[发明专利]一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于，包括：

激光雷达，用于实时获取通过火车车皮托架的轮廓数据；

测速装置，用于实时获取通过火车的车速；

工控机，用于提取所述激光雷达获取的火车车皮托架的轮廓数据，和所述测速装置获取的火车的车速，进行后台数据处理和结果输出。

2.如权利要求1所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于：所述激光雷达和所述测速装置均通过支架设于轨道牙。

3.如权利要求2所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于：所述支架为不锈钢材质制成，其上沿垂直向设有多个螺栓孔。

4.如权利要求1所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于：所述激光雷达为二维激光雷达，其扫描线与所述火车车皮托架平行。

5.如权利要求1所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统，其特征在于：所述测速装置为测速摄像头。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)所述测速装置采用光流算法对所述火车的相对位置信息实时进行速度探测，由所述工控机得到所述火车的实时速度V；

2)所述激光雷达实时扫描，获取每个扫描截面的所述火车车皮托架的外廓点云数据，由所述工控机保存云数据；

3)所述工控机根据所述火车车皮托架的外廓点云数据信息重建所述火车车皮托架的二维轮廓；

4)所述工控机根据所述火车的实时速度V，和所述火车车皮托架的二维轮廓的处理，形成火车车皮托架点云拼接图；

5)所述工控机采用设计并验证通过的算法对所述火车车皮托架点云拼接图中的托架轮廓图进行计算，得出所述火车的长度和车皮数量。

7.如权利要求6所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤1)进一步包括：

1.1)所述工控机获取所述测速装置获取的连续两帧的所述火车的图像数据，前一帧的图像数据为第一个图像数据，后一帧的图像数据为第二个图像数据；

1.2)提取所述第一个图像数据的前景运动目标代表性的角点作为第一特征点，判断所述第二个图像数据中的预设区域是否存在与所述第一特征点相匹配的第二特征点，若是，分别获取所述第一特征点与所述第二特征点对应角点的坐标值；

1.3)依据所述坐标值计算得到偏移向量，再通过所述偏移向量计算得到光流向量τ；

1.4)连续两帧时间t₁内，由像素间距μ与所述光流向量τ得到所述第一特征点与所述第二特征点对应角点的位移X₁，进而计算出所述火车的实时速度V＝X₁/Δt₁。

8.如权利要求6所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤2)进一步包括：

2.1)所述激光雷达实时扫描经过的所述火车，并将扫描获取的所述火车车皮托架的外廓点云数据传输至所述工控机，该点云数据是所述激光雷达到所述火车上扫描点的直线距离l_i；

2.2)所述工控机对该点云数据进行笛卡尔直角坐标转换，使扫描平面与纵轴重合，来获取点云相对于所在截面的坐标信息；所述激光雷达的扫描角度为α⁰，扫描角度分辨率设置为γ⁰，设第i扫描点P_t离横轴的激光扫描光束的夹角为θ_t＝(90°-α⁰/2)+(i-1)×γ⁰。

9.如权利要求8所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤3)进一步包括：

所述工控机根据横向的火车托架截面点云坐标和火车托架间的截面间距信息重建出火车托架的二维轮廓。

10.如权利要求6所述的基于激光雷达的火车车皮数量和长度测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤4)进一步包括：

4.1)所述激光雷达的工作频率设置为βHz，则时间为Δt₂，所述工控机通过速度V与时间Δt₂，得到火车托架的二维轮廓在时间Δt₂的位移X₂＝V×Δt₂；

4.2)对火车托架二维平面轮廓信息进行处理，形成火车托架点云拼接图。