有外接直流供电和RS485串行接口电缆插座的坚固防水金属外壳(3)、与路基混凝土牢牢连接的固定基座(4)、带有RS485接口和GPRS无线通信网络功能的监测站(5)和监测中心服务器(6)组成。本实用新型采用数字图像处理技术，非接触式测量，数据无线上传，并入路网安全管理系统之中，安装使用十分方便。
文档编号G01B11/02GK202869441SQ201220265048
公开日2013年4月10日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者王铁流, 蔡卫华, 周超 申请人:北京工业大学