一种列车综合检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及列车检测系统技术领域，更具体地，涉及一种列车综合检测系统。


背景技术：

2.列车作为现代社会中常用的一种交通工具，为现代人们的出行提供了便利，对社会发展起到重要作用。而作为一种常用的交通工具，列车的安全运行显得至关重要，所以列车在运行中的安全检测是相关领域的重点研究对象。列车具有较为复杂的结构和较多的关键零部件，而列车的运行过程中可能会因为环境、零件老化、人为操作等状况而引起车体的异常，如，异物漂落至车顶上、零部件缺失变形或零部件位置发生变化等，而异物的干扰、关键零部件的缺失以及零部件位置变化等都会对列车的运行产生影响，如，当列车某零部件受到异物打击后，导致变形或丢失时，可能导致列车停止运行，严重时会发生完全事故，所以需要在列车运行的过程中对列车进行监测。
3.现有技术中，较为常见的检测方法就是利用二维图像摄取设备拍摄经过车辆，并通过人工或计算机软件进行识别，当采用人工方式进行检测时，容易因图量过大或图案不全面而遗漏车体的异常特征；当采用计算机软件自动识别时，需要高精度拍摄图片以及精确的识别算法才能对图像进行识别，且平面图像容易因图片精度无法达到识别要求或受到光干扰而引起误判，所以其发展并不完善，并不能依据现场给出准确的检测结果。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种列车综合检测系统，该检测系统能够精确的检测运行中列车的异常情况，实现了行进列车的全面检测，有助于保障列车安全运行。
5.本实用新型采取的技术方案是，一种列车综合检测系统，包括：轨道，轨道上方设有安装支架，下方设有下沉腔，所述安装支架、下沉腔用于安装设备；多个扫描测距设备，分别设置于轨道的两侧、下沉腔、安装支架上，分别用于扫描经过的列车车体的侧面、车底、车顶，获取被扫描区域的三维点云数据；后台监测系统，后台监测系统与扫描测距设备连接，用于分析三维点云数据，检测列车车体各区域是否存在异常。
6.列车通过轨道驶入检测区域，检测区域内轨道的某段区间下设置有下沉腔，用于提供设备的安装空间，有助于安装检测经过车体底部的设备；所述轨道上方设有安装支架，所述安装支架提供多种设备的安装位置，安装支架至少设有高于经过车体的安装位置，有助于对车体的顶部或上部进行检测；多个扫描测距设备分别设置于轨道的两侧、下沉腔、安装支架上，扫描测距设备在不同位置上对经过车体进行连续扫描或以车体结构特征分段扫描获取车身整体各个区域的三维点云数据，并将三维点云数据传送至后台监测系统分析。设置在各个方位的扫描测距设备能够经过车体进行全面的扫描，依据三维点云数据能够检测精确度的提高，从而实现经过车体的全面精确检测；且不需要经过车体静止接收检测，能够直接检测运行中的列车，结合后台监测系统能够实现全自动化的无人检测。
7.设置于轨道两侧的扫描测距设备用于扫描经过车体的侧面信息，获取侧面包括走行部的三维点云数据，包括设置多个不同角度的侧面扫描测距设备，从而获取车体左右面以及车体前后面的数据，优选的，两侧的扫描测距设备对称排布，且包括一对对称分布且扫描方向与列车侧面垂直的扫描测距设备。设置于下沉腔中的扫描检测设备用于扫描车底区域，获取车底三维点云数据，优选的，下沉腔中扫描测距设备扫描方向与车体底面垂直。设置于安装支架上的扫描测距设备则扫描经过车体的车顶，获取车顶的三维点云数据；优选的，安装支架上的扫描测距设备对称分布在经过车体的左上方和右上方；优选的，扫描测距设备为激光扫描测距设备，如激光雷达，实现精准扫描测距。
8.后台监测系统与扫描测距设备连接，通过扫描测距设备获取车体侧面、车底、车顶的三维点云数据，并依据获得的经过车体各个区域三维点云数据建立三维模型；后台监测系统在建立经过列车的三维模型后，通过精确定位技术实现与已有列车标准模型的整幅对比，从而检测经过列车各个区域是否存在异常。如，检测经过车体的车顶是否存在异物、经过车体是否漏油，也可检测车体的闸瓦、列车底部牵引装置、电机盖、制动盘、撒砂器、齿轮箱等关键部件缺失、变形等异常情况，当后台监测系统检测到异常时则发出报警提示。优选的，所述后台监测系统还连接有远程客户端，远程客户端获取并汇集后台监测系统的所有信息，使用者能通过远程客户端对后台监测系统进行控制，有助于在整体检测系统的无人化、自动化基础上实现人工检验。
9.优选的，轨道两侧还设有与后台监测系统连接的多个闸瓦检测设备，所述闸瓦检测设备包括激光发射器和第一图像传感器，所述激光发射器发射激光至闸瓦和/或制动盘零部件，所述第一图像传感器获取受激光照射的零部件图像。设置于轨道两侧的扫描测距设备对闸瓦、制动盘不便检测或检测精确度低时，有必要对闸瓦、制动盘添加进一步的检测。单个闸瓦检测设备包括激光发射器和第一图像传感器，轨道两侧分布有多个闸瓦检测设备，有助于检测经过车体侧面零部件的状态。依据视场设计，所述激光发射器发射激光至闸瓦或制动盘的下端部或其他方便测量分析的部位，所述第一图像传感器获取激光照射中的闸瓦或制动盘图像，后台监测系统控制闸瓦检测设备并获取第一图像传感器所得图像，所述后台监测系统通过图像处理分析，利用机器视觉测量的结构光测量方法，获取闸瓦的厚度和磨损值。如，获取激光线与闸瓦端部的交线端点，并测量交点之间的距离，再换算成闸瓦端部的厚度，依据此厚度计算闸瓦的磨耗值，判断闸瓦磨损程度，从而对车体的关键零部件实现进一步检测，进一步保证列车的安全运行；同理，与后台监测系统连接的闸瓦检测设备也能获取经过车辆的制动盘厚度以及磨损等状态。即所述闸瓦检测设备也可用于检测其他零部件的厚度、磨损值等状态。通过闸瓦检测设备有助于动态检测运行中列车的闸瓦、制动盘，并利用结构光测量分析实现准确的厚度测量。
10.优选的，闸瓦检测设备中的激光发射器采用双线激光器，准直扩束激光器通过扩大光束输出直径而压缩其发散角，能够使其准直性更好，从而能够远距离使用。光器选用高品质的激光二极管，配以高性能的apc和acc驱动电路和光学镀膜玻璃透镜组组成，具有高可靠性、高稳定性、抗干扰性强、一致性好、使用寿命长等优点。
11.优选的，闸瓦检测设备中的第一图像传感器采用高速图像传感器，高速图像传感器是一款以面为单位来进行图像采集的成像工具，可以一次性获取完整的目标图像，避免对同一目标图像的多次获取和拼接，提高效率和准确性，具有测量图像直观的优势，有助于
对目标物体的形状、尺寸等方面进行测量。
12.优选的，所述安装支架上还设有与后台监测系统连接的多个受电弓检测设备，所述受电弓检测设备包括补光灯和第二图像传感器，补光灯照射与列车主体连接的受电弓，所述第二图像传感器获取补光灯照射下的受电弓图像。设置于安装支架上的扫描测距设备对受电弓不便检测或检测精确度低时，有必要添加受电弓的进一步检测。多个受电弓检测设备获取受电弓不同方位和不同位置下的图像，后台监测系统获取受电弓检测设备的图像后对图像处理分析，如羊角检测、三维姿态分析等，从而依据图像获取受电弓各个方位、姿态下的参数和状态，实现对受电弓磨损、缺损等状态的检测和分析，并在发现异常情况时提供报警提示。优选的，受电弓检测设备中的补光灯为闪光灯，第二图像传感器为高速图像传感器。
13.优选的，所述后台监测系统包括数据转发设备和与数据转发设备连接的车体扫描监测装置、闸瓦动态检测装置、受电弓动态检测装置，所述车体扫描监测装置、闸瓦动态检测装置、受电弓动态检测装置之间通过数据转发设备连接，所述车体扫描监测装置与扫描测距设备连接，所述闸瓦动态检测装置与闸瓦检测设备连接，所述受电弓动态检测装置与受电弓检测设备连接。车体扫描监测装置控制扫描测距设备并获取扫描数据，依据扫描获得的三维点云数据建立车体的三维模型，并依据标准模型进行比较和分析；闸瓦动态检测装置控制闸瓦检测设备中的激光发射器和第一图像传感器，并获取闸瓦检测数据，计算和分析闸瓦、制动盘厚度等状态。受电弓动态检测装置则控制受电弓检测设备的运行，获取检测数据并进行数据分析。所述数据转发设备用于将各个检测装置的数据和分析结果进行数据转发。除此之外，多个装置之间可以采用其他连接方式，以达到在多个装置之间交换数据的状态。当所述车体扫描监测装置、闸瓦动态检测装置、受电弓动态检测装置分别具有不同使用者，则通过数据转发设备交换数据结果，使整个检测系统相对独立又相互配合。当所述数据转发设备连接有终端，所述数据转发设备除了在车体扫描监测装置、闸瓦动态检测装置、受电弓动态检测装置之间进行数据交换还可以汇集多个装置的信息集中显示在同一终端。优选的，所述数据转发设备可以为网络交换机，多个装置通过网络交换机进行数据的传输。
14.优选的，多个闸瓦检测设备对称分布于轨道两侧，单侧的闸瓦检测设备沿列车行进方向顺次排布；闸瓦检测设备对称分布于轨道两侧有助于获取列车在同一位置时车体两侧的闸瓦、制动盘数据，提高检测的准确性。优选的，当闸瓦检测设备只有两个时，对称分布的闸瓦检测设备获取车身两侧的闸瓦、制动盘数据，获取数据的时间间隔较短；当闸瓦检测设备设置有至少4个时，且单侧顺次分布时，有助于分别获取车体前后不同位置的闸瓦、制动盘数据，有助于提高检测的准确性。
15.优选的，为了兼顾不同车型的闸瓦或制动盘检测，至少设有八个闸瓦检测设备，包括获取列车前后转向架左右两侧的闸瓦数据的四个检测设备和获取列车前后转向架左右两侧的制动盘数据的四个检测设备。
16.优选的，受电弓检测设备中补光灯的补光区域和第二图像传感器的拍摄区域交叠在经过车体的受电弓上，多个受电弓检测设备分别获取列车驶入至驶出检测区域过程中受电弓的多个远景、近景图像。受电弓检测设备中的补光灯在受电弓达到检测位置时照射受电弓，同时，第二图像传感器对被照射的受电弓进行拍摄，单个受电弓检测设备中补光灯的
补光区域即照射区域与第二图像传感器的拍摄区域重叠在受电弓上，以获取受电弓在特定位置时的清晰图像。受电弓到达受电弓检测设备的检测范围内时，多个受电弓检测设备依据受电弓位置和受电弓与受电弓检测设备之间的距离获取多个远景或近景图像，包括受电弓前后两侧的远景、近景图像。通过获取受电弓不同位置的图像能够获取受电弓各个位置的特征，并利用不同图像获取受电弓运行时各方位下的状态表现，实现了对受电弓的动态检测。
17.优选的，受电弓检测设备沿列车行进方向顺次分布，列车受电弓进入检测范围内时，多个受电弓检测设备依次获得受电弓靠近过程中的受电弓远景图像、近景图像以及远离过程中的近景图像、远景图像。所获得的图像应涵盖受电弓两条碳滑板的远景和近景，所述远景图片可用于受电弓中心线偏移、羊角检测、三维姿态等分析，近景图片可用于碳滑板磨耗、缺损等分析。结合所有图像并依据数字图像处理技术则可以实现对受电弓各参数以及姿态进行全方位的检测。优选的，多个受电弓检测设备之间的拍摄范围互不交叉，避免相互干扰。
18.优选的，受电弓检测设备中的第二图像传感器为高速ccd图像传感器，补光灯为高速闪光灯。
19.优选的，受电弓检测设备设置为四个，沿列车行进方向顺次排布，且受电弓检测设备中的补光灯和第二图像传感器在安装支架上设置于相对侧，分别设置于经过车体的左侧上方和右侧上方，每个受电弓划分为四个拍摄位置，沿列车行进方向排布的四个受电弓检测设备分别获取同一受电弓由远至近的第一远景图像、第一近景图像和由近至远的第二近景图像、第二远景图像，四幅图像涵盖了受电弓两条碳滑板的远景和近景，其中远景图片用于受电弓中心线偏移、羊角检测、三维姿态等分析，近景图片用于碳滑板磨耗、缺损等分析。结合四幅完整图像和数字图像处理技术，实现对受电弓各参数以及姿态进行全方位的检测。
20.优选的，所述下沉腔中还设有车号识别设备，所述后台监测系统包括车号识别主机、数据转发设备、车体扫描监测装置，所述车号识别主机与车号识别设备连接，所述数据转发设备分别与车号识别主机、车体扫描监测装置连接。为了适应于同一轨道上运行的不同车体，设置有车号识别主机，能够对经过车体进行车号识别，车号识别主机则依据车号获取经过车体的具体信息，通过数据转发设备转发信息至扫描监测装置，有助于为扫描监测装置选择对应的标准模型，进而基于建立的三维模型对经过车体的状态进行分析。
21.优选的，还包括多个摄像设备，所述摄像设备分布于轨道两侧、下沉腔、安装支架上，用于获取经过车体多个方位的图像；所述后台检测系统包括数据转发设备和与数据转发设备连接的视频服务器、车体扫描监测装置，所述车体扫描监测装置与扫描测距设备连接，所述视频服务器与摄像设备连接。由于依据扫描测距设备建立的图像属于机器视觉图像，且当本实用新型中还设有闸瓦检测等设备也只是用于后台监测系统的自动识别和分析，均为机器视觉图像，不利于人工观察。而通过在多个摄像设备则可以获取经过车体的360
°
各方位图像，实现监测过程中的可视化，有利于使用者进行人工查阅车体图片，进一步提高检测的准确性和全面性。优选的，所述摄像设备为高清图像传感器并具有补光拍摄部件和抓拍功能，所述补光拍摄部件为led补光灯。
22.优选的，所述扫描测距设备为激光雷达，所述安装支架包括分布于轨道左侧上方
和右侧上方的子支架，所述扫描测距设备分布于两个子支架上。通过将扫描测距设备设置于轨道左右侧上方，能够避免扫描盲区，实现对经过车体车顶的全面扫描。同理，其他设备也能分布于安装支架的左右侧上方支架上，从而在获取车体顶部多个方位的数据。
23.优选的，还包括车轮传感器，后台监测系统通过车轮传感器获取列车抵达检测位置的信号。设置车轮传感器，依据经过车轮反馈经过车体的行进位置，后台监测系统获取列车行进位置后，有助于控制与后台监测系统连接的装置在列车行进至特定位置处展开工作；基于列车行进位置能够对扫描测距设备获得的数据进行更准确的划分，有助于建立精确度更高的三维模型。同时，也可采用其他传感器对经过车体进行监测，并反馈列车区域划分及列车行进位置等信息至后台监测系统。
24.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：利用设置在各个方位的扫描测距设备获取车体各个方位下的三维点云数据，并基于三维点云数据建立经过列车整体的三维模型，通过与已有标准模型的比较实现精确和全面的车体检测。同时，扫描过程不需要列车静止接收扫描，而是对运行中的列车进行检测，检测过程简单方便。且由于后台监测系统并不是通过拍摄图像并依据特征点建立三维模型，而是依据扫描测距设备获得的三维点云数据进行三维模型建立，所以其具有准确度高的特征，甚至可精确到mm级别。结合各个方位下布置扫描测距设备，所以能够实现360
°
无死角而有精确的检测。此外，后台监测系统通过闸瓦检测设备、受电弓检测设备能对车体关键零部件进行进一步检测，通过设置多个闸瓦检测设备、受电弓检测设备，能够避免快速行进列车对检测系统造成的负担，而是通过多个设备检测不同位置下的零部件实现相对独立的检测，互不干扰，从而实现更为准确的检测结果。同时，与后台检测系统连接的车号识别设备有助于为车体的三维检测提供标准信息，扩大检测车体的范围，有助于实地应用。设置有视频服务器则是在原基础上增添了让使用者更为直观的监测方式，有助于基于清晰图像进一步确认检测结果。整体列车检测系统实现对行进列车全面而又精准的检测，实现了自动化、无人操作的检测过程，并为使用者提供人工监测方式，进一步确认检测结果。通过检测系统检测运行中的列车，确保列车运行过程中的安全性，使经过列车的运行得到安全保障。
附图说明
25.图1为设备分布示意图(一)。
26.图2为设备分布示意图(二)。
27.图3为受电弓设备工作示意图。
28.图4为闸瓦检测设备分布示意图。
29.图5为检测系统的结构示意图。
30.图6为实地布置检测系统的结构示意图。
具体实施方式
31.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
32.实施例
33.如图1所示，一种列车综合检测系统，在检测区域内设有轨道1，所述轨道上方设有安装支架2，下方设有下沉腔3，所述安装支架2、下沉腔3用于安装设备；安装支架2设置于轨道1上方，且安装支架的安装位置高于经过车体。还设有扫描测距设备4，所述扫描测距设备分布于轨道1两侧、下沉腔3、安装支架2上，分别扫描获取车体的侧面、车底、车顶的三维点云数据，本实施例中扫描测距设备4为高速高精度的激光雷达。
34.如图1所示，在轨道1两侧还设有闸瓦检测设备5；闸瓦检测设备5包括激光发射器和第一图像传感器，激光发射器发射激光至闸瓦或制动盘，第一图像传感器获取受激光照射的闸瓦或制动盘图像，本实施例中，闸瓦检测设备中的激光发射器为双线激光器，第一图像传感器为高速图像传感器。
35.如图1所示，在安装支架2上还设有受电弓检测设备6；受电弓检测设备包括补光灯61和第二图像传感器62，所述第二图像传感器62获取补光灯61照射下的受电弓图像，受电弓检测设备中的补光灯61为闪光灯，第二图像传感器62为高速图像传感器。
36.如图1所示，下沉腔中3还设有车号识别设备7，本实施例中车号识别设备为车号识别天线。
37.如图1所示，还设有多个摄像设备8，摄像设备8分布于轨道1两侧、下沉腔3、安装支架2上，用于获取经过车体多个方位的影像；
38.具体的，如图2所示，本实施例中安装支架包括设置于轨道左上方的子支架21和轨道右上方子支架22，两个子支架上均设有扫描测距设备4和摄像设备8。
39.具体的，如图3所示，受电弓检测设备6也分布于包括两个子支架21、22的安装支架上，多个受电弓检测设备沿列车行进方向顺次排布，本实施例中为四个受电弓检测设备，其补光灯61和第二图像传感器62分别设置于子支架22和子支架21上，每个受电弓检测设备6中的补光灯61照射范围与第二图像传感器62拍摄范围交叠在特定位置受电弓上，且每个受电弓检测设备6设置不同角度。拍摄范围相互错开。本实施例中顺次排列的cam1-s1、cam2-s2、cam3-s3、cam4-s4受电弓检测设备分别获取同一受电弓在拍摄位置1、拍摄位置2、拍摄位置3、拍摄位置4的图像，分别获取受电弓由远至今过程中的第一远景、第一近景图像以及由近至远过程中的第二近景、第二远景。
40.具体的，多个闸瓦检测设备5设置于轨道两侧，如图4所示，本实施例中设置有八个闸瓦检测设备5，且对称分布于轨道两侧，其中右侧的四个闸瓦检测设备5分别对经过列车的前后转动架上右侧的闸瓦、制动盘进行检测，左侧四个闸瓦检测设备5则是检测列车前后转动架左侧的闸瓦、制动盘。
41.具体的，上述所有设备均与后台监测系统连接，后台监测系统连接有远程客户端，如图5所示，后台监测系统包括连接并控制扫描测距设备的车体扫描监测装置、连接并控制闸瓦检测设备的闸瓦动态检测装置、连接并控制受电弓检测设备的受电弓动态检测装置、连接并控制摄像设备的视频服务器、连接并控制车号识别设备的车号识别主机；后台监测系统还连接有触发后台监测系统的传感器，本实施例中为车轮传感器，用于获取列车行进位置。所述车体扫描监测装置获取扫描测距结果并基于返回的数据建立标准的三维模型，并依据标准三维模型识别异常区域。所述闸瓦动态检测装置获取闸瓦检测设备的图像，并依据图像信息分析闸瓦、制动盘厚度。所述受电弓动态检测装置依据受电弓检测设备图像利用图像分析技术分析出受电弓状态。所述视频服务器接收摄像设备返回的图像信息，并
进行展示和存储。所述车号识别主机依据服务器或主机已存的列车信息识别车号对应的列车类型、型号等信息。数据转发设备负责将数据在多个装置之间进行交换，并汇集所有装置的数据及结果至远程客户端，远程客户端同样可通过指令等数据控制后台监测系统以及与后台监测系统连接的多个设备；本实施例中的数据转发设备为网络交换机。本实施例中的车体扫描监测装置、闸瓦动态检测装置、受电弓动态检测装置为计算机，车号识别设备为车号识别天线，车号识别主机获取车体信息后可通过数据转发设备发送至车体扫描监测装置，有助于快速找到对应的列车标准三维模型。
42.具体的，后台监测系统的连接方式不只一种，可结合不同设备改变连接方式，如图6所示，应用于实地场景的整体系统示意图，其中部分设备未示出；车号识别主机还连接有数据分析服务器，其通过服务获取车体信息，再通过数据分析服务器转发数据至车体扫描监测装置，以便进行三维模型的比较。
43.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。