铁路路轨位移量的方法及装置与流程

本发明涉及一种铁路路轨位移量的方法及装置，属于铁路路轨纵向位移的测量技术领域。

背景技术：

我国的铁路运输线路被分为上行线路和下行线路，所有客货车辆必须行驶在单行线路上，这样在客货车辆的共同作用下，铁路轨道必定产生纵向位移量，该位移量是铁路工务部门日常线路维护的重要基础参数，是客货车辆运行安全的关键参数之一。

传统的路轨纵向位移量的测量方式主要以人工测量为主，具体方法是：

①1km一对测量台，换轨时定好标记点；

②路基两边站两人，分别将准直线拉在平台的基准点中心，另一人用尺子量准直线与每一轨的纵向位移，并记录；

③以上工作每一定周期测量一次。

此法，耗时耗力且效率较低(一个工区约8～12对测台，每天约4小时工作量，约24小时测一遍)，存在不可避免的人为误差。

车辆提速后，已有的测量方式已不能满足铁务工作者日常维护的需要，产生了采用经纬仪测量路轨位移的方法，具体为：

①每50m一对测台，使用经纬仪准直(路基对面为准直锥形尖长物)；

②经纬仪水平方向锁位，在仰角方向看四根轨，同时在四根轨上分别在路轨标志点上贴上刻度尺，经纬仪镜头所指点与标记中心的位移即路轨位移量，读数并记录；

③以上测量每一定周期一次，一个工区约200个测点，测点约耗时24小时，约3～4天测一遍，可一周测一次。

此法存在以下不足：

①经纬仪对中难，调整繁，铅垂遇风影响大；

②准直受太阳直射及雨雾天等影响；

③标尺读数同样存在人为误差等。

针对上述问题，大量铁路工作者提出了采样激光技术进行测量铁路路轨位移的方法，避免经纬仪测量技术中存在的测量技术问题，也取得了不错的效果，但各种测量还是不能够最大限度的提高测量效率，人工操作的程度还可以进一步降低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提出一种能够进行自动测量，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了后续工作的效率；且测量工作进行时不受外部环境的影响，安全系数高的铁路路轨位移量的方法及装置

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于图像模板匹配技术测量铁路路轨位移量的方法，其特征在于：图像识别装置按照既定的控制策略进行铁路路轨纵向位移的测量；具体控制步骤如下：

1.1图像识别装置进行装置内部各项参数的初始化操作，使可控摄像头水平对准测量台标柱并拍照存储标柱影像；

1.2图像识别装置中的微处理模块将历史标柱影像与实时标柱影像进行匹配，获得标柱的位移量并存储；

1.3图像识别装置中的微处理模块，通过控制步进电机转动和接收角度位移传感器的反馈数据，调整摄像头的拍摄仰角，依次拍摄上行线路和下行线路各根路轨上的路轨标记，并将拍照影像存储；

1.4图像识别装置中的微处理模块将实时拍照的路轨标记影像与历史路轨标记影像进行匹配，获得路轨标记中心的偏移量

1.5图像识别装置中的微处理模块根据标柱的位移量δxc和路轨标记中心的偏移量δxm，按照既定的算法确定铁路路轨的纵向位移量

所述的控制步骤1.2中的历史标柱影像为路基测试平台浇注完成时的标柱影像。

所述的控制步骤1.4中的历史路轨标记影像为路轨通行测试完成时的初始路轨标记。

所述的控制步骤1.3中调整摄像头的拍摄仰角的方法为：图像识别装置中的微处理模块，通过控制旋转云台和步进电机，并根据角度传感器的反馈进行摄像头仰角和方位的调整，调整过程中进行实时拍照，并将拍照路轨标记影像与历史路轨标记影像比对；当路轨标记影像重合时，微处理模块发出指令停止旋转云台和步进电机的动作，并记录此时摄像机仰角和云台旋转角度；此后，微处理模块，发出指令使旋转云台回滚旋转角度至零度，此时进行第一根路轨标记拍照，并存储影像；此后按照同样的方法，依次拍照第二根轨路轨标记，并存储影像；拍照第三根轨路轨标记，并存储影像；拍照第四根轨路轨标记，并存储影像。

所述的控制步骤1.5中既定的算法是依据表达式通过矢量运算计算铁轨纵向位移量。

一种实现权利要求1所述的基于图像模板匹配技术测量铁路路轨位移量的方法的装置，其特征在于：图像识别装置包括摄像头、左卡槽、右卡槽、旋转云台、云台支座、摄像头定位支架、电源控制线路管、图像识别装置的电源开关、液晶显示屏、步进电机、移动存储接口、安装在路基测试平台上，包括摄像头、左右卡槽、旋转云台、云台支座、摄像头定位支架、电源控制线路管、电源开关和液晶显示屏，旋转云台上方连接定位支架，摄像头固定在定位支架上，旋转云台下方安装在云台支座上，云台支座安装在卡槽上，云台支座两端为左右卡槽，定位支架顶端内嵌步进电机，摄像头通过电源控制线路管内导线与旋转云台相连，旋转云台一侧设有图像识别装置的电源开关，电源开关下方设有移动存储接口；控制电路包括微处理模块，信号调理模块，电路保护模块，摄像头模块，液晶显示模块和移动存储模块等内嵌在旋转云台内，摄像头模块与信号调理模块相连，信号调理模块与微处理模块相连，微处理模块与电路保护模块，液晶显示模块和移动存储模块分别相连。

所述的微处理模块为图像并行处理器。

路基测试平台包括浇注的路基测试平台，固定于路基测试平台上的左右卡簧支座、左右卡簧、铁路路基，左右卡簧支座对称分布于路基测试平台标记中心点的两边，左右卡簧卡入左右卡簧支座内。

与现有技术相比，本发明的铁路路轨位移量的方法及装置具有的有益效果是：无需大量人工操作，只要装置安装完毕，打开电源装置即可进行自动测量，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了后续工作的效率；且测量工作进行时不受外部环境的影响，安全系数高。

附图说明

图1为本发明路基测试平台面向轨道的平视图；

图2为本发明图像识别装置电路原理框图；

图3为本发明图像识别装置摄像头主视结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为本发明铁轨纵向位移现场测量示意图；

图6为本发明铁轨纵向位移测量的控制策略流程图。

图1-6是本发明的最佳实施例。其中，1浇注的路基测试平台、2左卡簧支座、3右卡簧支座、4右卡簧、5左卡簧、6铁路路基、7摄像头、8左卡槽、9右卡槽、10旋转云台、11云台支座、12摄像头定位支架、13电源控制线路管、14图像识别装置的电源开关、15液晶显示屏、16步进电机、17卡槽18移动存储接口、19路基测试平台中心标柱、20上行和下行线路铁路路轨、21图像识别装置。

具体实施方式

下面结合图1-6对本发明铁路路轨位移量的方法及装置作进一步详细说明。

如图1所示：该路基测试平台由浇注的路基测试平台1、固定于路基测试平台上的左卡簧支座2和右卡簧支座3、左卡簧4和右卡簧5、铁路路基6、左卡簧支座2和右卡簧支座3对称分布于路基测试平台标记中心点的两边。

如图2所示：图像识别装置内部电路由摄像头模块，信号调理模块，电路保护模块，微处理模块，液晶显示模块和移动存储模块组成；其中，摄像头模块与信号调理模块相连，信号调理模块与微处理模块相连，微处理模块与电路保护模块，液晶显示模块和移动存储接口分别相连。微处理模块通过控制摄像头模块调整摄像头的仰角，并将处理结果通过液晶显示模块实时显示，通过移动存储模块进行数据转移等操作。

如图3所示为本发明图像识别装置外部结构面向摄像头的平视图；由摄像头7、左卡槽8和右卡槽9、旋转云台10、云台支座11、摄像头定位支架12，电源控制线路管13组成。旋转云台10可在平面360度任意旋转，电源控制线路管13中装有电源线和控制线，定位支架12的顶端内嵌步进电机16。

如图4所示为本发明图像识别装置外部结构侧视图；由图像识别装置的电源开关14、液晶显示屏15、步进电机16、卡槽17、移动存储接口18组成。

如图3、4所示：图像识别装置21包括摄像头7、左卡槽8、右卡槽9、旋转云台10、云台支座11、摄像头定位支架12、电源控制线路管13、图像识别装置的电源开关14、液晶显示屏15、步进电机16、18移动存储接口、安装在路基测试平台上，包括摄像头7、左右卡槽8和9、旋转云台10、云台支座11、摄像头定位支架12、电源控制线路管13、电源开关14和液晶显示屏15，旋转云台10上方连接定位支架12，摄像头7固定在定位支架12上，摄像头7外可以加装外壳。旋转云台10下方安装在云台支座11上，云台支座11安装在卡槽17上，云台支座11两端为左右卡槽8和9，定位支架12顶端内嵌步进电机16，摄像头7通过电源控制线路管13内导线与旋转云台10相连，旋转云台10一侧设有图像识别装置的电源开关14，电源开关14下方设有移动存储接口18；控制电路包括微处理模块，信号调理模块，电路保护模块，摄像头模块，液晶显示模块和移动存储模块等内嵌在旋转云台内，摄像头模块与信号调理模块相连，信号调理模块与微处理模块相连，微处理模块与电路保护模块，液晶显示模块和移动存储模块分别相连。

如图5所示为本发明铁轨纵向位移现场测量示意图；由路基测试平台中心标柱19、上行和下行线路铁路路轨20、图像识别装置21组成。图像识别装置21通过不断调整摄像头7的仰角进行铁路路轨标记的拍照，并将影像进行实时处理，按照既定控制策略计算轨道纵向位移量。

如图6为本发明铁轨纵向位移测量的控制策略流程图；具体控制流程如下：

第一步，图像识别装置进行装置内部各项参数的初始化操作，使可控摄像头水平对准测量台标柱并拍照存储标柱影像；

第二步，图像识别装置中的微处理模块将历史标柱影像与实时标柱影像进行匹配，获得标柱的位移量并存储；其中，历史标柱影像为路基测试平台浇注完成时的标柱影像；

第三步，图像识别装置中的微处理模块，通过控制旋转云台和步进电机，并根据角度传感器的反馈进行摄像头仰角和方位的调整，调整过程中进行实时拍照，并将拍照路轨标记影像与历史路轨标记影像比对；当路轨标记影像重合时，微处理模块发出指令停止旋转云台和步进电机的动作，并记录此时摄像机仰角和云台旋转角度；此后，微处理模块，发出指令使旋转云台回滚旋转角度至零度，此时进行第一根路轨标记拍照，并存储影像；此后按照同样的方法，依次拍照第二根轨路轨标记，并存储影像；拍照第三根轨路轨标记，并存储影像；拍照第四根轨路轨标记，并存储影像。

第四步，图像识别装置中的微处理模块将实时拍照的路轨标记影像与历史路轨标记影像进行匹配，获得路轨标记中心的偏移量其中，历史路轨标记影像为路轨通行测试完成时的初始路轨标记；

第五步，图像识别装置中的微处理模块根据标柱的位移量δxc和路轨标记中心的偏移量δxm，依据表达式通过矢量运算计算铁轨纵向位移量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。