一种钢轨磨耗测量方法及装置

本发明涉及钢轨养护，尤其涉及一种钢轨磨耗测量方法及装置。

背景技术：

1、铁路钢轨磨耗值是衡量钢轨磨耗情况的重要指标，它影响钢轨与车轮的匹配程度，是钢轨进行打磨维护保养必须已知的技术指标。激光三角测量法是测量钢轨磨耗值的常用方法，通过该方法首先获得钢轨廓形，其后将实测廓形与标准钢轨廓形对比计算得到磨耗值。

2、受到光学方法本身的精度和硬件系统测量精度的限制，以及图像处理时使用实测廓形与标准廓形的局部对齐方法，并采用直接计算值作为最终磨耗值，而且工程实际中往往通过单次测量获得磨耗值，使得钢轨磨耗值的现有激光三角测量法的测量精度不高。因此，需要一种提高钢轨磨耗测量精度的方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种钢轨磨耗测量方法及装置，以提高钢轨磨耗测量精度。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一方面，提供了一种钢轨磨耗测量方法，包括以下步骤：

4、s1：使用至少两套激光源同时向钢轨表面投射激光线，要求投射的两激光线位于同一平面内，并覆盖除轨底外的所有截面部分；

5、s2：使用至少两套黑白相机拍摄激光线，并保存为原始图像；

6、s3：对原始图像进行二值化处理；

7、s4：对二值化处理后的图像进行廓形曲线细化处理；

8、s5：对廓形曲线细化后的图像进行廓形曲线提取，包括滤波、图像分隔、边缘检测和中心线提取；

9、s6：根据系统标定结果，对提取后的廓形曲线进行校正；

10、s7：对两相机得到的分别经s3-s6步骤处理后的图像进行拼接；

11、s8：对拼接后的图像，应用迭代最近点方法与标准廓形曲线进行配准；

12、s9：根据配准结果，分别使用组合测量法求取水平磨耗值和垂直磨耗值。

13、优选地，步骤s8中，所述的迭代最近点方法，即icp方法包括：

14、对于组成拼接图像中的每个点，在组成标准廓形曲线上的点中寻找对应的最近点，搜索过程迭代进行，每一步迭代相当于进行如下运算：

15、

16、其中为两对应点间在某一位姿时的最近距离；为拼接图像点集，i为拼接图像点集中的点；为标准廓形曲线点集，j为标准廓形曲线点集中的点；为第次迭代时位姿的刚性变换矩阵；的初始值由非最大抑制算法获得初始位姿后计算得到，其它迭代步使用的变换矩阵则由对应点之间距离平方和为最小时的变换矩阵得到，即使得如下运算结果最小的变换矩阵，

17、

18、其中为上一迭代步得到的最近点，当迭代达到最大迭代次数后停止。

19、优选地，步骤s9中，求取水平磨耗值的方法包括：

20、s91：求取标准廓形曲线的轨顶切线；

21、s92：将轨顶切线自轨顶竖直向下平移距离h，h的取值根据不同的钢轨型式确定，与实测廓形曲线交于点o；

22、s93：在水平方向上，点o将轨头分为两部分，分别求取各部分的测量值和，以及整个轨头宽，得到矩阵：

23、

24、s94：进行如下运算：

25、

26、其中：

27、

28、得到水平磨耗的最小二乘估计值；

29、s95：的标准差估算值为：

30、其中，和是矩阵中的元素，由的表达式求得。

31、优选地，步骤s9中，求取垂直磨耗值的方法包括：

32、s101：求取标准廓形曲线的轨底垂线；

33、s102：将轨底垂线平移至轨头宽1/3处，与实测廓形曲线交于点p；

34、s103：在竖直方向上，点p将整个轨高分为两部分，分别求取各部分的测量值和，以及整个轨头宽，得到矩阵：

35、

36、s104：进行如下运算：

37、

38、其中：

39、

40、得到垂直磨耗的最小二乘估计值；

41、s105：的标准差估算值为：

42、

43、其中，和是矩阵中的元素，由的表达式求得。

44、另一方面，提供了一种钢轨磨耗测量装置，包括：

45、投射模块，用于使用至少两套激光源同时向钢轨表面投射激光线，要求投射的两激光线位于同一平面内，并覆盖除轨底外的所有截面部分；

46、拍摄模块，用于使用至少两套黑白相机拍摄激光线，并保存为原始图像；

47、二值化模块，用于对原始图像进行二值化处理；

48、细化模块，用于对二值化处理后的图像进行廓形曲线细化处理；

49、提取模块，用于对廓形曲线细化后的图像进行廓形曲线提取，包括滤波、图像分隔、边缘检测和中心线提取；

50、校正模块，用于根据系统标定结果，对提取后的廓形曲线进行校正；

51、拼接模块，用于对两相机得到的分别经二值化模块、细化模块，提取模块、校正模块处理后的图像进行拼接；

52、配准模块，用于对拼接后的图像，应用迭代最近点方法与标准廓形曲线进行配准；

53、测量模块，用于根据配准结果，分别使用组合测量法求取水平磨耗值和垂直磨耗值。

54、另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述钢轨磨耗测量方法。

55、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述钢轨磨耗测量方法。

56、与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

57、本发明提供的钢轨磨耗测量方法及装置，通过在将测量廓形曲线与标准廓形曲线配准时使用icp算法，并采用组合测量法求取钢轨的水平磨耗值和垂直磨耗值，能够获得较高的磨耗测量精度。

技术特征：

1.一种钢轨磨耗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的钢轨磨耗测量方法，其特征在于，步骤s8中，所述的迭代最近点方法，即icp方法包括：

3.根据权利要求1所述的钢轨磨耗测量方法，其特征在于，步骤s9中，求取水平磨耗值的方法包括：

4.根据权利要求1所述的钢轨磨耗测量方法，其特征在于，步骤s9中，求取垂直磨耗值的方法包括：

5.一种钢轨磨耗测量装置，其特征在于，包括：

6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1-4任一项所述的钢轨磨耗测量方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1-4中任一项所述的钢轨磨耗测量方法。

技术总结
本发明提供一种钢轨磨耗测量方法及装置，属于钢轨养护技术领域。所述方法包括：使用至少两套激光源同时向钢轨表面投射激光线，投射的两激光线位于同一平面内，并覆盖除轨底外的所有截面部分；使用至少两套黑白相机拍摄激光线，并保存为原始图像；对原始图像进行二值化处理；对二值化处理后的图像进行廓形曲线细化处理；对细化后的图像进行廓形曲线提取；根据系统标定结果，对提取后的廓形曲线进行校正；对两相机得到的分别经上述步骤处理后的图像进行拼接；对拼接后的图像，应用迭代最近点方法与标准廓形曲线进行配准；根据配准结果，分别使用组合测量法求取水平磨耗值和垂直磨耗值。本发明能够提高钢轨磨耗测量精度。

技术研发人员：杨文明,金悦
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15