一种单轨列车接触轨在线检测系统及方法

本发明属于接触轨检测，具体设计一种单轨列车接触轨在线检测系统及方法。

背景技术：

1、我国轻轨建设刚刚起步，众多配套设备尚未形成功能标准化、系列化，缺乏相关设备的技术资料，已建或正在建的轻轨交通又是多样化的，如上海、武汉的轻轨采用的是高架式铁轨，重庆采用的是跨座式单轨胶轮。轻轨交通发达的地区，这些配套设备也因其批量小、品种多、用户要求以及具体地理条件的不同，市场上的现成设备几乎没有。因此，借鉴国内外已有的相似设备的设计制造经验，自行设计符合自己要求和特点的轻轨配套设备是比较经济有效的方法。

2、轻轨交通在国外已经经历了很长一段时间的发展，跨座式单轨交通系统也已运营多年，相关设备的设计和制造技术已经比较成熟。目前，在日本跨座式单轨交通系统非常普遍，相关配套设备的研制技术也非常成熟。日本东京线、大阪线、小仓线、冲绳线采用的都是跨座式单轨制式，其接触轨检测系统主要组成部分也基本相同。由于现有跨座式单轨车接触轨检测系统各有优缺点，同时存在一些问题没有攻克，例如：设备利用率不高、工作效率低、检测过程繁琐、检测精度低等难题，其它国家此类设备投入使用的也比较多，但是也或多或少存在上述的共性问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的单轨列车接触轨在线检测系统及方法适用于跨坐式单轨车辆的专用检测维护设备，实现了接触轨状态的在线检测，避免由于列车类型不同造成的设备利用率不高、工作效率低、检测过程繁琐、检测精度低等问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种单轨列车接触轨在线检测系统，包括设置于工程车上的相互连接的车底检测设备和信息处理设备；

3、所述车底检测设备包括接触轨测量模块和受电靴检测模块；其中，所述接触轨测量模块用于测量接触轨的几何参数和采集轨靴状态图像，所述受电靴检测模块用于检测接触轨的硬点和轨靴的接触压力；

4、所述信息处理设备包括信息处理模块和定位模块；其中，所述信息处理模块用于处理车底检测设备传输的数据，获得接触轨在线检测结果，所述定位模块用于定位工程车所属位置。

5、进一步地，所述接触轨测量模块包括安装于工程车端部的两个工业相机及2d激光传感器；

6、所述受电靴检测模块包括安装于工程车受电靴上的加速度传感器和压力传感器；其中，加速度传感器用于检测硬点，压力传感器用于检测接触压力。

7、进一步地，所述信息处理模块为集成工业级嵌入式计算机的工控机；

8、所述定位模块包括安装于工程车上的速度传感器和电子标签，所述速度传感器和电子标签均与所述工控机连接。

9、一种单轨列车接触轨在线检测方法，包括以下步骤：

10、s1、将工程车配置于待检测接触轨上方移动；

11、s2、在工程车移动过程中，通过车底检测设备实时采集待检测接触轨的测量数据；

12、s3、通过信息处理设备对测量数据进行分析处理，获得检测数据；

13、s4、在工程车移动过程中，基于定位模块获取的位置信息，对工程车进行位置标定，并结合检测数据得到接触轨在线检测结果。

14、进一步地，所述步骤s2中，所述测量数据包括接触轨的几何参数、轨靴状态图像、接触轨硬点检测数据以及轨靴接触压力数据。

15、进一步地，所述步骤s2中，采集接触轨的几何参数的方法具体为：

16、通过配置在工程车端部的工业相机拍摄接触轨图像，通过2d激光传感器对接触轨进行尺寸扫描，将接触轨图像和尺寸扫描数据作为接触轨的几何参数；

17、采集轨靴状态图像的方法具体为：

18、采用红外一字线结构激光器作为工业相机的补充光源，通过工业相机拍摄受电靴和接触轨相互作用的接触面图像，作为轨靴状态图像；

19、采集接触轨硬点检测数据的方法具体为：

20、通过安装于受电靴上的加速度传感器采集接触轨硬点检测数据；

21、采集轨靴接触压力数据的方法具体为：

22、通过安装于受电靴上的压力传感器采集轨靴的接触压力数据。

23、进一步地，所述步骤s3中，检测数据包括接触轨不平顺测量数据、接触轨表面磨耗状态数据、接触轨硬点检测结果以及轨靴接触压力检测结果。

24、进一步地，所述步骤s3中，确定接触轨不平顺测量数据的方法具体为：

25、对采集的接触轨图像依次进行预处理、图像识别，结合尺寸扫描数据分析接触轨图像特征点，得到接触轨不平顺测量数据，包括接触轨中轴线距离走行面中心的水平距离，以及接触轨受流面与走行面的垂直距离；

26、确定接触轨表面磨耗状态数据的方法具体为：

27、对采集的接触轨状态图像进行外形检测，并对接触轨状态图像中由补充光源形成的弯曲激光线进行处理，进而计算出接触轨表面磨耗状态数据；

28、确定接触轨硬点检测结果的方法具体为：

29、对加速度传感器采集的接触轨硬点检测数据进行异点剔除及抗混叠滤波处理，计算最大值、有效值，结合接触轨图像信息，得到接触轨的硬点检测结果；

30、其中，进行异点剔除的计算公式为：

31、

32、式中，σ为信号判别阈值，当检测数据超过3σ时，将其检测数据作为异点剔除，xi为第i个检测数据，n为检测数据总数；

33、有效值xrms的计算公式为：

34、

35、最大值xp为：xp＝max(xi)；

36、确定轨靴接触压力检测结果的方法为：

37、对采集的轨靴接触压力数据进行异点剔除及抗混叠滤波处理，根据压力传感器的灵敏度系数，计算轨靴动态接触压力，结合接触轨图像信息，得到轨靴接触压力检测结果；

38、其中，轨靴动态接触压力f为：

39、f＝v/ks

40、式中，v为ad输出电压值，ks为灵敏度系数。

41、进一步地，所述步骤s4中，对工程车位置进行标定的方法具体为：

42、对速度传感器采集的速度数据进行异点剔除及抗混叠滤波处理，在两个电子标签之间的速度的进行积分得到位移，结合电子标签的位置信息剔除积分得到位移中的累积误差，计算出工程车的位置坐标。

43、本发明的有益效果为：

44、(1)本发明所设计的单轨列车接触轨在线检测系统能够满足跨座式单轨车接触轨和受电靴的维护和检修需要，极大地提高了轻轨列车行驶的安全性；

45、(2)随着轻轨的普及，本发明检测系统的应用会越来越广泛，具有深远的现实意义。

技术特征：

1.一种单轨列车接触轨在线检测系统，其特征在于，包括设置于工程车上的相互连接的车底检测设备和信息处理设备；

2.根据权利要求1所述的单轨列车接触轨在线检测系统，其特征在于，所述接触轨测量模块包括安装于工程车端部的两个工业相机及2d激光传感器；

3.根据权利要求1所述的单轨列车接触轨在线检测系统，其特征在于，所述信息处理模块为集成工业级嵌入式计算机的工控机；

4.一种基于权利要求1～3任一权利要求所述的单轨列车接触轨在线检测系统的单轨列车接触轨在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的单轨列车接触轨在线检测方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述测量数据包括接触轨的几何参数、轨靴状态图像、接触轨硬点检测数据以及轨靴接触压力数据。

6.根据权利要求5所述的单轨列车接触轨在线检测方法，其特征在于，所述步骤s2中，采集接触轨的几何参数的方法具体为：

7.根据权利要求6所述的单轨列车接触轨在线检测方法，其特征在于，所述步骤s3中，检测数据包括接触轨不平顺测量数据、接触轨表面磨耗状态数据、接触轨硬点检测结果以及轨靴接触压力检测结果。

8.根据权利要求7所述的单轨列车接触轨在线检测方法，其特征在于，所述步骤s3中，确定接触轨不平顺测量数据的方法具体为：

9.根据权利要求4所述的单轨列车接触轨在线检测方法，其特征在于，所述步骤s4中，对工程车位置进行标定的方法具体为：

技术总结
本发明公开了一种单轨列车接触轨在线检测系统及方法，属于接触轨检测技术领域，系统包括相互连接的车底检测设备和信息处理设备；车底检测设备包括接触轨测量模块和受电靴检测模块；信息处理设备包括信息处理模块和定位模块。本发明所设计的单轨列车接触轨在线检测系统能够满足跨座式单轨车接触轨和受电靴的维护和检修需要，极大地提高了轻轨列车行驶的安全性；随着轻轨的普及，该检测装置的应用也会越来越广泛，因此该设计具有深远的现实意义。

技术研发人员：宁静,张兵,王子轩,文思宇,洪梓轩,陈春俊
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15