一種軌道交通接觸軌測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軌道交通接觸軌測量裝置及測量方法，它包括測量基準(zhǔn)車架、圖像采集及處理系統(tǒng)，測量基準(zhǔn)車架包括測量行走輪、測量車體框架、彈性壓緊輪；圖像采集和處理系統(tǒng)包括測量攝像機(jī)、面光源或一字激光光源、測量懸臂、測量計算機(jī)。本發(fā)明優(yōu)點在于：1）測量結(jié)果實時顯示，測量速度取決于工人的推行速度，大約4公里/小時；2）測量精度誤差±0.5mm；3）自動化測量，數(shù)據(jù)穩(wěn)定圖像采集處理均是實時性的，因此測量密集度理論上無限高；4）單人推動操作即可，操作簡單。
【專利說明】一種軌道交通接觸軌測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的軌道交通接觸軌安裝位置測量的裝置；該裝置基于圖像處理，通過識別接觸軌在圖像中的位置和尺寸信息，測量接觸軌的實際安裝位置。
【背景技術(shù)】
[0002]在軌道交通接觸軌的安裝和檢修作業(yè)中，需要使用專用的測量工具，對接觸軌在道床上的各項位置信息進(jìn)行測量，包含接觸軌垂直于走行軌頂部平面的垂直高度H，以及接觸軌中心距離走行軌中心在走行軌頂部平面方向上的距離L，如圖1所示，圖中:1是接觸軌支架、2是接觸軌絕緣罩、3是接觸軌、4是接觸軌中心線、5是走行軌軌頂面、6是走行軌、7是走行軌中心線。目前，國內(nèi)現(xiàn)存的測量工具在某些方面存在不足。例如“一種用于軌道交通的接觸軌測量道尺”(專利號:CN201605504)以及“接觸軌測量安裝工具”(專利號:CN201731870U)，專利所述測量工具采用機(jī)械式鋼尺進(jìn)行測量，由于自身形變及測量過程中的操作誤差、讀數(shù)誤差，以至測量結(jié)果精度低，而且操作過程費工費時，效率極低，這些不利因素影響安裝和日常維修檢測的質(zhì)量和效率。隨著計算機(jī)測量的普及，出現(xiàn)了新的基于計算機(jī)的測量系統(tǒng)，例如“城市軌道交通接觸軌檢測系統(tǒng)及其檢測方法”(專利號:CN102897192U)以及“城市軌道交通接觸軌檢測裝置”(專利號:CN202080298U)、“地鐵第三軌車載在線檢測裝置”(專利號:CN201261472Y)、“一種城市軌道檢測裝置”(專利號:CN202974192U)，上述專利中采用安裝于車架側(cè)面圖形傳感器采集接觸軌圖像，使用計算機(jī)采集處理，這種處理方式，由于攝像頭安裝位置較遠(yuǎn)，圖像復(fù)雜程度高，使得提取圖像特征難度增加，導(dǎo)致處理精度無法保證；同時上述系統(tǒng)中所使用的基于激光測距或者圖像識別的偏移補(bǔ)償模塊，容易受走行軌內(nèi)側(cè)表面清潔度的影響。在現(xiàn)場考察后發(fā)現(xiàn)，列出的行走輪不一定能夠接觸到走行軌內(nèi)側(cè)面，因而施工時殘留的泥土等雜物會長久保留，這些因素都將導(dǎo)致基于激光測距的方案可靠性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:是針對現(xiàn)有的測量方式的低效和低精度，提出一種基于圖像處理的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，省時省力、精度高的軌道交通接觸軌測量裝置及方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種軌道交通接觸軌測量裝置，其特征在于:它包括測量基準(zhǔn)車架、圖像采集及處理系統(tǒng)，測量基準(zhǔn)車架包括測量行走輪、測量車體框架、彈性壓緊輪，彈性壓緊輪中的彈性壓緊裝置使測量行走輪的兩個輪子始終緊貼在左右走行軌內(nèi)側(cè)，為測量水平距離L提供基準(zhǔn)，測量車體框架用于保證測量行走輪、彈性壓緊輪中的輪子壓在走行軌頂面，為測量垂直高度H提供基準(zhǔn)；圖像采集和處理系統(tǒng)包括測量攝像機(jī)、面光源或一字激光光源、測量懸臂、測量計算機(jī)，測量懸臂用于保證測量攝像機(jī)相對于測量車架固定不動，同時測量攝像機(jī)的攝像頭處于接觸軌正下方，使用面光源照亮接觸軌邊沿或者使用一字激光器形成線光斑，測量計算機(jī)處理由測量攝像頭采集回來的圖像數(shù)據(jù)得到測量數(shù)據(jù)，并計算得出水平距離L及垂直高度H。
[0006]一種軌道交通接觸軌測量方法，其特征在于包括以下測量步驟:
[0007]I)僅使用一個測量攝像機(jī)，將測量攝像機(jī)的攝像頭置于接觸軌正下方，使用面光源照亮接觸軌邊沿或者使用一字激光器形成線光斑，測量攝像頭所成圖像中，形成包含接觸軌邊沿或激光光斑的圖像區(qū)域；
[0008]2)首先鎖定接觸軌左側(cè)邊沿識別區(qū)域和右側(cè)邊沿識別區(qū)域，在這兩個區(qū)域中使用邊沿提取算法，得到左側(cè)接觸軌邊沿直線、右側(cè)接觸軌邊沿直線，選擇所選區(qū)域中心所在的縱坐標(biāo)，可計算出該縱坐標(biāo)下左側(cè)接觸軌邊沿所在點A的坐標(biāo)(XA，Ya)，和右側(cè)接觸軌邊沿所在點B的坐標(biāo)(XB，Yb)，則可以得到識別中心C的坐標(biāo)(X。，Yc)，同時得到接觸軌在圖像中的寬度LEN1，單位為pixel，即為(Xb-Xa)；
[0009]3)水平間距L、垂直高度H，可由以下方式求出:
[0010]水平間距L = L=Lc^a * (Xtl-Xc);
[0011 ]垂直間距 H: H=HfHfLENci* β /LEN1;
[0012]Ltl一測量攝像頭CXD傳感器的中心距離走行軌內(nèi)側(cè)的距離，
[0013]Xtl—接觸軌在標(biāo)準(zhǔn)水平位置時，其中心在圖像中的實際水平位置，
[0014]a 一接觸軌在當(dāng)前高度時X方向每毫米對應(yīng)的測量攝像頭圖像中的像素值，
[0015]Xc—中點坐標(biāo)，即`為(Xb-Xa) /2;
[0016]Htl—測量攝像頭鏡頭的中心距離走行軌頂面的垂直距離，
[0017]H1—測量攝像頭鏡頭的中心距離圖像傳感器表面的垂直距離，
[0018]β 一所用圖像傳感器每像素對應(yīng)的實際寬度，
[0019]LEN1—接觸軌所成圖像的寬度，單位為pixel,
[0020]LEN0一接觸軌實際寬度。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有效益果:1)測量結(jié)果實時顯示，測量速度取決于工人的推行速度，大約4公里/小時；2)測量精度誤差±0.5mm ；3)自動化測量，數(shù)據(jù)穩(wěn)定圖像采集處理均是實時性的，因此測量密集度理論上無限高；4)單人推動操作即可，操作簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為軌道交通接觸軌的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明測量攝像頭所成的圖像。
[0025]圖中:I接觸軌支架、2接觸軌絕緣罩、3接觸軌、4接觸軌中心線、5走行軌軌頂面、6走行軌、7走行軌中心線、21面光源或一字激光光源、22測量攝像機(jī)、23測量懸臂、24測量行走輪、25測量車體框架、26測量計算機(jī)、27彈性壓緊輪、31接觸軌圖像區(qū)域、32左側(cè)邊沿識別區(qū)域、33右側(cè)邊沿識別區(qū)域、34左側(cè)接觸軌邊沿直線、35右側(cè)接觸軌邊沿直線、36左側(cè)識別點A、37右側(cè)識別點B,38識別中心C。
【具體實施方式】[0026]參見圖2，本發(fā)明主要包含兩部分:測量基準(zhǔn)車架、圖像采集及處理系統(tǒng)。測量基準(zhǔn)車架包括測量行走輪、測量車體框架、彈性壓緊輪，彈性壓緊輪中的彈性壓緊裝置使測量行走輪的2個輪子始終緊貼在左右走行軌內(nèi)側(cè)，為測量水平距離L提供基準(zhǔn)，L為接觸軌中心距離走行軌中心在走行軌頂部平面方向上的距離，測量車體框架用于保證測量行走輪、彈性壓緊輪中的輪子壓在走行軌頂面，為測量垂直高度H提供基準(zhǔn)，H為接觸軌垂直于走行軌頂部平面的垂直高度。
[0027]圖像采集和處理系統(tǒng)包括測量攝像機(jī)、面光源或一字激光光源、測量懸臂、測量計算機(jī)，測量懸臂用于保證測量攝像機(jī)相對于測量車架固定不動，同時測量攝像機(jī)的攝像頭處于接觸軌正下方，測量計算機(jī)處理由測量攝像頭采集回來的圖像數(shù)據(jù)得到測量數(shù)據(jù)，并計算得出水平距離L及垂直高度H。將測量裝置置于走行軌上，僅使用一個測量攝像機(jī)，伸出測量懸臂，將測量攝像機(jī)的攝像頭置于接觸軌正下方，使用面光源照亮接觸軌邊沿或者使用一字激光器形成線光斑，打開測量計算機(jī)，運行測量計算機(jī)中的測量軟件，即可得到測量接觸軌的實時圖像，本測量系統(tǒng)中所用圖像傳感器的像素精度為X方向1024pixelS，Y方向768pixels，如圖3所示。
[0028]在圖3所示的測量攝像機(jī)所成的圖像中，形成了接觸軌圖像區(qū)域，首先鎖定接觸軌左側(cè)邊沿識別區(qū)域和右側(cè)邊沿識別區(qū)域，在這兩個區(qū)域中使用邊沿提取算法，得到左側(cè)接觸軌邊沿直線、右側(cè)接觸軌邊沿直線，選擇所選區(qū)域中心所在的縱坐標(biāo)，可計算出該縱坐標(biāo)下左側(cè)接觸軌邊沿所在點A的坐標(biāo)(XA，Ya)，和右側(cè)接觸軌邊沿所在點B的坐標(biāo)(XB，Yb),則可以得到識別中心C的坐標(biāo)(Xc，Yc)，同時得到接觸軌在圖像中的寬度LEN1，單位為pixel,即為(Xb-Xa)，其中點A對應(yīng)圖3中的左側(cè)識別點A36，點B對應(yīng)圖3中的右側(cè)識別點 B37。
[0029]最終接觸軌在相對于走行軌的實際位置數(shù)據(jù):水平間距L、垂直高度H，可由以下方式求出:
[0030]水平間距L:L=Ltl+α * (Xtl-Xc);
[0031 ]垂直間距 H:H=WLEN0* β /LEN1;
[0032]注:
[0033]L0-測量攝像頭CXD傳感器的中心距離走行軌內(nèi)側(cè)的距離，本測量系統(tǒng)中為683.5mm ；
[0034]Xtl—接觸軌在標(biāo)準(zhǔn)水平位置時，其中心在圖像中的實際水平位置，本測量系統(tǒng)中為圖像的中心，即1024/2=512 ；
[0035]α 一接觸軌在當(dāng)前高度時X方向每毫米對應(yīng)的測量攝像頭圖像中的像素值，在每次測量中均不同，通過固定軌面寬度92mm對應(yīng)的圖像像素寬度得到，即92/LER ；
[0036]Xc—中點坐標(biāo)，在此測量系統(tǒng)中即為(Xb-Xa) /2;
[0037]H。一測量攝像頭鏡頭的中心距離走行軌頂面的垂直距離，本測量系統(tǒng)中為62mm ；
[0038]H1+測量攝像頭鏡頭的中心距離圖像傳感器表面的垂直距離，本測量系統(tǒng)中為4mm ；
[0039]β 一所用圖像傳感器每像素對應(yīng)的實際寬度，本測量系統(tǒng)采用1/3英寸CXD傳感器，靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm，對應(yīng)像素1024*768，因此β取值為4.8/1024，單位是mm/pixle;[0040]LEN1—接觸軌所成圖像的寬度，單位為pixel，該測量系統(tǒng)中即為(Xb-Xa)；
[0041]LENtl—接觸軌實際寬度，單位mm，本測量系統(tǒng)針對的接觸軌寬度為92mm ;根據(jù)以上參數(shù)，可將水平間距L及垂直間距H的計算總結(jié)成如下方式:
[0042]水平間距L:
【權(quán)利要求】
1.一種軌道交通接觸軌測量裝置，其特征在于:它包括測量基準(zhǔn)車架、圖像采集及處理系統(tǒng)，測量基準(zhǔn)車架包括測量行走輪(24)、測量車體框架(25)、彈性壓緊輪(27)，彈性壓緊輪中的彈性壓緊裝置使測量行走輪(24)的兩個輪子始終緊貼在左右走行軌內(nèi)側(cè)，為測量水平距離L提供基準(zhǔn)，測量車體框架(25)用于保證測量行走輪(24)、彈性壓緊輪(27)中的輪子壓在走行軌頂面，為測量垂直高度H提供基準(zhǔn)；圖像采集和處理系統(tǒng)包括測量攝像機(jī)(22)、面光源或一字激光光源(21)、測量懸臂(23)、測量計算機(jī)(26)，測量懸臂(23)用于保證測量攝像機(jī)(21)相對于測量車架固定不動，同時測量攝像機(jī)的攝像頭處于接觸軌正下方，使用面光源照亮接觸軌邊沿或者使用一字激光器形成線光斑，測量計算機(jī)(26)處理由測量攝像頭采集回來的圖像數(shù)據(jù)得到測量數(shù)據(jù)，并計算得出水平距離L及垂直高度H。
2.一種軌道交通接觸軌測量方法，其特征在于包括以下測量步驟: 1)僅使用一個測量攝像機(jī)，將測量攝像機(jī)的攝像頭置于接觸軌正下方，使用面光源照亮接觸軌邊沿或者使用一字激光器形成線光斑，測量攝像頭所成圖像中，形成包含接觸軌邊沿或激光光斑的圖像區(qū)域； 2)首先鎖定接觸軌左側(cè)邊沿識別區(qū)域和右側(cè)邊沿識別區(qū)域，在這兩個區(qū)域中使用邊沿提取算法，得到左側(cè)接觸軌邊沿直線、右側(cè)接觸軌邊沿直線，選擇所選區(qū)域中心所在的縱坐標(biāo)，可計算出該縱坐標(biāo)下左側(cè)接觸軌邊沿所在點A的坐標(biāo)(XA，Ya)，和右側(cè)接觸軌邊沿所在點B的坐標(biāo)(XB，Yb)，則可以得到識別中心C的坐標(biāo)(X。，Yc)，同時得到接觸軌在圖像中的寬度LEN1，單位為pixel，即為(Xb-Xa) ;3)水平間距L、垂直高度H，可由以下方式求出:
水平間距 L: L=Ltl+a* (X0-Xc);
垂直間距 H = H=Hc^HfLEN0* β /LEN1; Ltl一測量攝像頭CXD傳感`器的中心距離走行軌內(nèi)側(cè)的距離， X。一接觸軌在標(biāo)準(zhǔn)水平位置時，其中心在圖像中的實際水平位置， α一接觸軌在當(dāng)前高度時X方向每毫米對應(yīng)的測量攝像頭圖像中的像素值， Xc一中點坐標(biāo)，即為(?-?) /2; H。一測量攝像頭鏡頭的中心距離走行軌頂面的垂直距離， H1—測量攝像頭鏡頭的中心距離圖像傳感器表面的垂直距離，β —所用圖像傳感器每像素對應(yīng)的實際寬度，LEN1—接觸軌所成圖像的寬度，單位為pixel, LENtl—接觸軌實際寬度。
【文檔編號】B61K9/08GK103863357SQ201410108315
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】梁虎, 壽煥忠, 曹正文, 王培森, 李少華 申請人:杭州海聚動力科技有限公司