本發(fā)明涉及道路檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種軌檢車(chē)定位方法及裝置。

背景技術(shù)：

鐵路軌道的平順性是列車(chē)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。自從軌檢車(chē)生產(chǎn)應(yīng)用以來(lái)，一直作為軌道質(zhì)量檢測(cè)與維修的重要工具。軌距、軌向、高低、水平、曲率、三角坑等軌道幾何參數(shù)，是軌檢車(chē)的重點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，軌檢車(chē)的定位準(zhǔn)確性直接關(guān)系到上述幾何參數(shù)與鐵路軌道的真實(shí)一致性。因此，如何實(shí)現(xiàn)軌檢車(chē)的準(zhǔn)確、快速定位在實(shí)際軌道檢測(cè)中至關(guān)重要。

國(guó)內(nèi)外目前已經(jīng)出現(xiàn)的商業(yè)化軌檢車(chē)系統(tǒng)，高精度里程計(jì)是列車(chē)定位的主要方式，由于列車(chē)啟動(dòng)和制動(dòng)產(chǎn)生的列車(chē)蠕滑以及線(xiàn)路本身的不平順等影響，軌檢車(chē)的檢測(cè)里程相對(duì)于實(shí)際里程會(huì)有一定的漂移，造成實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)發(fā)生漂移，軌道線(xiàn)路幾何狀態(tài)檢車(chē)數(shù)據(jù)結(jié)果有較大誤差。

本發(fā)明為解決現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的缺陷與不足，通過(guò)已知坐標(biāo)的地面固定點(diǎn)標(biāo)識(shí)，采用雙目立體視覺(jué)技術(shù)，實(shí)時(shí)測(cè)量固定點(diǎn)相對(duì)軌檢車(chē)的水平距離與高差，完成軌檢車(chē)定位，解決軌檢車(chē)?yán)锍陶`差累計(jì)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)軌檢車(chē)位置定位校正。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服傳統(tǒng)測(cè)量手段累計(jì)誤差的不足，滿(mǎn)足軌檢車(chē)快速、準(zhǔn)確定位的要求，本發(fā)明提供了一種軌檢車(chē)定位方法及裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種規(guī)檢測(cè)定位方法，包括：

第一步，整體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；

第二步，雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定；

第三步，固定點(diǎn)圖像采集；

第四步，固定點(diǎn)三維重建；

第五步，軌檢車(chē)定位。

進(jìn)一步的，所述整體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換包括：

通過(guò)攝影測(cè)量，得到軌檢車(chē)與標(biāo)定板為整體的全局點(diǎn)，進(jìn)行整體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，將坐標(biāo)系固定在軌檢車(chē)同名點(diǎn)處。

進(jìn)一步的，所述雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定包括：

利用基于攝影測(cè)量得到的全局點(diǎn)，采集不同方位的標(biāo)定板圖像，進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，得到兩個(gè)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述固定點(diǎn)圖像采集包括：

軌檢車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)所述軌檢車(chē)到達(dá)固定點(diǎn)時(shí)，通過(guò)固定點(diǎn)下方的反光標(biāo)志，利用光信號(hào)觸發(fā)相機(jī)采集固定點(diǎn)圖像。

進(jìn)一步的，所述固定點(diǎn)三維重建包括：

對(duì)采集的固定點(diǎn)圖像進(jìn)行標(biāo)志點(diǎn)檢測(cè)，利用兩個(gè)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)對(duì)固定點(diǎn)三維重建。

進(jìn)一步的，所述軌檢車(chē)定位包括：

利用傾角傳感器傳回的傾角數(shù)據(jù)，完成軌檢車(chē)上坐標(biāo)系的校正，得到固定點(diǎn)相對(duì)軌檢車(chē)的水平距離與高差，完成軌檢車(chē)定位。

進(jìn)一步的，所述利用基于攝影測(cè)量得到的全局點(diǎn)，采集不同方位的標(biāo)定板圖像，進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，得到兩個(gè)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)包括：

利用第一步得到的所述全局點(diǎn)，采集不同方位的標(biāo)定板圖像進(jìn)行標(biāo)定，求取兩個(gè)黑白相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)，將雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)中世界坐標(biāo)系位置固定于軌檢車(chē)同名點(diǎn)處。

進(jìn)一步的，所述軌檢車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)所述軌檢車(chē)到達(dá)固定點(diǎn)時(shí)，通過(guò)固定點(diǎn)下方的反光標(biāo)志，利用光信號(hào)觸發(fā)相機(jī)采集固定點(diǎn)圖像包括：

通過(guò)固定點(diǎn)下方的反光標(biāo)識(shí)，利用光信號(hào)的觸發(fā)黑白相機(jī)，完成圖像采集。

進(jìn)一步的，采用的自適應(yīng)漸進(jìn)式立體匹配方法重建固定點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還提供一種軌檢車(chē)定位裝置，包括：軌檢車(chē)，所述軌檢車(chē)上安裝有橫梁，左相機(jī)、右相機(jī)、led燈、傾角傳感器和光電傳感器；所述左相機(jī)、所述右相機(jī)和所述led燈安裝在橫梁上位于軌檢車(chē)同側(cè)，所述傾角傳感器安裝在所述軌檢車(chē)車(chē)輪中間，所述光電傳感器安裝與所述左相機(jī)和所述右相機(jī)對(duì)應(yīng)位置的橫梁下方。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)由于本方法將雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中世界坐標(biāo)固定在軌檢車(chē)上同名點(diǎn)處，每次計(jì)算所得固定點(diǎn)空間位置是相對(duì)采集該固定點(diǎn)圖像時(shí)刻軌檢車(chē)的空間位置。

(2)由于本方法對(duì)已知坐標(biāo)的固定點(diǎn)進(jìn)行三維重建，獲取固定點(diǎn)到軌檢車(chē)的相對(duì)位置，完成軌檢車(chē)的定位，每個(gè)固定點(diǎn)是獨(dú)立的，且坐標(biāo)先前保存于系統(tǒng)中的，每次到達(dá)固定點(diǎn)位置時(shí)，采集固定點(diǎn)圖像進(jìn)行固定點(diǎn)三維重建，故每次采集的固定點(diǎn)圖像也是獨(dú)立的。不存在傳統(tǒng)里程計(jì)的誤差累計(jì)問(wèn)題。消除了因誤差累積造成的軌道幾何參數(shù)誤差。

(3)由于本發(fā)明方法通過(guò)固定點(diǎn)下方的反光標(biāo)志，利用光信號(hào)觸發(fā)相機(jī)采集固定點(diǎn)圖像，該圖像可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速采集。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中軌檢車(chē)定位方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中軌檢車(chē)定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中采用標(biāo)定板圖；

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中固定點(diǎn)三維重建圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-4及具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明：

在一個(gè)實(shí)施示例中，本發(fā)明公開(kāi)了一種軌檢車(chē)定位方法。

如圖1所示，所述方法包括以下步驟：

第一步，整體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，通過(guò)攝影測(cè)量，得到軌檢車(chē)與標(biāo)定板為整體的全局點(diǎn)，進(jìn)行整體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，將坐標(biāo)系固定在軌檢車(chē)同名點(diǎn)處。

第二步，雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定，利用基于攝影測(cè)量得到的全局點(diǎn)，采集不同方位的標(biāo)定板圖像，進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，得到兩個(gè)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)。

第三步，固定點(diǎn)圖像采集，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)軌檢車(chē)到達(dá)固定點(diǎn)時(shí)，通過(guò)固定點(diǎn)下方的反光標(biāo)志，利用光信號(hào)觸發(fā)相機(jī)采集固定點(diǎn)圖像。

第四步，固定點(diǎn)三維重建，對(duì)采集的固定點(diǎn)圖像進(jìn)行標(biāo)志點(diǎn)檢測(cè)，利用兩個(gè)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)對(duì)固定點(diǎn)三維重建。

第五步，軌檢車(chē)定位，利用傾角傳感器傳回的傾角數(shù)據(jù)，完成軌檢車(chē)上坐標(biāo)系的校正，得到固定點(diǎn)相對(duì)軌檢車(chē)的水平距離與高差，完成軌檢車(chē)定位。

以靜態(tài)測(cè)量軌道幾何參數(shù)為例，圖2所示為本發(fā)明提供的一種軌檢車(chē)定位裝置，包括軌檢車(chē)9，軌檢車(chē)9上安裝一個(gè)橫梁8，左相機(jī)3、右相機(jī)1、led燈2、傾角傳感器10和光電傳感器7。左相機(jī)3、右相機(jī)1、led燈2安裝在橫梁8上，位于軌檢車(chē)9一側(cè)，根據(jù)固定點(diǎn)4與軌檢車(chē)9的距離及采集速度選擇相機(jī)及鏡頭。傾角傳感器10安裝在軌檢車(chē)9車(chē)輪中間位置，光電傳感器7安裝在裝有相機(jī)的橫梁8下方。其中，左相機(jī)3和右相機(jī)1為雙目黑白相機(jī)。

本發(fā)明提供的軌檢車(chē)定位方法包括：

第一步，整體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。

參見(jiàn)圖2，固定軌檢車(chē)9，將標(biāo)定板放置在與固定點(diǎn)4到軌檢車(chē)距離相同的位置，正對(duì)雙目黑白相機(jī)1和3，調(diào)整相機(jī)的焦距與光圈，保證相機(jī)采集到的圖像清晰。所用標(biāo)定板是印有編碼標(biāo)志點(diǎn)與非編碼標(biāo)志點(diǎn)的環(huán)形標(biāo)志點(diǎn)，如圖3所示。在標(biāo)定板與軌檢車(chē)之間錯(cuò)落均勻地放置編碼標(biāo)志點(diǎn)，進(jìn)行攝影測(cè)量。攝影測(cè)量技術(shù)屬于現(xiàn)有技術(shù)，作為事例，實(shí)施過(guò)程中可以采用文獻(xiàn)“大型復(fù)雜曲面產(chǎn)品近景工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”(張德海，梁晉，唐正宗等。光電工程，2009)所提出的攝影測(cè)量方案。利用攝影測(cè)量，將軌檢車(chē)與標(biāo)定板作為整體，得到全局點(diǎn)。對(duì)全局點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將該整體的坐標(biāo)系固定在軌檢車(chē)同名點(diǎn)處。例如圖2中軌檢車(chē)9上標(biāo)有5個(gè)同名點(diǎn)6，這5個(gè)同名點(diǎn)6在同一平面上，中間位置豎直方向的3個(gè)同名點(diǎn)6中心共線(xiàn)并垂直于軌檢車(chē)9水平面，同名點(diǎn)6的相對(duì)位置關(guān)系已知，將整體坐標(biāo)系做旋轉(zhuǎn)平移處理，完成整體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，圖2所示的x、y、z坐標(biāo)系示出了本發(fā)明軌檢車(chē)坐標(biāo)系位置及方向。

第二步，雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定。

通過(guò)第一步攝影測(cè)量及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到標(biāo)定板編碼標(biāo)識(shí)點(diǎn)與非編碼標(biāo)志點(diǎn)的空間坐標(biāo)，相對(duì)空間位置已確定。標(biāo)定時(shí)，將標(biāo)定板上編碼點(diǎn)與非編碼點(diǎn)作為全局點(diǎn)導(dǎo)入標(biāo)定系統(tǒng)，采集首張標(biāo)定圖像時(shí)，必須保證標(biāo)定板與軌檢車(chē)保持?jǐn)z影測(cè)量時(shí)的相對(duì)空間位置關(guān)系；然后在相機(jī)測(cè)量視場(chǎng)內(nèi)，改變相機(jī)或標(biāo)定板的姿位，控制相機(jī)同步采集標(biāo)定圖像。對(duì)采集的標(biāo)定圖像進(jìn)行處理，進(jìn)行整體一次性解算，得到兩個(gè)相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。此時(shí)，標(biāo)定完成的雙目測(cè)量系統(tǒng)中，世界坐標(biāo)系位置與第一步中軌檢車(chē)同名點(diǎn)處的坐標(biāo)系位置為同一位置，即圖2所示的x、y、z坐標(biāo)系位置。標(biāo)定相機(jī)時(shí)，注意標(biāo)定幅面的選擇，保證固定點(diǎn)4到軌檢車(chē)9的距離在相機(jī)的測(cè)量景深范圍內(nèi)。

第三步，固定點(diǎn)圖像采集。

運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)軌檢車(chē)9到達(dá)固定點(diǎn)4時(shí)，軌檢車(chē)9上的光電傳感器7接收到固定點(diǎn)4下方的反光標(biāo)識(shí)5反射的光線(xiàn)，發(fā)出脈沖信號(hào)，觸發(fā)相機(jī)，相機(jī)在0.002秒內(nèi)完成固定點(diǎn)4圖像采集，整個(gè)過(guò)程不需要進(jìn)行人工干預(yù)，并且快速完成，保證相機(jī)可以采集到固定點(diǎn)4圖像。

第四步，固定點(diǎn)三維重建。

對(duì)采集到的固定點(diǎn)圖像進(jìn)行標(biāo)志點(diǎn)檢測(cè)，利用外極線(xiàn)對(duì)黑白相機(jī)1和3同時(shí)拍攝的兩幅固定點(diǎn)圖像中標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行匹配，然后利用第二步中得到的兩個(gè)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)，基于三角測(cè)量原理即可完成固定點(diǎn)的三維重建。

作為示例，本實(shí)施例中可以采用文獻(xiàn)“用于三維變形測(cè)量的數(shù)字圖像相關(guān)系統(tǒng)”(唐正宗,梁晉,郭成等.光學(xué)精密工程,2010)所提出的圖像立體匹配和三維坐標(biāo)重建方法。

第五步，軌檢車(chē)定位。

在第四步中已經(jīng)得到固定點(diǎn)在軌檢車(chē)同名點(diǎn)處坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，如果軌檢車(chē)處于水平狀態(tài)，無(wú)任何傾斜角度，則該結(jié)果即為固定點(diǎn)4相對(duì)軌檢車(chē)9的相對(duì)位置，固定點(diǎn)4的x坐標(biāo)為軌檢車(chē)9相對(duì)固定點(diǎn)4的軌向偏移量，y坐標(biāo)即固定點(diǎn)4相對(duì)軌檢車(chē)9的水平距離，z坐標(biāo)即為固定點(diǎn)4相對(duì)軌檢車(chē)9的高差。在實(shí)際測(cè)量中，軌檢車(chē)9一般都會(huì)發(fā)生一定的傾斜，通過(guò)傾角傳感器10，可以得到軌檢車(chē)9相對(duì)各個(gè)軸發(fā)生的傾斜角度。根據(jù)各傾角大小，判斷主要誤差，進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換及幾何長(zhǎng)度補(bǔ)償。對(duì)軌檢車(chē)9上坐標(biāo)系校正，得到固定點(diǎn)4的坐標(biāo)，完成軌檢車(chē)9定位。

本發(fā)明提供的軌檢車(chē)定位方法，通過(guò)地面已知坐標(biāo)的固定點(diǎn)，采用兩個(gè)相機(jī)采集其圖像并重建固定點(diǎn)，再通過(guò)傾角傳感器得到的傾角數(shù)據(jù)，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算固定點(diǎn)相對(duì)軌檢車(chē)水平距離與高差，完成軌檢車(chē)的定位。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定的專(zhuān)利保護(hù)范圍。