[发明专利]轨道与路基偏移三坐标监测装置及方法

权利要求书

1.轨道与路基偏移三坐标监测方法，所涉及的检测系统包括：分置于轨道和路基的平面图像标志物（1）、摄像头（2），为摄像头供电的电源装置（7），初始安装位置，摄像头的光轴垂直于平面图像标志物，罩在摄像头、光路、平面图像标志物外的罩子，位于摄像头周围的环境光源，控制主板（6），无线通讯模块（4），加速度监测模块（5）；

以摄像头安装位置为坐标原点O₀，建立XYZ直角三坐标体系，将平面图像标志物的平面内垂直交叉的二个方向分别定义为X轴、Y轴，将光轴方向定义为Z轴；所述平面图像标志物内沿X轴方向、Y轴方向标有位移刻度；

所述平面图像标志物的边界为圆形或矩形，内部沿X轴方向、Y轴方向均匀地画出网格线；平面图像标志物中包含一个标志原点；

所述罩子防止摄像头和平面图像标志物受到雨雪或尘埃的遮挡；所述摄像头、环境光源、无线通讯模块均连接在控制主板上，电源装置为所述控制主板、摄像头、环境光源、无线通讯模块供电；

所述摄像头与轨道固定连接；所述平面图像标志物与路基固定连接；所述平面图像标志物与轨道固定连接；所述摄像头通过支架与路基固定连接，所述摄像头位于平面图像标志物上方；

所述加速度监测模块连接控制主板，由电源装置供电；

其特征在于，

以摄像头安装位置为坐标原点O₀，建立MNH直角三坐标体系，水平面内沿轨道铺设方向定义为M轴，水平面内垂直于M轴方向定义为N轴，垂直方向定义为H轴；

X轴与M轴之间的夹角α₁，Y轴与M轴之间的夹角为α₂，Z轴与M轴之间的夹角为α₃，X轴与N轴之间的夹角为β₁，Y轴与N轴之间的夹角为β₂，Z轴与N轴之间的夹角为β₃，X轴与H轴之间的夹角为γ₁，Y轴与H轴之间的夹角为γ₂，Z轴与H轴之间的夹角为γ₃；

光轴与平面图像标志物的交点定义为光轴点；

包括如下步骤：

步骤1：初始位置，即：t=0时刻，标志原点位于摄像头光轴点上，摄像头距离平面图像标志物的距离为Z₀，摄像头拍摄图像，计算图像中平面图像标志物对应的像素点数量S₀；此时，标志原点在XYZ直角坐标体系中的坐标为（0，0，Z₀）；

步骤2：通过坐标体系转换，确定t=0时刻标志原点在MNH坐标体系中的坐标为：M₀、N₀、H₀，

M₀= Z₀*Cosα₃；

N₀= Z₀*Cosβ₃；

H₀= Z₀*Cosγ₃；

步骤3：t时刻，摄像头拍摄图像，从图像中观察，此时由光轴点与标志原点在X轴、Y轴方向上位移刻度的偏移量计算出此时标志原点在XYZ直角坐标体系中X轴上的坐标X_t、Y轴上的坐标Y_t；计算图像中平面图像标志物对应的像素点数量S_t；此时标志原点在XYZ直角坐标体系中Z轴上的坐标为Z_t，

；

步骤4：通过坐标体系转换，确定t时刻标志原点在MNH坐标体系中的坐标为：M_t、N_t、H_t；

M_t=X_t*Cosα₁+Y_t*Cosα₂+Z_t*Cosα₃；

N_t=X_t*Cosβ₁+Y_t*Cosβ₂+Z_t*Cosβ₃；

H_t=X_t*Cosγ₁+Y_t*Cosγ₂+Z_t*Cosγ₃；

步骤5：M_t-M₀、N_t-N₀、H_t-H₀，即可得到轨道相对于路基在三个坐标方向的偏移量，M_t-M_t-1、N_t-N_t-1、H_t-H_t-1，即可得到从t-1时刻到t时刻轨道在三个坐标方向的偏移量；

步骤6：无线通讯模块将偏移量传输给对应的后台服务器；

步骤6.1：设定GPRS通讯模块上传数据的间隔时长T；

步骤6.2：在间隔时长T内，GPRS通讯模块延时等待启动；

步骤6.3：在间隔T时长后的上传数据时刻，由加速度监测模块判断此时轨道是否在剧烈振动，是则返回步骤6.2开始新的延时等待周期，否则转步骤6.4；

步骤6.4：上传当前时刻轨道相对于路基在三个坐标方向的偏移量M_t-M₀、N_t-N₀、H_t-H₀；上传从t-1时刻到t时刻轨道相对于路基在三个坐标方向的偏移量。