[发明专利]激光位移技术测量钢轨轮廓的校准方法

摘要

本发明公开了一种激光位移技术测量钢轨轮廓的校准方法，包括对钢轨轮廓分割并计算索引值；得到绝对仿射不变量；获取离线状态下和工作状态下钢轨轮廓的局部仿射不变形描述特征矢量集并匹配，得到匹配点集；计算离线状态下和工作状态下的轮廓数据的变换关系式；得到仿射传输矩阵；对于每一对匹配点，得到仿射传输矩阵集并完成数据处理；根据仿射传输矩阵、平移量和轮廓数据变换关系式对钢轨轮廓进行校准。本发明方法创新性提出钢轨轮廓局部仿射不变量的提取、描述与匹配新方法，而且提出快速最近点迭代算法精确调整仿射变换参数，解决了激光位移技术测量钢轨轮廓时的廓形变形问题，从而对钢轨轮廓进行了准确校准，而且方法计算速度快，精确度高。

主权项

1.一种激光位移技术测量钢轨轮廓的校准方法，包括如下步骤：S1.对钢轨轮廓分段分割为n+1个区段，并将相邻分割点的间距表示为(||P2‑P1||,||P3‑P2||,...,||Pn‑Pn‑1||)，相邻分割点的垂直间距表示为(y2‑y1,y3‑y2,...,yn‑yn‑1)，并计算轨颚点和轨底直线交点的索引值；其中n为正整数，其取值越大则钢轨轮廓的校准精度越高；S2.针对步骤S1得到的轨颚点和轨底直线交点之间的轨腰区段，对每一个轮廓点k，定义三块封闭区域：S1为轨颚点、轮廓点和上半段轨腰围成的区域，S2为轮廓点、轨底直线交点和下半段轨腰围成的区域，以及轮廓点、轨颚点和轨底直线交点围成的三角形区域S3，计算三块封闭区域的面积S1(k)、S2(k)和S3(k)，并根据下式得到六个绝对仿射不变量Iij(k):式中i和j均取值1、2或3，且i不等于j，1≤k≤n；S3.采用激光位移技术获取离线状态下钢轨轮廓的局部仿射不变形描述的特征矢量集和工作状态下钢轨轮廓的局部仿射不变形描述的特征矢量集针对工作状态下的特征矢量集中每一个特征矢量在离线状态下的特征矢量集中找到与特征矢量最相似的特征矢量且定义特征矢量和最相似的特征矢量为一对对应特征向量，二者各自对应的轮廓点为一对匹配点，从而得到匹配点集其中1≤k≤N_d，1≤m≤N_n；所述离线状态时获取的钢轨轮廓为钢轨的正常轮廓；所述工作状态下的钢轨轮廓为钢轨的测量轮廓，由于车辆的移动或震动，该测量轮廓即为所需要校准的钢轨轮廓；S4.采用激光位移技术获取钢轨在离线状态下和工作状态下的轮廓数据，计算得到离线状态下和工作状态下的轮廓数据的变换关系式如下所示：式中(x,y)和(x′,y′)分别是离线状态轮廓和工作状态轮廓上的对应点的坐标，θ是传感器倾斜角度，Sx和Sy分别是水平方向和垂直方向的形变因子，Tx和Ty分别是水平方向和垂直方向的平移量；S5.对步骤S4得到的变换关系式进行转换，得到如下所示的仿射传输矩阵：S6.对于步骤S3得到的每一对匹配点，根据步骤S5得到的转换后的变换关系式，得到仿射传输矩阵集并对匹配点集中存在的错误匹配点所得到的错误仿射传输矩阵进行数据处理，其中1≤l≤N_nd；S7.采用最近迭代算法调整仿射传输矩阵中的参数，并根据得到的仿射传输矩阵And、平移量Tx和Ty，利用步骤S4得到的离线状态下和工作状态下的轮廓数据的变换关系式，将工作状态下的钢轨轮廓进行校准。