本實用新型屬于鐵路岔道檢測領域，尤其是涉及一種控制系統(tǒng)及鐵路道岔檢測裝置。

背景技術：

道岔是一種使火車從一股道轉(zhuǎn)入另一股道的線路連接設備。通常在車站、編組站有大量鋪設。道岔種類繁多、構(gòu)造復雜。高速道岔的特點是具有高安全性、高平順性、高穩(wěn)定性和較高的容許通過速度，保證列車平穩(wěn)、舒適的運行，因此高速道岔均采用18號以上的單開道岔、可動心軌轍叉，適用于跨區(qū)間無縫線路。

道岔常見的病害有尖軌降低值問題等問題，養(yǎng)護維修注重基本軌尖軌是否密貼、尖軌是否爬行、各部螺栓是否松動等。

然而，現(xiàn)有技術中的道岔檢測方法是人工檢測，采用的工具有塞尺、鋼板尺或游標卡尺等。人工檢測的缺點在于：檢測速度慢、檢測結(jié)果不準確。

因而，如何提高鐵路道岔檢測的速度以及如何提高檢測結(jié)果的準確性成為人們亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種控制系統(tǒng)及鐵路道岔檢測裝置。以緩解現(xiàn)有技術中的鐵路道岔檢測存在的檢測速度慢、檢測結(jié)果不準確的技術問題。

本實用新型公開了一種控制系統(tǒng)，包括控制單元、行進單元和設置于所述行進單元上的采集單元和報警單元；

所述采集單元，與所述行進單元和所述控制單元連接，用于在所述行進單元運動過程中采集行進單元的定位數(shù)據(jù)并將所述定位數(shù)據(jù)傳遞至所述控制單元，還用于采集待測物的三維點云數(shù)據(jù)，并將所述三維點云數(shù)據(jù)傳遞至所述控制單元；

所述控制單元，用于根據(jù)所述三維點云數(shù)據(jù)和所述定位數(shù)據(jù)提取控制指令，并將所述控制指令發(fā)送至所述報警單元；

所述報警單元，用于接收所述控制單元的控制指令，根據(jù)所述控制指令輸出報警信號以提示待測物發(fā)生故障。

更進一步地，所述控制單元用于：

獲取目標群的三維點云數(shù)據(jù)以及定位數(shù)據(jù)；

根據(jù)目標群的三維點云數(shù)據(jù)，判斷三維點云相對于軌道的標高，根據(jù)目標群的標準標高，在三維點云的標高與目標群的標準標高相匹配的情況下確定目標群；

根據(jù)目標物的特定形貌特征在目標群的三維點云數(shù)據(jù)中識別出扣件；

判定得到所述扣件后，根據(jù)定位數(shù)據(jù)、前后軌枕距離以及前一軌枕編號推算當前軌枕編號，并根據(jù)當前軌枕編號提取其余各部件的標準三維點云數(shù)據(jù)；

獲取其余各部件的三維點云數(shù)據(jù)以及定位數(shù)據(jù)，利用模型解算方法判定其余各部件，并將其余各部件的三維點云數(shù)據(jù)與標準三維點云數(shù)據(jù)相比對，當其余各部件的三維點云數(shù)據(jù)與標準三維點云數(shù)據(jù)不相匹配時，發(fā)出控制指令。

更進一步地，所述目標群至少包括有扣件、滑床臺、頂鐵、基本軌、可動心軌、尖軌、螺栓、可動心軌、尖軌。

更進一步地，所述采集單元包括有激光傳感器，所述激光傳感器用于采集待測物的三維點云數(shù)據(jù)。

更進一步地，所述采集單元還包括有編碼器，用于獲取所述行進單元的定位數(shù)據(jù)，并將所述定位數(shù)據(jù)傳遞至所述激光傳感器，以觸發(fā)所述激光傳感器。

更進一步地，平行設置有多個所述激光傳感器，多個所述激光傳感器通過交換機與所述控制單元連接。

更進一步地，所述激光傳感器為線結(jié)構(gòu)激光傳感器、雙目視覺相機或者激光雷達中的任意一種。

更進一步地，所述采集單元還包括與所述激光傳感器電連接的激光器控制器，用于將定位數(shù)據(jù)發(fā)送至多個所述激光傳感器以同步觸發(fā)多個所述激光傳感器，以及給多個所述激光傳感器供電。

本實用新型還公開了一種采用上述控制系統(tǒng)的鐵路道岔檢測裝置，

所述行進單元包括有車體、可折疊地安裝于所述車體中部的推桿，以及與所述車體可拆卸連接的檢測箱體，所述激光傳感器設置于所述檢測箱體內(nèi)，所述編碼器設置于所述車體上。

更進一步地，所述行進單元上設置有電源裝置，所述電源裝置用于給所述激光傳感器、所述編碼器、所述控制單元和所述報警單元供電。

結(jié)合上述技術方案：

本實用新型公開了一種控制系統(tǒng)，包括控制單元，還包括：行進單元和設置于所述行進單元上的采集單元和報警單元；所述采集單元，與所述行進單元和所述控制單元連接，用于在所述行進單元運動過程中采集行進單元的定位數(shù)據(jù)并將所述定位數(shù)據(jù)傳遞至所述控制單元，還用于采集待測物的三維點云數(shù)據(jù)，并將所述三維點云數(shù)據(jù)傳遞至所述控制單元；所述報警單元，用于接收所述控制單元的控制指令，根據(jù)所述控制指令輸出報警信號以提示待測物發(fā)生故障。由于包括有上述控制單元，因而檢測速度快、檢測結(jié)果更加準確。

采用本實用新型提供的鐵路道岔檢測裝置的檢測方法說明如下：通過線結(jié)構(gòu)激光傳感器獲取目標群的三維點云數(shù)據(jù)，判斷三維點云相對于軌道的標高，根據(jù)目標群的標準標高，在三維點云的標高與目標群的標準標高相匹配的情況下確定目標群；根據(jù)目標物的特定形貌特征在目標群的三維點云數(shù)據(jù)中識別出扣件；判定得到所述扣件后，根據(jù)定位數(shù)據(jù)、前后軌枕距離以及前一軌枕編號推算當前軌枕編號，并根據(jù)當前軌枕編號提取其余各部件的標準三維點云數(shù)據(jù)；線結(jié)構(gòu)激光傳感器獲取其余各部件的三維點云數(shù)據(jù)以及定位數(shù)據(jù)，利用模型解算方法判定目標物，在各部件的三維點云數(shù)據(jù)與標準三維點云數(shù)據(jù)不相匹配的情況下，判定發(fā)生故障，控制單元發(fā)送控制指令至報警單元，報警單元接收所述控制指令后發(fā)出報警信號。運行速度較快，工作效率高。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型提供的控制系統(tǒng)的原理圖；

圖2為實施例5提供的鐵路道岔檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記：

1-行進單元； 2-控制單元； 11-車體；

12-推桿。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

實施例1

本實施例的目的在于提供一種模型解算方法，該模型解算方法可用于鐵路道岔的自動化檢測，具體而言，包括以下步驟：

獲取三維點云數(shù)據(jù)以及定位數(shù)據(jù)；

根據(jù)三維點云數(shù)據(jù)，判斷三維點云相對于軌道的標高，根據(jù)目標群的標準標高，在三維點云的標高與目標群的標準標高相匹配的情況下確定目標群；

根據(jù)目標物的特定形貌特征在目標群的三維點云數(shù)據(jù)中識別出各個目標物；

根據(jù)目標物的三維點云數(shù)據(jù)對目標物進行參數(shù)解算。

上述模型解算方法是基于：

鐵路道岔的各個組成部件存在高度差，各個部件產(chǎn)生特定的標高，在一定高度的浮動范圍內(nèi)，同時存在多個部件，因而，根據(jù)采集的三維點云數(shù)據(jù)，判斷三維點云相對于軌道的標高，在三維點云的標高與目標群的標準標高相匹配的情況下即可確定目標群，目標群中存在干擾項，針對干擾項，需要對其進行排除，由于鐵路道岔的各個組成部件具有特定的輪廓形狀，對特定部件的輪廓形狀進行判定可精確鎖定目標物，即可實現(xiàn)從目標群中鎖定目標物。

本實施例的可選方案中，目標群至少包括有扣件、滑床臺、頂鐵、基本軌、可動心軌、尖軌、螺栓、可動心軌、尖軌，且上述各部件具有特定的三維點云數(shù)據(jù)，通過模型解算方法可以分別鎖定各個目標物。

本實施例對目標物進行參數(shù)解算，參數(shù)解算至少包括重心解算、傾斜度解算。通過目標物與其他部件的重心信息可以確定目標物與其他部件的距離信息。又由于在鐵路道岔檢測領域，鐵路道岔的組成結(jié)構(gòu)是相對固定的，因而部件與部件之間的距離相對固定，通過鎖定目標物與其他部件之間的距離信息可判定其他部件的種類。

現(xiàn)有技術中常用的解算方法是模型匹配方法：將待測物與預存于數(shù)據(jù)庫中的所有標準數(shù)據(jù)進行比對直至鎖定目標物，這種模型匹配方法的缺陷在于：運行數(shù)據(jù)量大，運行速度慢，如果硬件設施無法支持上述運算過程，則某些情況下不能直接在線得到結(jié)果，因而工作效率低下。

而本實施例提供的模型解算方法采用的是特定模型特征解算方法：根據(jù)三維點云數(shù)據(jù)，判斷三維點云相對于軌道的標高，根據(jù)目標群的標準標高，在三維點云的標高與目標群的標準標高相匹配的情況下確定目標群。因而排除了部分干擾物。然后根據(jù)目標物的特定形貌特征在目標群的三維點云數(shù)據(jù)中識別出各個目標物；最后根據(jù)目標物的三維點云數(shù)據(jù)對目標物進行參數(shù)解算。得到目標物的參數(shù)信息。這種解算方法基于鐵路道岔中各種部件的位置相對固定的，有效避免了模型匹配方法中的覆蓋式解算方式的運行數(shù)據(jù)量大以及運行速度慢的問題，運行速度較快，工作效率高。

實施例2

本實施例公開了一種控制單元2，該控制單元2可用于鐵路道岔的自動化檢測，該控制單元2采用了實施例1中的模型解算方法，具體而言，包括以下步驟：

獲取目標群的三維點云數(shù)據(jù)以及定位數(shù)據(jù)；

根據(jù)目標群的三維點云數(shù)據(jù)，判斷三維點云相對于軌道的標高，根據(jù)目標群的標準標高，在三維點云的標高與目標群的標準標高相匹配的情況下確定目標群；

根據(jù)目標物的特定形貌特征在目標群的三維點云數(shù)據(jù)中識別出扣件；

判定得到扣件后，根據(jù)定位數(shù)據(jù)、前后軌枕距離以及前一軌枕編號推算當前軌枕編號；并根據(jù)當前軌枕編號提取其余各部件的標準三維點云數(shù)據(jù)；

獲取其余各部件的三維點云數(shù)據(jù)以及定位數(shù)據(jù)，利用模型解算方法判定其余各部件，并將其余各部件的三維點云數(shù)據(jù)與標準三維點云數(shù)據(jù)相比對，當其余各部件的三維點云數(shù)據(jù)與標準三維點云數(shù)據(jù)不相匹配時，發(fā)出控制指令。

上述控制單元2還用于對三維點云數(shù)據(jù)進行分離、識別，提取鐵路軌道扣件各個部件的三維空間數(shù)據(jù)，并根據(jù)三維空間數(shù)據(jù)建立鐵路軌道扣件的三維模型；

進一步的，上述控制單元2，在鐵路軌道扣件三維模型的基礎上，分析計算扣件與墊板、扣件與絕緣板的間隙尺寸，并結(jié)合預先設定的鐵路檢查規(guī)則，判斷扣件緊固狀態(tài)是否滿足需求，獲取扣件緊固狀態(tài)的判斷數(shù)據(jù)；并將上述鐵路扣件的定位數(shù)據(jù)和扣件緊固狀態(tài)的判斷數(shù)據(jù)相結(jié)合完成鐵路扣件緊固狀態(tài)的檢查。

進一步的，上述控制單元2，還用于：將扣件表面三維點云獲取模塊獲取的扣件三維點云與標準扣件的三維點云進行比對，判斷扣件是否存在缺失、斷裂、錯位和異物入侵。

進一步的，上述控制單元2，包括：嵌入式計算機，該嵌入式計算機安裝于橫梁內(nèi)，橫梁內(nèi)還設置有電源模塊，該電源模塊包括：半球形光伏板主體、儲能裝置和電壓轉(zhuǎn)換器，該電源模塊用于為整個裝置提供電源；半球形光伏板主體安裝于橫梁上表面，用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，并由儲能裝置進行儲能，電壓轉(zhuǎn)換器進行將電壓轉(zhuǎn)換成符合供電條件的電壓向各個裝置進行供電；上述嵌入式計算機用于接收線結(jié)構(gòu)激光傳感器采集得到的三維點云數(shù)據(jù)，并根據(jù)該三維點云數(shù)據(jù)進行各部件狀態(tài)的判斷。

實施例3

本實施例公開了一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可用于鐵路道岔的自動化檢測，具體而言：

請參照圖1，包括實施例2中的控制單元2，還包括：行進單元1和設置于行進單元1上的采集單元和報警單元。

采集單元，與行進單元1和控制單元2連接，用于在行進單元1運動過程中采集行進單元1的定位數(shù)據(jù)并將定位數(shù)據(jù)傳遞至控制單元2，還用于采集待測物的三維點云數(shù)據(jù)，并將三維點云數(shù)據(jù)傳遞至控制單元2；

報警單元，用于接收控制單元2的控制指令，根據(jù)控制指令輸出報警信號以提示待測物發(fā)生故障。

本實施例的可選方案中，采集單元包括有編碼器，用于獲取行進單元1的定位數(shù)據(jù)，并將定位數(shù)據(jù)傳遞至激光傳感器，以觸發(fā)激光傳感器。優(yōu)選地，編碼器安裝于行走單元的中心軸上，該編碼器隨著行走輪的運動進行轉(zhuǎn)動，用于記錄行進單元1的行走位移和行走速度，從而獲取行進單元1的定位數(shù)據(jù)。

更進一步地，編碼器設置為光電編碼器和旋轉(zhuǎn)編碼器中的任意一種；上述編碼器和GPS定位器通過同步控制電路與線結(jié)構(gòu)激光傳感器相連接，該同步控制電路用于處理GPS定位器和編碼器輸入的信號，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)輸出脈沖信號控制上述線結(jié)構(gòu)激光傳感器進行數(shù)據(jù)采集。

本實施例的可選方案中，采集單元還包括有激光傳感器，激光傳感器用于采集待測物的三維點云數(shù)據(jù)。

本實施例的可選方案中，平行設置有多個激光傳感器，多個激光傳感器通過交換機與控制單元2連接。優(yōu)選地，激光傳感器包括有第一激光傳感器、第二激光傳感器、第三激光傳感器和第四激光傳感器。

本實施例的可選方案中，采集單元還包括與激光傳感器電連接的激光器控制器，用于將定位數(shù)據(jù)發(fā)送至多個激光傳感器以同步觸發(fā)多個激光傳感器，以及給多個激光傳感器供電。

上述可選方案中，激光傳感器為線結(jié)構(gòu)激光傳感器、雙目視覺相機或者激光雷達中的任意一種。較優(yōu)地，激光傳感器設置為線結(jié)構(gòu)激光傳感器。

需要說明的是，上述實施例中，行進單元1可以是在遙控的方式下自動行進，也可以是在車體11的橫梁的中間位置設置有推桿12，由人力推動小車前進。

實施例4

本實施例公開了一種鐵路道岔檢測方法，該鐵路道岔檢測方法可用于鐵路道岔的自動化檢測，具體而言，包括以下步驟：

步驟S1：通過線結(jié)構(gòu)激光傳感器獲取目標群的三維點云數(shù)據(jù)，判斷三維點云相對于軌道的標高，根據(jù)目標群的標準標高，在三維點云的標高與目標群的標準標高相匹配的情況下確定目標群；

步驟S2：根據(jù)目標物的特定形貌特征在目標群的三維點云數(shù)據(jù)中識別出扣件；

步驟S3：判定得到扣件后，根據(jù)定位數(shù)據(jù)、前后軌枕距離以及前一軌枕編號推算當前軌枕編號，并根據(jù)當前軌枕編號提取其余各部件的標準三維點云數(shù)據(jù)；

步驟S4：線結(jié)構(gòu)激光傳感器獲取其余各部件的三維點云數(shù)據(jù)以及定位數(shù)據(jù)，利用模型解算方法判定目標物，在各部件的三維點云數(shù)據(jù)與標準三維點云數(shù)據(jù)不相匹配的情況下，判定發(fā)生故障，控制單元2發(fā)送控制指令至報警單元，報警單元接收控制指令后發(fā)出報警信號。

需要說明的是：每一個軌枕具有特定的編號，不同編號的軌枕對應的部件并非一致，在確定軌枕編號后，可以獲得該軌枕編號對應的部件的標準三維點云數(shù)據(jù)，有效鎖定目標群，減少針對非目標群內(nèi)的部件的不必要的比對時間，工作效率更高。

更進一步地，控制單元2，還用于存儲扣件參數(shù)信息和扣件對應的其他部件的參數(shù)信息。參數(shù)信息的存儲有利于后期有效信息的查找以及分析，避免人為檢測而導致的信息丟失等問題。

實施例5

本實施例公開了一種鐵路道岔檢測裝置，該鐵路道岔檢測裝置可用于鐵路道岔的自動化檢測，該裝置采用實施例4中的檢測方法，具體而言：

請參照圖2，包括有：控制單元2、行進單元1、采集單元和報警單元。

本實施例的可選方案中，行進單元1包括有車體11和設置于車體11上的推桿12，推桿12可折疊地安裝于車體11中部。較為優(yōu)選地，推桿12包括有與車體11活動連接的豎桿和設置于豎桿頂部并與豎桿垂直的橫桿，橫桿通過連接件與支撐平臺連接，控制單元2可放置于支撐平臺上。其中，豎桿可沿鐵軌的延伸方向折疊，也可沿垂直于鐵軌的延伸方向折疊。橫桿可相對于豎桿折疊；橫桿與支撐平臺之間可折疊。當然為了保證操作過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在車體11與豎桿連接處、橫桿與豎桿連接處和橫桿與支撐平臺連接處均設置有鎖止單元，鎖止單元用于在推桿12定位完成后固定推桿12，避免推桿12在使用過程中移位。

上述可選方案中，推桿12作為驅(qū)動裝置驅(qū)動車體11前進，作為其中一種改進，推桿12可設置為電機自動驅(qū)動方式，例如在車體11上設置電機，電機的電機軸與行走輪連接，電機通過控制單元2控制，當控制單元2向電機發(fā)出控制指令時，電機驅(qū)動行走輪前進。上述控制指令例如可以是：前進、后退、加速、減速等?？刂茊卧?上可根據(jù)需要設置無極開關和檔位開關，或者設置觸屏開關，以實現(xiàn)檢測小車的多種不同驅(qū)動模式，滿足使用上的不同需求。

本實施例的可選方案中，控制單元2設置為工業(yè)計算機，工業(yè)計算機接收采集單元的的三維點云數(shù)據(jù)以及定位數(shù)據(jù)并提取相應的控制指令，并將上述控制指令發(fā)送至報警單元，以使報警單元在被測物發(fā)生故障時報警。

本實施例的可選方案中，采集單元和報警單元集成于檢測箱體內(nèi)，檢測箱體與行進單元1可拆卸連接,采集單元和報警單元集成于檢測箱體內(nèi)，例如集成于檢測箱體上方，在檢測箱體靠內(nèi)一側(cè)設置有接口，接口例如可以是交換機接口、網(wǎng)線接口、電源接口等。在使用過程中，電源通過電源接口給位于檢測箱體內(nèi)部的采集單元和報警單元供電。采集單元和報警單元通過網(wǎng)線接口與控制單元2電連接，采集單元采集的三維點云數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線接口傳輸至控制單元2，控制單元2根據(jù)三維點云數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)提取相應的控制指令，并將上述控制指令通過網(wǎng)線接口傳輸至報警單元，報警單元接收控制指令后發(fā)出報警信號以提示被測物發(fā)生故障。

檢測箱體與行進單元1可拆卸連接：在對鐵路道岔檢測完成之后，將檢測箱體與行進單元1分離，檢測箱體可放置于行進上方，因而可以有效精簡體積，避免本實用新型提供的道岔檢測小車在使用完成之后占用過多的體積。

上述可選方案中，采集單元包括編碼器和至少一個激光傳感器，編碼器與激光傳感器電連接。其中，激光傳感器，在被觸發(fā)后采集待測物的三維點云數(shù)據(jù)，并將三維點云數(shù)據(jù)傳遞至控制單元2。更進一步地，檢測箱體內(nèi)平行設置有多個激光傳感器，編碼器通過交換機與多個激光傳感器連接，相應地，檢測箱體上還設置有交換機接口。較優(yōu)選地，激光傳感器設置有4個。

上述可選方案中，采集單元還包括有與激光傳感器電連接的激光器控制器，用于使激光傳感器同步接收編碼器發(fā)送的定位數(shù)據(jù)，以及同步發(fā)送由激光傳感器輸出的三維點云數(shù)據(jù)，較優(yōu)選地，激光器控制器設置于檢測箱體的端部。

本實施例提供了一種鐵路道岔檢測裝置，采用了實施例4中的鐵路道岔檢測方法，控制單元2、行進單元1、采集單元和報警單元之間的信號傳遞以及控制實現(xiàn)了對鐵路道岔的實時檢測，且運行速度快、工作效率高。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。