[发明专利]轨道与路基偏移三坐标监测装置及方法

说明书

本发明涉及轨道与路基偏移三坐标监测装置及方法。监测装置包括：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。本发明具有同时在线监测三个维度的位移偏移量，减少了在轨道上布置传感器的工作量；摄像头与路基固定连接，路基具有相对的稳定性，可以确保摄像头尽可能少地受到振动影响，确保成像质量和摄像头实用寿命；轨道上只需粘接一个平面图像标志物，不会破坏轨道的受力结构也不需要复杂的工艺技术，便于轨道工程的现场施工。

技术领域：

本发明涉及轨道交通在线监测技术，具体涉及轨道与路基偏移轨道与路基偏移三坐标监测装置及方法。

背景技术：

铁路技术的出现是近代最伟大的创新之一，随着铁路运载能力的提升和列车速度的提升，由于温差等因素引起的轨道应力变化成为了影响铁路安全的重要因素。特别是近年来高铁路基大量采用了无砟轨道技术，无砟轨道从上到下由三部分组成：无缝钢轨、轨道板、刚性基础俗称路基。当钢轨由于刹车制动会产生沿钢轨方向的偏移，当周边环境的温差或其它外部因素如侧部山体的泥石流运动等等会对钢轨的横向和水平方向产生偏移。由于铁路自身的特点，轨道的细微偏移会对列车的运行安全产生很大的影响，甚至是车毁人亡的重大事故。因此，对轨道与路基的三坐标偏移量监测显得尤为重要。

国内尽管也出现了一些以位移监测为目标的自动检测方法，但仍然停留在对一个维度的检测。为了表述方便，将水平面内沿轨道铺设方向定义为M轴方向，将水平面内垂直于M轴方向定义为N轴方向，将垂直方向定义为H轴方向。例如：现有技术CN103115562A是对轨道M轴方向的位移监测装置，现有技术CN110779458A是对轨道H轴方向位移的监测装置，现有技术CN2630799Y是对轨道Y轴方向位移的监测装置。因此，要同时监测三个维度的位移偏移量成为了亟待解决的问题。

发明内容：

本发明目的是提出一种可以同时在线监测三个维度的装置及方法。具体技术方案如下：

轨道与路基偏移三坐标监测装置，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。

优选方案一，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。进一步，平面图像标志物中包含一个标志原点。

在上述监测装置上实现的轨道与路基偏移三坐标监测方法，过程如下：

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轴之间夹角为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)；