[发明专利]钢轨扣件系统螺母缺失自动检测装置

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种钢轨扣件系统螺母缺失自动检测装置，特别涉 及一种基于计算机视觉的钢轨扣件系统螺母缺失自动检测装置。

背景技术

线路维修保养对于地铁和铁路系统的正常工作和安全运行具有重要 作用。世界各国的铁道和城市轨道交通部门都对线路维修工作非常重视， 制定了详细的计划和严格的规章。线路维修保养的重要工作之一是检查 扣件系统螺母是否缺失，扣压件是否松动。扣件系统螺母、道钉和扣件 的作用是使钢轨和路枕达到紧密有效的联接，是铁道和地铁线路的重要 附件。实际中，由于安装保养不到位、列车行驶的振动和人为盗取等原 因，线路上扣件系统螺母可能会缺失，这给列车安全行驶造成隐患。

长期以来，线路维修中主要依靠维修养护工队的人工巡检和目测的 方法来判定是否存在路枕损坏、钢轨磨损以及扣件系统螺母缺失等线路 非正常状况。部分国外铁路公司也依靠有经验维修人员观看线路路面录 像，从而判断是否有路枕、钢轨和扣件系统螺母需要维修，其中录像是 由安装在行驶列车上的摄像机拍摄记录的。这种人工检查线路钢轨、路 枕和扣件系统螺母的方法所需时间长、劳动强度大、效率低、漏检率高。

计算机视觉是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段，由 计算机来代替大脑完成处理和解释。计算机视觉的最终目标是使计算机 能象人那样通过视觉观察和理解世界，并具有自主判断和识别的能力。 近二、三十年以来，计算机视觉技术已逐步从实验研究迈向实际应用阶 段。目前，计算机视觉系统在检测领域应用十分广泛。基于计算机视觉 技术的检测方法，具有效率高、成本低和可靠性好等优点，是无损检测 的重要发展方向。利用计算机视觉识别方法代替人工目视检查，是铁道 和地铁线路维修的新趋势。

经过对现有技术的文献检索发现，没有关于钢轨扣件系统螺母缺失 的自动检测装置的实用新型和发明专利，只有国外少部分学者对基于计 算机视觉的扣件系统螺母缺失的自动检测技术进行了初步的研究。 Mazzeo等(Mazzeo et al.，Pattern Recognition Letters，2004，25：669-677； Mazzeo et al.，Proceedings of the 2004 IEEE Intelligent Transportation Systems Conference，417-422；Mazzeo et al.，Proceedings of the 2003 IEEE International Symposium on Intelligent Control，636-641)研究了利用主元 分析、小波变换和神经网络技术对轨道线路视频图像进行处理，从而自 动检测扣件系统螺母的缺失。在最近的文献(Ruvo et al.，Proceedings of the 7th international Workshop on Computer Architecture for Machine Perception， 2005，1-6；Marino et al.，IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics，Part C，2007)中，研究人员介绍了基于FPGA开发的扣件系统 螺母缺失检测装置，运用了前述神经网络等算法，实验结果显示其具有 一定实时性。上述研究人员利用计算机视觉进行缺失螺母检测，虽然取 得了初步成果，但是存在以下不足：

(1)其利用神经网络进行特征分类的方法，容易使分类辨识结果 陷入局部最优，而且一般需要大样本，训练结果也不稳定， 使得该视觉识别系统的适用性和工作可靠性有待提高；

(2)缺失螺母的位置是基于视频图像中扣件系统螺母数目和相 邻两个螺母的间距进行计算，这种计算方法得到的螺母地理 位置结果误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种钢轨扣件 系统螺母缺失的自动检测装置，使其系统结构简单，检测和定位准确， 用于代替或辅助钢轨扣件系统螺母的人工巡检。

为实现本发明所述目的，本发明提供一种钢轨扣件系统螺母缺失的 自动检测装置，该自动检测装置包括：视觉采集装置、GPS定位器、照 明装置和计算机系统。该缺失螺母自动检测装置安装于列车底部，在列 车行进时，对钢轨两侧扣件系统螺母视频图像进行采集、存储，对缺失 螺母的辨识和定位由计算机系统在线或离线完成。