[发明专利]一种基于视频和图像配准的高铁车站雨棚振动检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及高铁车站设备检测技术，特别是涉及高铁车站雨棚检测技术。

背景技术

我国的高速铁路近年来发展迅速，逐渐形成辐射全国的高铁交通网，高铁运营里程已经高居世界第一，极大的方便了人们的出行，越来越多的人选择乘坐高铁出行，与此同时，高铁的运营安全也越来越受到重视。

高铁车站是高铁运营中的最关键环节之一，也是人口流量最为密集的地方。为了使站台上有更多可以活动的空间，避免风雨对站台乘客、机车的干扰，同时满足现代高铁车站的美观，高铁车站基本都是采用高大钢结构的无柱雨棚设计。在设计时，对无柱雨棚边缘的震动幅度的限值有着严格的要求，如果超出设计限值，有可能发生危险，必须进行维修和改造，以往也曾发生过多起高铁车站雨棚被风挂掉的事故。为了保证雨棚安全，需要对雨棚的最大振幅进行精确检测。

高铁车站雨棚具有跨度大、震动不均匀的特点。目前无柱雨棚振动检测的主要方法是采用经纬仪或者全站仪，在雨棚的边缘标记特定标志，例如“十”字丝、有刻度的标志、同心圆等等，在雨棚震动的时候用用全站仪对准标志中心，人眼检测震动的幅度。这种方法存在的问题是：已经建成的雨棚边缘并没有为检测而设置的标志，并且，只能采用人眼进行检测估计，精度不高。

目前，高铁车站雨棚震动检测还没有稳定成熟的整套方法。

发明内容

针对现有高铁车站雨棚检测方面存在的问题，本发明推出一种新的高铁车站雨棚震动检测方法，其目的在于，将视频摄影和图片配准技术应用到高铁无柱雨棚震动检测中，通过获取雨棚边缘震动的视频数据并对其进行分解，利用图像配准技术对雨棚边缘的特定目标进行变化检测，计算相邻帧影像上特定目标的变化量，并将图像上的像素变化量转换为测量绝对值，从而获得在检测时间段内雨棚的最大振幅以及震动曲线。

本发明所涉及的高铁车站雨棚震动检测方法，具体步骤包括：检测位置选择，检测标志布设，获取雨棚震动检测视频，视频分解，图像配准，提取检测标志坐标，计算雨棚振幅和绘制震动曲线。

S₁、检测位置选择

在待检测的雨棚上确定雨棚检测点，然后选择地面对应的检测位置。检测位置选择在保持稳定和避免遮挡处，检测位置与雨棚检测点之间的连线与水平面的夹角位于±45°之间。检测位置确定后，测量检测位置与检测点之间的距离D。

S₂、检测标志布设

将激光测距仪对准雨棚上的检测点，在检测点上形成激光光斑直径不大于2mm的清晰可见的检测标志。

S₃、获取雨棚震动检测视频

利用检测位置上设置的摄像机，对焦于雨棚检测点激光光斑位置，录制雨棚震动期间视频，摄像机获取影像的频率不小于30帧/秒。

S₄、视频分解

将获取的视频分解为一帧一帧的连续影像。分解后的每一帧影像按照录制视频的时间先后顺序编号。

S₅、图像配准

选择视频分解出来的第一帧影像作为参考影像，利用图像配准技术将其与所有从视频中分解出来的影像精确配准，对配准后的影像进行裁切和重采样，所有影像像素值都归化到参考影像坐标系中。

S₆、提取检测标志坐标

从配准后的每一帧影像上，提取检测标志在新的参考影像坐标系中的坐标值。

S₇、计算雨棚振幅和绘制震动曲线

根据摄像机焦距、CCD像元大小以及摄像机到检测点之间的距离D，将像素坐标值转换为测量绝对值。选择第一帧影像作为参考影像，以该参考影像上提取的检测标志点的坐标作为参考坐标，计算其余所有影像上检测标志点的坐标值与参考点的差值。计算出来的差值就是不同时间段检测点上的振幅，相邻振幅最大差值就是雨棚震动的最大值。根据每一帧影像获取的时间和计算出来的振动值，绘制出雨棚震动曲线。

本发明所涉及的高速铁路车站无柱雨棚震动检测新方法，利用激光照准器在需要检测的位置形成检测标志，通过摄像机获取雨棚震动期间的视频，利用图像配准技术计算检测标志在视频帧影像上的变化，从而达到精确检测雨棚震动的目的。经过试验验证，此方法能够达到优于1mm的检测精度，且方法简单。

附图说明

图1为本发明所述的利用视频检测高铁车站雨棚震动方法流程图。

图中标记说明：

S₁、检测位置选择          S₂、检测标志布设