一种车辆轮对运行姿态的监测方法、装置及系统与流程

本发明实施例涉及轨道交通车辆轮对监测技术领域，特别是涉及一种车辆轮对运行姿态的监测方法、装置及系统。

背景技术：

随着铁路车辆技术朝着高速、大载重方向发展，对车辆轮对运行的监测要求也越来越高。轮对为机车车辆与钢轨相接触的部分，由左右两个车轮牢固地压装在同一根车轴上所组成，是轨道交通车辆走行系统的重要部件。轮对的作用是保证机车车辆在钢轨上的运行和转向，承受着来自机车车辆的全部静、动载荷，并把它传递给钢轨，此外还将因线路不平顺，而产生的载荷传递给机车车辆的各零部件，其质量的好坏直接决定了车辆运行的安全和品质，为影响列车安全运行的关键因素。

车辆走行系统在装车前及整车均需在生产企业进行一系列试验验证，一般将走行系统或整车落置在陪试功率台架上进行实验验证。车辆轮对与台架轮对相对旋转运动，模拟无限长轨道以用于车辆轮对运行。

陪试功率台架每个轮对前后均配置有监控摄像头用于拍摄轮对接触面相对运行状态，试验人员通过人工监控视频或者人工现场巡视观察轮对相对旋转运行状态，如发现车辆轮对擦轮、跳动等异常运转，立即人工通报陪试功率台架操作人员并立即停车。人工检测车辆轮对的相对旋转运行姿态，不仅工作效率低，而且人工检测失误的不确定性，导致监测的准确度较低。

鉴于此，如何取代现有的人工监测车辆轮对与台架轮对的相对旋转运行姿态，以提高车辆轮对运行姿态的监测精度和效率，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种车辆轮对运行姿态的监测方法、装置及系统，代替了现有的人工监测车辆轮对与台架轮对的相对旋转运行姿态，提高了车辆轮对运行姿态的监测精度和效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种车辆轮对运行姿态的监测方法，包括：

获取摄像头实时采集的车辆待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像，在所述接触面图像上选取轮缘摩擦检测区域和轮对跳动检测区域，并生成轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像；

分别对所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像进行图像处理，以提取各自的透光目标块，计算得到所述轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积和所述轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积；

根据所述第一像素面积、所述轮缘摩擦检测区域面积与预设第一评判阈值的数值比较关系，得到所述待测轮对的轮缘摩擦状态；根据所述第二像素面积、所述轮对跳动检测区域面积与预设第二评判阈值的数值比较关系，得到所述待测轮对的轮对跳动状态；

根据所述轮缘摩擦状态与所述轮对跳动状态，得到所述待测轮对的相对旋转运行姿态；

其中，所述轮缘摩擦检测区域和所述轮对跳动检测区域不重合；所述摄像头与光源发射器一一对应，分别相对设置在所述待测轮对中每个轮子的径向两侧，且所述光源发射器正对所述摄像头，所述摄像头正对上下轮对的接触点，所述摄像头的焦点、所述光源发射器的焦点与所述接触点位于同一条平行直线上。

可选的，所述根据所述第一像素面积、所述轮缘摩擦检测区域面积与预设第一评判阈值的数值比较关系，得到所述待测轮对的轮缘摩擦状态包块：

计算所述第一像素面积与所述轮缘摩擦检测区域面积的第一比值；

判断所述第一比值是否为0；

若是，则所述待测轮对的轮缘摩擦状态为异常；若否，则判断所述第一比值是否等于所述第一评判阈值；

若是，则所述待测轮对的轮缘摩擦状态为正常；若否，则所述待测轮对的轮缘摩擦状态为次正常。

可选的，所述根据所述第二像素面积、所述轮对跳动检测区域面积与预设第二评判阈值的数值比较关系，得到所述待测轮对的轮对跳动状态包括：

计算所述第二像素面积与所述轮对跳动检测区域面积的第二比值；

判断所述第二比值是否为0；

若是，则所述待测轮对的轮对跳动状态为正常；若否，则判断所述第二比值是否大于等于所述第二评判阈值；

若是，则所述待测轮对的轮对跳动状态为异常；若否，则所述待测轮对的轮对跳动状态为次正常。

可选的，还包括：

当所述待测轮对的轮缘摩擦状态或所述轮对跳动状态不为正常，对所述待测轮对运行姿态进行故障分级预警。

可选的，所述分别对所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像进行图像处理包括：

分别对所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像依次进行图像去噪处理、图像分割、形态学图像处理及连通体分析。

可选的，所述分别对所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像依次进行图像去噪处理、图像分割、形态学图像处理及连通体分析包括：

对所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像进行高斯平滑处理，以去除所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像点成像过程中的噪声点；

根据预设的第一分割阈值、第二分割阈值，对平滑处理后的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行二值化操作，以将所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像各自的透光区域和不透光区域进行分割；

对二值化处理的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行腐蚀操作和膨胀操作，以得到所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像各自的透光区域和不透光区域；

对经过腐蚀操作和膨胀操作的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行连通体分析，以得到所述轮缘摩擦检测子图像透光目标块和所述轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小。

可选的，所述计算得到所述轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积和所述轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积包括：

计算所述轮缘摩擦检测子图像透光目标块和所述轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小；

根据所述轮缘摩擦检测子图像透光目标块和所述轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小，计算所述轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积；

根据所述轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小，计算所述轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积。

本发明实施例另一方面提供了一种车辆轮对运行姿态的监测装置，包括：

子图像生成模块，用于获取摄像头实时采集的车辆待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像，在所述接触面图像上选取轮缘摩擦检测区域和轮对跳动检测区域，并生成轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像；

图像处理模块，用于分别对所述轮缘摩擦检测子图像和所述轮对跳动检测子图像进行图像处理，以提取各自的透光目标块，计算得到所述轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积和所述轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积；

状态分析模块，用于根据所述第一像素面积、所述轮缘摩擦检测区域面积与预设第一阈值的数值比较关系，得到所述待测轮对的轮缘摩擦状态；根据所述第二像素面积、所述轮对跳动检测区域面积与预设第二阈值的数值比较关系，得到所述待测轮对的轮对跳动状态；

轮对运行姿态判断模块，用于根据所述轮缘摩擦状态与所述轮对跳动状态，判断所述待测轮对的相对旋转运行姿态。

本发明实施例最后还提供了一种车辆轮对运行姿态的监测系统，包括：

多个光源发射器、多个摄像头及处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述车辆轮对运行姿态方法的步骤；

摄像头的个数为待测轮对个数的两倍，光源发射器的个数为待测轮对个数的两倍，摄像头与光源发射器一一对应；

摄像头与光源发射器分别相对设置在待测轮对中每个轮子的径向两侧，且光源发射器正对摄像头，摄像头正对上下轮对的接触点，摄像头的焦点、光源发射器的焦点与上下轮对接触点位于同一平行直线上；

各摄像头均与所述处理器相连，所述处理器设置在陪试功率台架上。

可选的，所述光源发射器为红外光源发射器，与所述光源发射器相对应的摄像头为红外摄像头。

本发明实施例提供了一种车辆轮对运行姿态的监测方法，获取摄像头实时采集的待测轮对与相应台架轮对的接触面图像，并在接触面图像上选取检测区域，以生成轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像；分别对轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行图像处理操作，以提取各自的透光目标块，计算得到轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积和轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积；根据第一像素面积、轮缘摩擦检测区域面积与预设第一阈值的数值比较关系，得到待测轮对的轮缘摩擦状态；根据第二像素面积、轮对跳动检测区域面积与预设第二阈值的数值比较关系，得到待测轮对的轮对跳动状态；根据轮缘摩擦状态与轮对跳动状态，得到待测轮对的相对旋转运行姿态。

本申请提供的技术方案的优点在于，基于摄像头成像视觉检测技术，利用设置在待测轮对上的摄像头实时捕捉待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像，通过分析接触面图像检测区域的透光目标块面积、相应检测区域面积与预设阈值的大小比较关系，得到待测轮对与相应台架轮对的相对旋转运动姿态，从而判断待测轮对运行姿态是否发生异常，实现了全自动车辆轮对运行姿态监测，解决了人工检测车辆轮对行姿态工作效率低，且人工检测失误的不确定性，导致准确度较低的问题，提高了车辆轮对运行姿态的监测精度和效率，有利于保证车辆运行的安全性与稳定性。

此外，本发明实施例还针对车辆轮对运行姿态的监测方法提供了相应的实现装置及系统，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置及系统具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种车辆轮对运行姿态的监测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一个示意性例子的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的车辆待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像的示意图；

图4为本发明实施例提供的轮缘摩擦检测区域和轮对跳动检测区域选取示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种车辆轮对运行姿态的监测方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的车辆轮对运行姿态的监测装置的一种具体实施方式结构图；

图7为本发明实施例提供的车辆轮对运行姿态的监测装置的另一种具体实施方式结构图；

图8为本发明实施例提供的车辆轮对运行姿态的监测装置的一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种车辆轮对运行姿态的监测方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：

s101：获取摄像头实时采集的车辆待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像，在接触面图像上选取轮缘摩擦检测区域和轮对跳动检测区域，并生成轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像。

车辆待测轮对通过放置在陪试功率台架上进行出厂前的试验验证轮对的质量，一个轮对有两个轮子，待测轮对与台架轮对一一对应，将待测轮对落置在台架轮对上，车辆轮对与台架轮对相互接触，上边为车辆待测轮对的轮子，下边为相对应的台架轮对的轮子。在一种具体的实施方式下，请参阅图2，为车辆轮对和台架轮对的监测系统硬件布局结构示意图，上下两个轮子(一个车辆的轮子、一个台架的轮子)共用一个摄像头和一个光源发射器，一个轮对包含两个轮子，对应两个摄像头和两个光源发射器。摄像头与光源发射器一一对应，分别相对设置在待测轮对中每个轮子的径向两侧，且光源发射器正对摄像头，摄像头正对上下轮对的接触点，摄像头的焦点、光源发射器的焦点与接触点位于同一条平行直线上，也就是说，红外光源、红外摄像机和轨道接触面必须在一个平面上。

本申请通过监控车辆轮对与台架轮对的相对旋转运行姿态，来判断车辆轮对的运转是否出现擦轮、跳动等异常运转情况。可通过监控待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像来分析，由于轮对一致高速运转，异常时刻可能很短。统计结果显示，图像处理速度必须大于40帧/秒，故需要实时获取接触面的图像，车辆轮对与台架轮对轨面接触示意图可参阅图3所示。

轮缘摩擦检测区域和轮对跳动检测区域不重合，在设置轮缘摩擦检测区域和轮对跳动检测区域的宽高比时，多次试验证明，优选的，轮缘摩擦检测区域的宽高比的可设置为1：2，透光部分位于区域正中央；轮对跳动检测区域的宽高比可设置为2：1，两轮接触面的中心点为区域中心。当然，也可设置为其他比例，这均不影响本申请的实现。

一般轮对的异常表现为擦轮或轮对的跳动，而检验轮对是否发生擦轮现象，可通过选取接触面图像的轮缘摩擦检测区域进行判断，轮缘摩擦检测区域为接触面图像中上下轮左右间隙的区域，而检测轮对是否发生跳动，可通过选取触面图像的轮对跳动检测区域进行判断，上下轮接触面中心区域设置为轮对跳动检测区域，可参阅图2和图4所示。

正常运转情况下，待测轮对的上轮和相应台架的下轮的轮缘之间会有一个间隔，从成像的角度可以看到轮缘摩擦检测区域中会有光线透过来；如果轮缘摩擦检测区域没有光线透过来，那说明有异常，上、下轮轮缘碰到了一起，会造成轮缘擦伤，从而引起异常。

正常情况下，待测轮对的上轮和相应台架的下轮在垂直方向会紧密靠在一起，从成像的角度可以看到轮对跳动检测区域中没有任何光线透过来；如果轮对跳动检测区域有光线透过来，那说明上轮存在上下跳动的情况，会造成上下轮对踏面擦伤，从而引起异常。

将从接触面图像上选取的轮缘摩擦检测区域，提取出来用于生成轮缘摩擦检测子图像；将从接触面图像上选取的轮对跳动检测区域，提取出来用于轮对跳动检测子图像。

s102：分别对轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行图像处理，以提取各自的透光目标块，计算得到轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积和轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积。

对轮缘摩擦检测子图像依次进行图像去噪处理、图像分割、形态学图像处理及连通体分析，得到轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积；对轮对跳动检测子图像依次进行图像去噪处理、图像分割、形态学图像处理及连通体分析，计算得到轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积的具体过程可为如下所示，这两个过程可同时进行，例如采用多线程进行同时对轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行一系列图像处理，还可逐一对其进行，先后顺序本申请对此不做限定。

1、对轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行高斯平滑处理，以去除轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像点成像过程中的噪声点。

可对轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像分别进行高斯平滑，过滤点成像过程中的噪点：

式中，x，y表示当前点到对应点的距离。

具体可采用5*5的高斯核。

2、根据预设的第一分割阈值、第二分割阈值，对平滑处理后的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行二值化操作，以将轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像各自的透光区域和不透光区域进行分割。

第一分割阈值、第二分割阈值为根据大量实验统计分析得到的阈值，优选的，在一种较佳的实验中，轮缘摩擦检测子图像对应的第一分割阈值可设置为150；轮对跳动检测子图像对应的第二分割阈值可设为100。当然，也可为其他值，本申请对此不做任何限定。

3、对二值化处理的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行腐蚀操作和膨胀操作，以得到轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像各自的透光区域和不透光区域。

轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像经过二值化操作，在透光和不透光的中间区域会形成一些零散分割的小目标，如小点，细边缘线等，需要过滤过这些小目标，才能得出透光和不透光的目标区域。

对二值化后的图像，可首先进行腐蚀操作，例如采用7*7的腐蚀核，去掉零散小目标，然后进行膨胀操作，可采用7*7的膨胀核，保证透光和不透光目标区域的大小。

4、对经过腐蚀操作和膨胀操作的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行连通体分析，以得到轮缘摩擦检测子图像透光目标块和轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小。

连通区域分析，为一种图像标注算法，通过图像扫描标注出亮点并组成亮点连通区域即构成透光区域。在整体图像中就可以标注图像中亮点的位置，最终统计出亮块的点个数以及中心点、质点等特征。

在计算轮缘摩擦检测子图像透光目标块和轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小之后，可根据轮缘摩擦检测子图像透光目标块和轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小，计算轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积；可根据轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小，计算轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积。

s103：根据第一像素面积、轮缘摩擦检测区域面积与预设第一评判阈值的数值比较关系，得到待测轮对的轮缘摩擦状态；根据第二像素面积、轮对跳动检测区域面积与预设第二评判阈值的数值比较关系，得到待测轮对的轮对跳动状态。

待测轮对的轮缘摩擦状态的分析过程可为：

计算第一像素面积与轮缘摩擦检测区域面积的第一比值；

判断第一比值是否为0；

若是，则待测轮对的轮缘摩擦状态为异常；若否，则判断第一比值是否等于第一评判阈值；

若是，则待测轮对的轮缘摩擦状态为正常；若否，则待测轮对的轮缘摩擦状态为次正常。

举例来说，预先设置第一评判阈值(百分比)t1，例如可为20％，将第一像素面积与轮缘摩擦检测区域面积的百分比(第一比值)设为r1，与t1比较。如果没有找到透光区域，即r1＝0，表示上轮的凸起部分已经与下轮接触，轨道轮异常；如果0<r1<t1，表示上轮的凸起部分与下轮的间隙较小，可能会引起异常，即为次正常；如果r1＝t1，表示上、下轮轮缘的间隙适中，轨道轮正常运行；如果r1＞t1，表示上、下轮轮缘的间隙较大，轨道轮次正常运行。

轮对跳动状态的分析过程可为：

计算第二像素面积与轮对跳动检测区域面积的第二比值；

判断第二比值是否为0；

若是，则待测轮对的轮对跳动状态为正常；若否，则判断第二比值是否大于等于第二评判阈值；

若是，则待测轮对的轮对跳动状态为异常；若否，则待测轮对的轮对跳动状态为次正常。

举例来说，预先设置第二评判阈值(百分比)t2，例如可为2％，将第二像素面积与轮对跳动检测区域面积的百分比(第二比值)设为r2，与t2比较。如果没有找到透光区域，即r2＝0，表示上轮和下轮紧密接触，轨道轮正常运行；如果0<r2<t2，表示上轮和下轮接触面存在着较小间隙，上轮轻微跳起，可能会引起异常，即为次正常；如果r2>＝t2，表示上轮和下轮接触面存在着较大间隙，已经发生上轮明显跳起现象，出现异常。

需要说明的是，第一评判阈值与第二评判阈值为根据大量实验统计分析得到的阈值，本申请技术人员可根据实际情况进行选取。

s104：根据轮缘摩擦状态与轮对跳动状态，得到待测轮对的相对旋转运行姿态。

在本发明实施例提供的技术方案中，基于摄像头成像视觉检测技术，利用设置在待测轮对上的摄像头实时捕捉待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像，通过分析接触面图像检测区域的透光目标块面积、相应检测区域面积与预设阈值的大小比较关系，得到待测轮对与相应台架轮对的相对旋转运动姿态，从而判断待测轮对运行姿态是否发生异常，实现了全自动车辆轮对运行姿态监测，解决了人工检测车辆轮对行姿态工作效率低，且人工检测失误的不确定性，导致准确度较低的问题，提高了车辆轮对运行姿态的监测精度和效率，有利于保证车辆运行的安全性与稳定性。

基于上述实施例，请参阅图5，本申请可还包括：

s105：当待测轮对的轮缘摩擦状态或轮对跳动状态不为正常，对待测轮对运行姿态进行故障分级预警

轮缘摩擦状态可为正常、次正常、异常，异常也可分为一般磨损异常、严重磨损异常，轮对跳动状态同样可为正常、次正常、异常，异常也可分为一般异常、严重异常。

轮缘摩擦状态和轮对跳动状态至少有一个的状态不为正常状态时，进行报警。考虑到次正常的状态下，只是表示待测轮对可能会发生异常，实际还未发生异常，可以进行一级报警，以使工作人员对该待测轮对进行重点监控，及时发现轮对的异常。

当轮缘摩擦状态和轮对跳动状态为异常时，可根据异常的严重程度进行不同级别的预警，例如一般异常可为二级报警，中度异常可为三级报警，严重异常可为四级报警，不同级别的报警可通过设置不同的报警音量进行区别，或者可通过不同的声音进行区别，本领域技术人员可根据具体的实际情况进行选取，本申请对此不做任何限定。

此外，在进行预警的同时还可通过设置的指示灯的颜色、或亮度，进行不同程度(不同级别)的报警。

通过进行分级预警，有利于及时提示用户发生异常或者即将发生异常的待测轮对，及时根据不同级别的预警采取不同的措施，例如替换轮对，有利于提高车辆轮对运行姿态的监测精度和效率，从而有利于保证车辆运行的安全性与稳定性。

本发明实施例还针对车辆轮对运行姿态的监测方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的车辆轮对运行姿态的监测装置进行介绍，下文描述的车辆轮对运行姿态的监测装置与上文描述的车辆轮对运行姿态的监测方法可相互对应参照。

参见图6，图6为本发明实施例提供的车辆轮对运行姿态的监测装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：

子图像生成模块601，用于获取摄像头实时采集的车辆待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像，在接触面图像上选取轮缘摩擦检测区域和轮对跳动检测区域，并生成轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像。

图像处理模块602，用于分别对轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行图像处理，以提取各自的透光目标块，计算得到轮缘摩擦检测子图像透光目标块的第一像素面积和轮对跳动检测子图像透光目标块的第二像素面积。

状态分析模块603，用于根据第一像素面积、轮缘摩擦检测区域面积与预设第一阈值的数值比较关系，得到待测轮对的轮缘摩擦状态；根据第二像素面积、轮对跳动检测区域面积与预设第二阈值的数值比较关系，得到待测轮对的轮对跳动状态。

轮对运行姿态判断模块604，用于根据轮缘摩擦状态与轮对跳动状态，判断待测轮对的相对旋转运行姿态。

可选的，在本实施例的另一些实施方式中，所述状态分析模块603可以包括：

第一计算单元，用于计算第一像素面积与轮缘摩擦检测区域面积的第一比值；

第一判断单元，用于判断第一比值是否为0；

第一判定执行单元，用于若是，则待测轮对的轮缘摩擦状态为异常；若否，则判断第一比值是否等于第一评判阈值；若是，则待测轮对的轮缘摩擦状态为正常；若否，则待测轮对的轮缘摩擦状态为次正常。

还可包括：

第二计算单元，用于计算第二像素面积与轮对跳动检测区域面积的第二比值；

第一判断单元，用于判断第二比值是否为0；

第一判定执行单元，用于若是，则待测轮对的轮对跳动状态为正常；若否，则判断第二比值是否大于等于第二评判阈值；若是，则待测轮对的轮对跳动状态为异常；若否，则待测轮对的轮对跳动状态为次正常。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，请参阅图7，所述装置例如还可以包括：

报警模块605，用于当待测轮对的轮缘摩擦状态或轮对跳动状态不为正常，对待测轮对运行姿态进行故障分级预警。

在一种具体的实施方式中，报警模块605可为蜂鸣器，还可包括指示灯。

在一些具体的实施方式中，所述图像处理模块602可包括：

去噪单元，用于对轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行高斯平滑处理，以去除轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像点成像过程中的噪声点；

分割单元，用于根据预设的第一分割阈值、第二分割阈值，对平滑处理后的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行二值化操作，以将轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像各自的透光区域和不透光区域进行分割；

形态学图像处理单元，用于对二值化处理的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行腐蚀操作和膨胀操作，以得到述轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像各自的透光区域和不透光区域；

连通体分析单元，用于对经过腐蚀操作和膨胀操作的轮缘摩擦检测子图像和轮对跳动检测子图像进行连通体分析，以得到轮缘摩擦检测子图像透光目标块和轮对跳动检测子图像透光目标块的位置、形状与大小。

本发明实施例所述车辆轮对运行姿态的装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例基于摄像头成像视觉检测技术，利用设置在待测轮对上的摄像头实时捕捉待测轮对与相应的台架轮对的接触面图像，通过分析接触面图像检测区域的透光目标块面积、相应检测区域面积与预设阈值的大小比较关系，得到待测轮对与相应台架轮对的相对旋转运动姿态，从而判断待测轮对运行姿态是否发生异常，实现了全自动车辆轮对运行姿态监测，解决了人工检测车辆轮对行姿态工作效率低，且人工检测失误的不确定性，导致准确度较低的问题，提高了车辆轮对运行姿态的监测精度和效率，有利于保证车辆运行的安全性与稳定性。

本发明实施例还提供了一种车辆轮对运行姿态的监测设备，具体可包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序以实现如上任意一实施例所述车辆轮对运行姿态的监测方法的步骤。

本发明实施例所述车辆轮对运行姿态的监测设备的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了全自动车辆轮对运行姿态监测，解决了人工检测车辆轮对行姿态工作效率低，且人工检测失误的不确定性，导致准确度较低的问题，提高了车辆轮对运行姿态的监测精度和效率，有利于保证车辆运行的安全性与稳定性。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有车辆轮对运行姿态的监测程序，所述车辆轮对运行姿态的监测程序被处理器执行时如上任意一实施例所述车辆轮对运行姿态的监测方法的步骤。

本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了全自动车辆轮对运行姿态监测，解决了人工检测车辆轮对行姿态工作效率低，且人工检测失误的不确定性，导致准确度较低的问题，提高了车辆轮对运行姿态的监测精度和效率，有利于保证车辆运行的安全性与稳定性。

本发明实施例最后还提供了一种车辆轮对运行姿态的监测系统，请参见图8，可包括：

多个光源发射器801、多个摄像头802及处理器803。

摄像头802的个数为待测轮对个数的两倍，光源发射器801的个数为待测轮对个数的两倍，摄像头802与光源发射器801一一对应。

摄像头802与光源发射器801分别相对设置在待测轮对中每个轮子的径向两侧，且光源发射器801正对摄像头802，摄像头802正对上下轮对的接触点，摄像头802的焦点、光源发射器801的焦点与上下轮对接触点位于同一平行直线上。

为了使摄像头实时捕捉接触面图像，可将摄像头帧率设置为50帧/秒，确保能完整抓拍轮对异常运转状态。

各摄像头802均与处理器803相连，将采集到的接触面图像发送至处理器803中，处理器803设置在陪试功率台架上。

为避免普通可见光容易受外界干扰的情况，可采用红外光线成像，可避免场景周边环境的自然光线干扰，保证检测的稳定性和可靠性。当光源发射器为红外光源发射器，与光源发射器相对应的摄像头为红外摄像头。

处理器803用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项车辆轮对运行姿态方法实施例，所述处理器803的各功能模块的功能可根据上述车辆轮对运行姿态方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

需要说明的是，由于捕捉轮对接触面的图像时，轮对的接触平面的外界环境较暗，为了提高成像的清晰度，增加光源发射器，光源发射器可为任何一种光源，本申请对此不作任何限定。

由上可知，本发明实施例实现了全自动车辆轮对运行姿态监测，解决了人工检测车辆轮对行姿态工作效率低，且人工检测失误的不确定性，导致准确度较低的问题，提高了车辆轮对运行姿态的监测精度和效率，有利于保证车辆运行的安全性与稳定性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种车辆轮对运行姿态的监测方法、装置及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。