一种非接触式轨道交通列车速度方向里程检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉实现轨道交通列车运行速度、运行方向及运行里程检测的装置。


背景技术：

2.随着我国城市轨道交通及国有电气化铁路的快速发展，接触网及轨道状态是影响电气化列车运行安全的关键因素，因此发展了一系列的安装于“轨道车、运营列车”的接触网及轨道检测装置，各类检测装置均需实时获取车辆运行速度信息，以实现检测数据定位。
3.一般通过在列车车轴加装速度传感器获取车辆运行速度；运营列车考虑到安全，不允许对车轴进行任何改动，其一般通过解析车辆tcms/mvb获取速度信息，但其刷新频率较慢一般为1次/s，无法为检测装置提供精确的速度信息。
4.如申请号为cn201810365144.5的专利申请公开了一种新型列车测速测距设备及方法，该装置包括高频相机、图像识别模块、逻辑处理模块、数据接口组成；其中高频相机每隔固定的周期垂直向下拍摄轨道的照片，利用轨道之间的周期分布的地面结构，运用图像识别模块及实际和照片物体的比例，计算出相邻图片的位移差；逻辑处理模块根据高频相机拍照频率和图像识别模块求出的位移差计算运行速度，根据列车的性能和拍照周期，进行逻辑检查，数据接口与车载设备进行通信，输出输入相应信息。该方案虽然能快速测出列车对地面的速度；但是在图像采集和识别过程中易受外界环境的影响，测量结果与实际数据误差较大，需要进一步改进。
5.又如申请号为cn201010510191.8 的专利申请公开了一种基于轨道特征的车速测量装置，包括测量装置，感应轨道特征的变化，采集信号；测量装置调整单元，调整测量装置位置，确保测量装置处于有效测量范围之内；数据采集与处理单元，接收测量装置采集的信号，经信号处理，实时计算列车运行参数。该方案的装置基于非接触式测量探头，通过对轨道枕木、扣件等外形或图像特征的实时采集与处理，得到列车运行距离、运动速度、加减速度等参数，并进行存贮、通讯与显示。该方案虽然也可以实现非接触式对列车车速进行测量，但是也是基于轨道特征进行处理获得的，因此也存在易受外界环境的影响，测量结果与实际数据误差较大，需要进一步改进。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非接触式轨道交通列车速度方向里程检测装置，通过图像采集单元实时采集列车车轴上测速图案的转动图像数据，通过千兆网络实时传输至图像处理单元进行处理，从而实现对轨道交通列车运行速度、运行方向及运行里程的快速精准检测识别。
7.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
8.一种非接触式轨道交通列车速度方向里程检测装置，包括：图像采集单元、图像数据处理单元、固定装置和数据通信装置，图像数据处理单元通过数据通信装置与图像采集
单元连接；图像采集单元通过固定装置安装固定在轨道列车底部；图像采集单元用于高速采集轨道列车运行时列车车轴测速图案转动图像数据，并通过数据通信装置上传至图像数据处理单元；图像数据处理单元用于接收并处理车轴转动图像数据，计算出列车运行速度、运行方向和运行里程。
9.其中，列车车轴上粘贴有一圈高度与列车车轴周长相等的线性三角形或梯形（1个或多个）测速图案。
10.固定装置为列车车体底部既有c型槽，用于将图像采集单元固定在列车车体底部。
11.进一步的，图像采集单元包括高清相机和补光设备；高清相机及补光设备通过列车车体底部c型槽安装在列车底部；数据通信装置与高清相机连接。
12.进一步的，数据通信装置为千兆路由器，高清相机通过网线与千兆路由器连接。
13.进一步的，图像数据处理单元为工控机，其型号为ark-3532；工控机通过网线与千兆路由器连接。
14.本实用新型的有益效果：
15.1.本实用新型采用基于机器视觉的非接触式状态测量检测装置实现列车运行速度检测，只需在车体底部既有c型槽等接口安装设备，无需对列车车轴走行部件进行改造，极大保证了轨道列车运行安全。
16.2.本实用新型的装置适用面广泛，可适用于接触网检测车、接触网作业车、轨道检测车、轨道作业车等工程车，以及城市轨道交通运营列车、大铁路运营列车、高速动车组列车等车型。
17.3.本实用新型设备速度测量精度高，速度更新及时，对里程的累计计算精度更高，并可准确检测到车辆的运行方向。
附图说明
18.图1是本实用新型的系统组成架构图。
19.图2是本实用新型的系统测量原理示意图。
20.图3是本实用新型的测速方法流程图。
21.图2中：1-高清相机，2-测速图案，3-列车车轴。
具体实施方式
22.为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本实用新型的技术方案精选以下详细说明。显然，所描述的实施案例是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，不能理解为对本实用新型可实施范围的限定。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本实用新型的保护范围。
23.现有一般通过在车辆车轴加装速度传感器获取车辆运行速度；运营列车考虑到安全，不允许对车轴进行任何改动，其一般通过解析车辆tcms/mvb获取速度信息，但其刷新频率较慢一般为1次/s，无法为检测装置提供精确的速度信息。本实用新型针对上述情况不足，设计了一种非接触式轨道交通列车速度方向里程检测装置，通过利用现有的图像识别处理软件识别列车车轴图案边缘，对前后两帧图像车轴图案边缘距离的变化量计算列车车
轴转动角度及圈数，结合车轮轮径、时间差即可计算列车的实时运行速度等信息，本实用新型详细设计过程见下列实施例。
24.实施例一：
25.本实施例中，如图1所示，由于轨道交通列车运行时其车轴跟随车轮同步转动，根据此特性设计了一种非接触式轨道交通列车速度方向里程检测装置，如图1所示，系统包括：图像采集单元、图像数据处理单元、固定装置和数据通信装置，图像数据处理单元通过数据通信装置与图像采集单元连接；图像采集单元通过固定装置安装固定在轨道列车底部；图像采集单元用于高速采集轨道列车运行时列车车轴测速图案转动图像数据，并通过数据通信装置上传至图像数据处理单元；图像数据处理单元用于接收并处理车轴转动图像数据，计算出列车运行速度、运行方向和运行里程。
26.本实施例中，列车车轴上粘贴有一圈高度与列车车轴周长相等的线性三角形或梯形（1个或多个）测速图案，利用图像采集单元采集列车车轴上测速图案的图像，送往图像数据处理单元的现有图像处理软件进行分析，根据前后两帧图像识别处理结果的差值以及前后两帧图像的采集时间差，计算出车辆运行方向、列车车轴转动角度及圈数，同时结合车轮轮径计算出列车的运行里程及实时运行速度。
27.固定装置，即固定接口为列车车体底部既有c型槽，用于将图像采集单元固定在列车车体底部。
28.进一步的，图像采集单元包括高清相机和补光设备；高清相机及补光设备通过列车车体底部c型槽安装在列车底部；数据通信装置与高清相机连接。
29.进一步的，数据通信装置为千兆路由器，高清相机通过网线与千兆路由器连接。
30.进一步的，图像数据处理单元为工控机，其型号为ark-3532。工控机通过网线与千兆路由器连接，可在工控机设置现有的图像处理软件进数据处理，现有图像处理软件的处理流程借鉴了申请号为cn201410355253.0的专利申请，该申请公开了一种轨道列车速度和位移的检测方法和装置，其方案设置了一种轨道列车速度和位移的检测装置，装置包括图像采集及处理模块，用于实时采集列车运行时地面的运动图像，并计算相邻两帧图像之间的位移；数据处理模块，用于根据所述图像采集及处理模块计算得到的相邻两帧图像之间的位移以及采集相邻两帧图像之间的间隔时间计算当前地面图像的移动速度，并由列车速度与地面图像的移动速度的函数关系得到当前列车速度；将当前时刻之前所述图像采集及处理模块各次计算得到的所述相邻两帧图像之间的位移进行累加，得到当前列车位移。本技术的图像处理软件采用与该专利申请（cn201410355253.0）中检测装置相同的处理原理来对本技术的测速图案高清图像进行分析处理，从而计算出轨道列车的运行状态。
31.实施例二：
32.本实施例通过安装在车体的图像采集单元（高清相机1及补光设备）聚焦于列车车轴3上的测速图案2（黑白分明的线性三角形或梯形（1个或多个）图案），高清相机1同步触发补光设备高速采集列车走行时的高清图像，图像数据处理单元（工控机）接收、分析、处理车轴转动图像数据，实时计算列车运行速度，监测系统原理示意图如图2所示。
33.本实施例的详细监测原理及方法如下：
34.1、列车车轴的图案：在轨道交通列车车轴上粘贴（或者涂装）一圈黑白分明的线性三角形或梯形（1个或多个）图案。
35.2、图像采集单元：图像采集单元由高清相机1及补光设备构成，高清相机1触发补光设备同步工作采集图像；图像采集单元安装在列车车体底部聚焦于列车车轴图案，实时采集列车车轴上的图案所成的高清图像。
36.3、图像数据处理单元（工控机）：上述采集的列车车轴高清图像通过千兆网络传输至图像数据处理主机（工控机），利用边缘检测算法识别出图案两侧的边缘，并计算出左右两侧边缘之间的距离。
37.4、里程、方向和速度计算：在上述步骤基础上，根据前后两帧图像识别的车轴图案边缘距离的差值以及前后两帧的时间差，可计算出列车车轴转动角度及圈数，结合车轮轮径即可计算列车的运行里程及实时运行速度，通过前后两帧边缘距离差值的正负，可得到车辆运行方向。为检测装置提供准确的里程定位信息。
38.本实施例具有以下技术优势：
39.1、本方法采用基于机器视觉的非接触式方法实现列车运行速度检测，只需在车体底部既有c型槽等接口安装设备，无需对列车车轴走行部件进行改造，极大保证了轨道列车运行安全。
40.2、本测量方法及装置适用面广泛，可适用于接触网检测车、接触网作业车、轨道检测车、轨道作业车等工程车，以及城市轨道交通运营列车、大铁路运营列车、高速动车组列车等车型。
41.3、本实施例实现的非接触式速度测量方法其采集频率高，即速度测量精度高，速度更新及时，对里程的累计计算精度更高，并可准确检测到车辆的运行方向。
42.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。