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基于激光掃描技術(shù)的鐵路限界檢測裝置的制作方法

文檔序號:4018197閱讀:519來源:國知局
專利名稱:基于激光掃描技術(shù)的鐵路限界檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種鐵路限界檢測裝置,特別是涉及一種基于激光掃描技術(shù)的鐵路限界檢測裝置。
背景技術(shù)
鐵路限界是一個和線路中心線垂直的極限橫斷面輪廓。在此輪廓內(nèi),除機(jī)車車輛和與機(jī)車車輛有相互作用的設(shè)備(車輛減速器,路簽授受器,接觸電線及其他)外,其他設(shè)備或建筑物均不得侵入。目前鐵路限界傳統(tǒng)檢測方法主要是人工定點測量,存在著測量精度低、速度慢、工作量大、效率低等缺陷,且定點測量的局限性決定了其測量結(jié)果并不能詳盡描述整條線路的限界狀態(tài)。中國專利公開了兩種限界動態(tài)檢測裝置,一種是基于數(shù)字相機(jī)處理技術(shù),在車頂安裝兩臺數(shù)字相機(jī)及GPS天線,對鐵路周邊物體進(jìn)行檢測;另一種是綜合了激光、微波、攝像等技術(shù)的車載式鐵路限界在線檢測系統(tǒng)。此兩種檢測裝置存在以下缺陷檢測設(shè)備數(shù)量過多,對鐵路限界做到完全檢測至少需要安裝四臺以上設(shè)備,且連接關(guān)系復(fù)雜;數(shù)字相機(jī)存在邊緣效應(yīng),降低了限界檢測精度,且易受到外界光照影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種安裝部署簡單、操作方便、測試精度高的基于激光掃描技術(shù)的鐵路限界檢測裝置。本發(fā)明由激光掃描傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、速度里程模塊、坐標(biāo)歸算模塊、處理主機(jī)和顯示輸出模塊等組成;利用激光掃描傳感器來實時獲取線路橫斷面的輪廓,同時利用旋轉(zhuǎn)編碼器獲取車輛在前進(jìn)方向移動的距離。激光掃描傳感器安裝在車輛端部車鉤外側(cè),在此位置處車輛自身部件不會對測量形成遮擋,該裝置可永久或臨時安裝在鐵路車輛上。旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在車輪軸頭上,隨著車輪的轉(zhuǎn)動等間距地向處理主機(jī)提供脈沖信號。速度里程模塊接受編碼器發(fā)出的脈沖信號來計算車輛運(yùn)行的速度和里程。坐標(biāo)歸算模塊根據(jù)掃描激光掃描傳感器得到的左右側(cè)鋼軌輪廓,計算得到軌頂點坐標(biāo)和軌距點坐標(biāo),并將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到軌道坐標(biāo)上。處理主機(jī)安裝在車輛車廂內(nèi),處理主機(jī)根據(jù)速度里程信息來對激光掃描傳感器提供的線路斷面尺寸進(jìn)行里程定位,并將所有檢測點的數(shù)據(jù)與規(guī)定的限界值進(jìn)行比較,就可判斷被測點是否滿足限界要求。本發(fā)明的工作原理為激光掃描傳感器的發(fā)射鏡頭在360度范圍內(nèi)高速旋轉(zhuǎn),使激光束向橫斷面內(nèi)各個方向發(fā)射。激光束經(jīng)被測物體反射后返回到激光傳感器內(nèi)的接收器,通過計算從激光脈沖從發(fā)出到返回接收所經(jīng)歷的時間,即可測定被測物到激光傳感器坐標(biāo)中心的距離。激光掃描傳感器掃描一次,即可獲得量程范圍內(nèi)所有被測物基于傳感器坐標(biāo)的輪廓數(shù)據(jù)。
激光掃描傳感器將掃描的檢測數(shù)據(jù)實時傳輸至坐標(biāo)歸算模塊,坐標(biāo)歸算模塊對接收到的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,根據(jù)鋼軌特征識別出鋼軌坐標(biāo)位置后,將檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以鋼軌頂面連線中點為原點,以鋼軌頂面連線為χ軸,以垂直于鋼軌頂面連線為Y軸的軌道坐標(biāo)數(shù)據(jù)。歸算后的檢測數(shù)據(jù)傳輸至處理主機(jī)。處理主機(jī)將歸算后的鐵路線路空間輪廓數(shù)據(jù)與同一坐標(biāo)系下的限界尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,就可以判斷鐵路線路空間內(nèi)是否存在侵入限界的物體,如果侵限,還可以得到侵限的部位和侵限的數(shù)值。旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信息經(jīng)過速度里程模塊處理轉(zhuǎn)換為速度、里程信息,傳輸至處理主機(jī),處理主機(jī)實時將里程信息與激光掃描檢測數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián),從而確定激光掃描檢測數(shù)據(jù)的具體里程位置(Z坐標(biāo))。至此,通過車載檢測就可以連續(xù)得到的鐵路線路空間限界(X,Y,Z)數(shù)據(jù)。根據(jù)檢測數(shù)據(jù),顯示輸出模塊可顯示鐵路空間輪廓的3維立體圖像以及各種2維視圖。本發(fā)明的特點及優(yōu)點是1.系統(tǒng)集成化程度高,安裝方便,適用范圍廣。2.限界檢測數(shù)據(jù)實時歸算到軌道坐標(biāo)系上,可有效消除車體振動對檢測結(jié)果的影響。3.限界檢測數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確定位到線路里程,便于指導(dǎo)后續(xù)現(xiàn)場處理工作。4.對于不同線路區(qū)段如直線段、曲線段和緩和曲線段,結(jié)合里程信息可動態(tài)設(shè)定相應(yīng)的限界評價標(biāo)準(zhǔn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框2是本發(fā)明的安裝示意3是本發(fā)明的檢測結(jié)果圖
具體實施例方式為了對本發(fā)明基于激光掃描技術(shù)的鐵路限界檢測裝置所具有的特征闡述的更加清楚,下面結(jié)合附圖以及實施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是基于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖,本裝置包括激光掃描傳感器(1)、坐標(biāo)歸算模塊 O),旋轉(zhuǎn)編碼器(3)、速度里程模塊G)、處理主機(jī)(5),顯示輸出模塊(6)。其中激光掃描傳感器安裝在車鉤前端,旋轉(zhuǎn)編碼器C3)安裝在鐵路車輛的軸箱上;處理主機(jī)、顯示輸出模塊、坐標(biāo)歸算模塊以及速度里程模塊部署在車輛車廂內(nèi)。該檢測裝置可通過車載電源或蓄電池來供電。圖2是傳感器安裝示意圖。激光掃描傳感器(1)由安裝支架固定在軌道車(7)的車鉤(8)前端,安裝支架保證了激光掃描傳感器的掃描斷面垂直于軌道,且掃描區(qū)域內(nèi)無車輛自身部件;旋轉(zhuǎn)編碼器(4)安裝在鐵路車輛的軸箱上。激光掃描傳感器(1)將實時采集的檢測數(shù)據(jù)實時傳輸至坐標(biāo)歸算模塊后(2),坐標(biāo)歸算模塊(2)首先根據(jù)鋼軌特征識別出鋼軌的軌頂點(軌頂最高點)和軌距點(鋼軌側(cè)面距軌頂點12mm處)位置,左軌頂點(X1,Y1)、軌距點(Χ3,Υ3),右軌頂點(Χ2,Υ2)、軌距點(X4,Y4)。激光掃描傳感器(1)實時采集的點數(shù)據(jù)(X,y)是基于其自身坐標(biāo)系的,坐標(biāo)歸算模塊(2)根據(jù)下述公式將檢測數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換為以鋼軌頂面連線中點為原點,以鋼軌頂面連線為X軸,以垂直于鋼軌頂面連線為Y軸的軌道坐標(biāo)數(shù)據(jù)(χ' ,1')。χ' = (x_x_center)氺cos θ+(y_y_center)氺sin θ ;y ‘ = (y_y_center)氺cos θ_(x_x_center)氺sin θ ;其中x_center = X3+(X4-X3)/2 y_center = min (Y1,Y2) +abs (Y1-Y2) /2θ = arcsin ((Υ2-Υ1) /sqrt ((Υ2-Υ1)2+ (Χ2-Χ1)2))。對于每次掃描數(shù)據(jù),坐標(biāo)歸算模塊( 都進(jìn)行上述計算將檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到軌道坐標(biāo)系,因此就從根本上消除了車體振動對檢測數(shù)據(jù)的影響,通過對同一坐標(biāo)系下的建筑限界規(guī)定值和檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,當(dāng)被測物的數(shù)值小于限界規(guī)定值時,則可判定該處有物體侵入限界。圖3是檢測結(jié)果示意圖,圖中藍(lán)線所示為建筑限界(9)示意值,紅色點為線路橫斷面內(nèi)所有建筑物與設(shè)備的輪廓點(10)。圖中右下部有紅色點小于建筑限界值,即為相關(guān)建筑物侵入建筑限界。建筑限界(9)為預(yù)先設(shè)定的一組數(shù)據(jù)點,可根據(jù)線路區(qū)段的不同進(jìn)行動態(tài)設(shè)定。旋轉(zhuǎn)編碼器( 發(fā)出的脈沖信息經(jīng)過速度里程模塊(4)轉(zhuǎn)換為速度、里程信息,傳輸至處理主機(jī)(5),處理主機(jī)( 將接收到的里程信息與激光掃描數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián),則每條掃描數(shù)據(jù)都可以對于到實際的線路里程上;在顯示輸出模塊上就可顯示鐵路線路空間輪廓的 3維立體數(shù)據(jù)了。以上所述僅為本發(fā)明的實施例,但不能以此限定本發(fā)明實施的范圍,即大凡依照本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所做的等同變化及修飾,皆屬于本發(fā)明專利所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于激光掃描技術(shù)的鐵路限界檢測裝置,其特征在于所述鐵路限界檢測裝置包括實時獲取線路斷面輪廓的激光掃描傳感器; 獲取車輛在前進(jìn)方向移動距離的旋轉(zhuǎn)編碼器;接收旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信號來計算車輛運(yùn)行的速度和里程的速度里程模塊; 根據(jù)掃描激光掃描傳感器得到的左右側(cè)鋼軌輪廓,計算得到軌頂點坐標(biāo)和軌距點坐標(biāo),并將線路斷面輪廓測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到軌道坐標(biāo)上的坐標(biāo)歸算模塊;根據(jù)速度里程信息來對線路斷面進(jìn)行里程定位,并將所有檢測點的數(shù)據(jù)與規(guī)定的限界值進(jìn)行比較,判斷被測點是否滿足限界要求的處理主機(jī);顯示輸出模塊,所述顯示輸出模塊提供檢測結(jié)果的圖形化顯示和打印輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵路限界檢測裝置,其特征在于所述激光掃描傳感器的激光束在360度范圍內(nèi)高速旋轉(zhuǎn),從而可獲取鐵路線路橫斷面內(nèi)被測物的輪廓。
3.如權(quán)利要求1所述的鐵路限界檢測裝置,其特征在于所述激光掃描傳感器安裝在車輛端部車鉤外側(cè),避免車體本身對激光傳感器的遮擋,該裝置可永久或臨時安裝在鐵路車輛上。
4.如權(quán)利要求1所述的鐵路限界檢測裝置,其特征在于所述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在車輪軸頭上,隨著車輪的轉(zhuǎn)動等間距地向速度里程模塊提供脈沖信號。
5.如權(quán)利要求1所述的鐵路限界檢測裝置,其特征在于所述坐標(biāo)歸算模塊基于鋼軌掃描數(shù)據(jù)來擬合得到左右鋼軌的軌頂點、軌距點坐標(biāo),并進(jìn)而將原始檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到軌道坐標(biāo)系上。
6.如權(quán)利要求1所述的鐵路限界檢測裝置,其特征在于處理主機(jī)和顯示輸出模塊安裝在車輛車廂內(nèi)。
全文摘要
一種基于激光掃描技術(shù)的鐵路限界檢測裝置,包括激光掃描傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、速度里程模塊、坐標(biāo)歸算模塊、處理主機(jī)和顯示輸出模塊。該檢測裝置結(jié)構(gòu)緊湊,便于安裝,應(yīng)用范圍廣,適用于鐵路限界的車載檢測。
文檔編號B61K9/02GK102259653SQ201110228278
公開日2011年11月30日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者馮毅杰, 張格明, 暴學(xué)志, 柴雪松, 段培勇, 潘振, 薛峰 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所, 北京海淀路通鐵路新技術(shù)聯(lián)合開發(fā)公司
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