[发明专利]车载钢轨轨距测量系统及测量方法

摘要

本发明公开了一种车载钢轨轨距测量系统及测量方法，涉及以采用光学方法为特征的计量设备技术领域。所述方法使用两组激光源与相机组合分别获得机车相对于左右钢轨横向位移变化量，利用左右钢轨横向位移变化量差值反映轮轨间横向活动量的变化，从而实现轨道轨距的间接测量。所述轨距检测方法使用的硬件结构简单，数据计算量小，测量精度较高，可实现轨距参数的非接触式动态测量。

主权项

一种钢轨轨距测量方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：将第一相机(1)和第一激光源(3)通过第一倒T型固定架(5)固定在机车转向架(7)的左侧，将第二相机(2)和第二激光源(4)通过第二倒T型固定架(6)固定在机车转向架(7)的右侧，所述相机用于拍摄相应的所述激光源在钢轨(8)侧面形成的激光光斑以及钢轨轨头外侧面底线位置图像，所述相机的镜头和所述激光源的发射头的轴线所在平面与钢轨(8)走向保持垂直且两个所述激光源的焦点在垂直于钢轨(8)走向的同一平面内；标定静止时刻左右两侧激光光斑中心所在对应的轨道轨距，并通过计算机同步获取第一相机(1)和第二相机(2)采集的图像信息；在机车运动的过程中，计算机对获取的图像信息进行分析和处理，实时得到左右侧钢轨外侧轨头底线与激光光斑位置信息；将左右侧钢轨轨头外底线与激光光斑中心点图像垂向距离转变为实际空间距离，对比初始时刻图像信息，得到两时刻激光光斑中心点垂向位移，由激光光斑中心点垂向位移与横向位移的几何关系，得到两侧钢轨相对于轮对的横向位移变化即轨距检测点与轮对的横向位移，根据轮对相对于两侧轨距检测点位移变化的差值即为轨距变化量；由惯性基准测量单元采集转向架空间扭转角度信息；根据基准轨距、轨距变化量和转向架空间扭转角度信息，进行计算得到垂直于轨道铺设方向的动态轨距；所述的在机车运动的过程中，计算机对获取的图像信息进行分析和处理，实时得到左右侧钢轨外侧轨头底线与激光光斑位置信息的方法如下：1)对第一相机(1)和第二相机(2)采集的图像进行灰度和滤波处理；2)通过边缘检测器提取左右钢轨轨头外侧面底线，以激光光斑中亮度最大像素点为种子，采用区域生长方法和灰度重心法提取激光光斑中心点，分别计算两侧激光光斑中心点到钢轨轨头底线的垂向图像距离；3)根据标定的图片单像素表示的实际距离，将上述步骤2)得到两侧激光光斑中心点到钢轨轨头底线的图像距离转换为垂向实际距离；4)利用基准轨道轨距、轨距变化量和空间扭转角度信息得到垂直于轨道铺设方向的标准轨距；取垂直于钢轨侧面为X轴方向，水平面垂线方向为Y轴方向，钢轨走向为Z轴方向；第一相机(1)与第二相机(2)的镜头和第一激光源(3)与第二激光源(4)的发射头轴线位于XY平面内始终与Z轴保持垂直，且两个激光源的焦点在垂直Z轴的同一XY平面内；所述第一倒T型固定架(5)和第二倒T型固定架(6)的垂直杆平行于Y轴方向，水平杆平行于Z轴方向；在列车最大横摆范围内分别调整左右两侧的激光源的发射头轴线使其与XZ平面夹角为θ与β，使激光光斑始终在轨腰范围内移动，同时调整两侧相机镜头轴线与XZ平面的夹角为θ1与β1，使激光光斑始终在其图像中部移动；列车运行过程中，所述激光发射器的水平倾角θ与β和所述相机的水平倾角θ1与β1固定；边缘检测器提取左右钢轨轨头外侧面底线，以激光光斑中亮度最大像素点为种子，采用区域生长方法和灰度重心法提取激光光斑中心点，分别计算两侧激光光斑中心点到钢轨轨头底线的垂向图像距离；设相机镜头轴心与地面保持θ1夹角，激光发射器中轴线与地面成θ角，初始时刻固定支架与钢轨水平距离是l1，检测时刻固定支架向右移动距离l，此时固定支架与钢轨水平距离是l2，激光光斑中心点水平位移nn1是实际的轮轨相对横移，定义初始图片上的横向位移s是n点到图片底部的距离，而轮轨发生相对位移时另一张图片上的横向位移s1是m点到图片底部的距离，则nn1测量值为nn1＝n1n11*k＝(s1‑s)/sin(θ1‑θ)*cosθ*k其中，n1m1是nm的实际长度在图片上所映射的距离；n1n11是nn1的实际长度在图片上所映射的距离；k是实际距离与图上距离之比。