一种便携式轮对参数检测仪

技术领域

本发明属于轨道车辆检测技术领域，具体地涉及一种用于测量轮对几何尺寸的便携式轮对参数检测仪。

背景技术

在轨道交通领域中，中国作为世界主要高铁产业国之一，自2008年开通高铁，其发展非常迅速，但是很多技术尚不成熟，仍处于起步阶段。轮对作为支撑列车行驶的重要部件，直接与钢轨接触，为列车提供行走时的动力与制动力。当列车在运行中频繁加速和紧急制动时，轮对受到轮轨力的作用而导致踏面几何参数的变化与擦伤的产生，进而引起轮对与轨道之间的异常撞击，给轨道及轨道路基带来冲击，影响列车行驶安全与乘客的舒适性。随着高速铁路与城市轨道交通的快速发展，待检测轮对数量不断增加，检测周期不断缩短，检测参数不断增多，对检测仪器的智能化需求日益迫切。

目前在轨道车辆轮对几何尺寸测量方面，国内高速动车组并没有完善的轮对几何尺寸测量的装置。究其原因，主要在于当前轮对参数检测的方法分为两种：(1)动态在线检测，虽然其不占车辆周转时间，具有高精度和高效率的特点，并多采用地面定置的非接触式测量，但成本造价较高，维护相对复杂，并且工作环境非常复杂，易受到工作现场电磁、电场和谐波等干扰，同时也可能受到列车上其他设备的干扰；(2)静态检测，其在传统上多采用机械量具，并采用接触式测量，但是测量过程依靠人工进行，易受人为因素干扰且效率较低，丹麦的MINIPROF便携式轮廓曲线检测仪，西南交通大学张英春和周文祥的五连杆机构的WP-C型便携式车轮外形测量仪均属于此类。近年来，瑞士ELAG公司、南京理工大学张静的便携式轮对测量仪、北京交通大学刘杰的便携式车轮廓测量仪(其基于激光位移传感器进行非接触式测量)，虽然采用非接触式测量实现了对几何参数的测量，但因为成本和精度等原因并未得到推广。目前，国内铁路的检修部门仍广泛使用第四代检查器和轮径尺，该仪器测量精度较低且易受人为因素影响。因此，研发高精度、可靠、方便携带的轮对参数检测仪具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决现有轮对参数静态检测装置在精度、可靠和携带方面所存在的局限性问题，本发明目的在于提供一种用于测量轮对几何尺寸的便携式轮对参数检测仪，其与目前市场上的轮对参数动态检测装置相比较，具有测量时无需直接接触，成本造价低，维护操作工作简单且检测精度相近的优势，能够满足地铁、轻轨、动车及高铁等检修部门的需求，保证高速列车在途运行的安全可靠性。

第一方面，本发明提供了一种便携式轮对参数检测仪，包括有手持载具及布置在所述手持载具上的第一定位块、第二定位块、轮廓采集模块和控制模块，其中，所述第一定位块和所述第二定位块间隔布置且分别用于定位轮辋内侧区和轮辋外侧区；

所述轮廓采集模块包括有直线步进电机、激光位移传感器和接近传感器，其中，所述直线步进电机的直线往复运动方向平行于所述第一定位块和所述第二定位块的所在直线，所述激光位移传感器和所述接近传感器分别绑定布置在所述直线步进电机的直线往复运动部上；

所述控制模块分别通信连接所述直线步进电机的受控端、所述激光位移传感器的输出端和所述接近传感器的输出端，用于在收到检测启动指令后，控制所述直线步进电机带动所述激光位移传感器和所述接近传感器做单向匀速运动，然后在收到由所述接近传感器于检测到所述第一定位块时反馈的触发信号后，触发所述激光位移传感器开始测量从传感器至轮对轮廓表面的实时距离，直到在收到由所述接近传感器于检测到所述第二定位块时反馈的触发信号后停止测量，最后根据由所述激光位移传感器反馈的测量数据计算得到轮对参数，其中，所述轮对参数包含有车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度和/或轮缘综合值。

基于上述发明内容，提供了一种用于测量轮对几何尺寸的非接触式静态检测装置，即通过在手持载具上布置针对轮辋内/外侧区的定位块、直线步进电机、激光位移传感器、接近传感器和控制模块，不但可以实现便携和低成本目的，还可以最节能方式获取扫描轮对轮廓表面的测量数据，并基于测量数据计算得到轮对参数，实现非接触式静态测量轮对几何尺寸的目的，进而可避免人为测量所带来的误差，确保测量精度，提升测量效率。通过使用测试，能够实现快速测量，使单次测量扫描时间仅需10s，单人检测时间小于1分钟，并且精巧方便，适合转向架下车轮(轮对)狭小空间测量，以及使检测仪的平均耗电量为2.96W，检测时间可持续6小时，因此其与目前市场上的轮对参数动态检测装置相比较，具有测量时无需直接接触，成本造价低，维护操作工作简单且检测精度相近的优势，能够满足地铁、轻轨、动车及高铁等检修部门的需求，保证高速列车在途运行的安全可靠性。

在一个可能的设计中，根据由所述激光位移传感器反馈的测量数据计算得到轮对参数，包括有如下步骤：

S101.将所述测量数据转化为实测直角坐标系XOY下的且用于表征实测轮廓线的二维点云数据，其中，所述实测直角坐标系XOY以所述第一定位块为坐标原点，以所述激光位移传感器的移动方向为横轴方向，并以所述激光位移传感器的发射方向为纵轴方向；

S102.根据所述二维点云数据，采用最小二乘曲线拟合法计算出所述实测轮廓线中轮辋外侧倾斜段在所述实测直角坐标系XOY下的斜率κ,并根据所述斜率κ与理想斜率κ′的几何关系，计算得到旋转参数Δθ＝arctanκ′-arctanκ，其中，所述理想斜率κ′是指标准轮廓线中轮辋外侧倾斜段在所述实测直角坐标系XOY下的已知斜率；

S103.根据所述二维点云数据，采用基于半径约束的圆弧拟合法计算出所述实测轮廓线中轮缘顶点在所述实测直角坐标系XOY下的坐标(x

S104.根据所述旋转参数Δθ和所述平移参数(Δx,Δy)，对在所述二维点云数据中的所有数据点进行旋转平移操作，完成所述实测轮廓线与所述标准轮廓线的廓形匹配，并根据所述实测轮廓线的新坐标和所述标准轮廓线的且用于计算轮对参数的关键特征点，计算出实测的所述轮对参数。

基于前述可能设计，可以根据基于测量数据获取到的旋转参数和平移参数，对实测轮廓线进行旋转平移操作，完成实测轮廓线与标准轮廓线的廓形匹配，并通过廓形匹配方法最终计算得到轮对参数，实现轮对参数的自动化测量目的。

在一个可能的设计中，在所述步骤S101之后且所述步骤S102之前,还包括有如下步骤：

采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理。

在一个可能的设计中，在所述步骤S104之后,还包括有如下步骤：

S201.采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理，得到新的二维点云数据；

S202.针对所述新的二维点云数据，依次执行所述步骤S102～S104，获取本次所得的轮对参数；

S203.将所述本次所得的轮对参数与前次所得的轮对参数进行对比，得到轮对参数偏差；

S204.判断所述轮对参数偏差是否小于预设偏差阈值；

S205.若是，则输出所述本次所得的轮对参数，否则在调整中值误差项和空间连续度后，返回执行步骤S201。

基于前述可能设计，可通过多次调整中值误差项和空间连续度的平滑处理方式，逐步地优化计算轮对参数，并输出达到预期优化目标的计算结果，确保测量结果的精度。

在一个可能的设计中，采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理，包括：

针对在所述二维点云数据中沿横轴方向依次编号的第m个数据点p

式中，M表示所述二维点云数据中的数据点总数，m表示不大于M的正整数，N表示反映邻域上下限范围宽度的预设正整数，i表示正整数，x

在一个可能的设计中，当所述轮对参数包含有多个参数时，将所述本次所得的轮对参数与前次所得的轮对参数进行对比，得到轮对参数偏差，包括：

将对比得到的且所有参数的偏差之和，作为所述轮对参数偏差。

在一个可能的设计中，根据所述二维点云数据，采用基于半径约束的圆弧拟合法计算出所述实测轮廓线中轮缘顶点在所述实测直角坐标系XOY下的坐标(x

设圆弧所在圆的方程为：(x-D)

设目标函数为：

利用泰勒级数将所述目标函数f(z)近似转化为如下的二次函数Q(z)：

式中，g

采用牛顿迭代法，得到所述二次函数Q(x)的极小值点，并将所述极小值点作为所述待求圆心的最优解坐标；

根据所述待求圆心的最优解坐标与所述圆弧的几何关系，确定出所述实测轮廓线中轮缘顶点的坐标。

在一个可能的设计中，所述控制模块还用于在收到由所述接近传感器于检测到所述第二定位块时反馈的触发信号后，触发控制所述直线步进电机带动所述激光位移传感器和所述接近传感器做单向减速运动，以便在传感器到达机械限位处时停止运动。

在一个可能的设计中，还包括有布置在所述手持载具上的数据交互模块、数据存储模块和电源模块，其中，所述数据交互模块包括有蓝牙通信电路和/或USB接口电路；

所述数据交互模块和所述数据存储模块分别通信连接所述控制模块，所述电源模块分别电连接所述轮廓采集模块、所述控制模块、所述数据交互模块和所述数据存储模块。

在一个可能的设计中，所述控制模块采用型号为STM32F407的处理器芯片及其外围电路。

本发明的有益效果：

(1)本发明创造提供了一种用于测量轮对几何尺寸的非接触式静态检测装置，即通过在手持载具上布置针对轮辋内/外侧区的定位块、直线步进电机、激光位移传感器、接近传感器和控制模块，不但可以实现便携和低成本目的，还可以最节能方式获取扫描轮对轮廓表面的测量数据，并基于测量数据计算得到轮对参数，实现非接触式静态测量轮对几何尺寸的目的，进而可避免人为测量所带来的误差，确保测量精度，提升测量效率；

(2)通过使用测试，能够实现快速测量，使单次测量扫描时间仅需10s，单人检测时间小于1分钟，并且精巧方便，适合转向架下车轮(轮对)狭小空间测量，以及使检测仪的平均耗电量为2.96W，检测时间可持续6小时，因此其与目前市场上的轮对参数动态检测装置相比较，具有测量时无需直接接触，成本造价低，维护操作工作简单且检测精度相近的优势，能够满足地铁、轻轨、动车及高铁等检修部门的需求，保证高速列车在途运行的安全可靠性；

(3)可以根据基于测量数据获取到的旋转参数和平移参数，对实测轮廓线进行旋转平移操作，完成实测轮廓线与标准轮廓线的廓形匹配，并通过廓形匹配方法最终计算得到轮对参数，实现轮对参数的自动化测量目的；

(4)可通过多次调整中值误差项和空间连续度的平滑处理方式，逐步地优化计算轮对参数，并输出达到预期优化目标的计算结果，确保测量结果的精度，通过实验测试，其与人工测量方案相比，轮缘高度和轮缘厚度误差均可具体小于0.12mm。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的便携式轮对参数检测仪的电路结构示意图。

图2是本发明提供的便携式轮对参数检测仪的使用状态示意图。

图3是本发明提供的便携式轮对参数检测仪的内部算法流程示意图。

图4是本发明提供的车轮断面与轮对参数的示意图。

图5是本发明提供的坐标旋转平移的示例图。

图6是本发明提供的实测轮廓线在平滑处理前后的对比示例图。

上述附图中：1-手持载具；21-第一定位块；22-第二定位块；31-直线步进电机；32-激光位移传感器；33-接近传感器；34-机械限位；100-车轮断面。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、数量、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选可能设计中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

如图1～6所示，本实施例第一方面提供的所述便携式轮对参数检测仪，包括有手持载具1及布置在所述手持载具1上的第一定位块21、第二定位块22、轮廓采集模块和控制模块，其中，所述第一定位块21和所述第二定位块22间隔布置且分别用于定位轮辋内侧区和轮辋外侧区；所述轮廓采集模块包括有直线步进电机31、激光位移传感器32和接近传感器33，其中，所述直线步进电机31的直线往复运动方向平行于所述第一定位块21和所述第二定位块22的所在直线，所述激光位移传感器32和所述接近传感器33分别绑定布置在所述直线步进电机31的直线往复运动部上；所述控制模块分别通信连接所述直线步进电机31的受控端、所述激光位移传感器32的输出端和所述接近传感器33的输出端，用于在收到检测启动指令后，控制所述直线步进电机31带动所述激光位移传感器32和所述接近传感器33做单向匀速运动，然后在收到由所述接近传感器33于检测到所述第一定位块21时反馈的触发信号后，触发所述激光位移传感器32开始测量从传感器至轮对轮廓表面的实时距离，直到在收到由所述接近传感器33于检测到所述第二定位块22时反馈的触发信号后停止测量，最后根据由所述激光位移传感器32反馈的测量数据计算得到轮对参数，其中，所述轮对参数包含但不显限于有车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度和/或轮缘综合值等。

如图1～2所示，在所述便携式轮对参数检测仪的具体结构中，所述手持载具1用于承载整个检测仪的所有部件，以便测量员持握检测仪进行轮对参数测量，其可采用常规的手持结构实现方便操作和便携的目的。由于所述第一定位块21和所述第二定位块22分别用于定位轮辋内侧区和轮辋外侧区，使得所述第一定位块21至所述第二定位块22的间距必然大于轮辋内侧边至轮辋外侧边的间距，可以保障采集到对应完整轮对轮廓表面的测量数据。所述轮廓采集模块用于通过所述激光位移传感器32采集到从传感器至轮对轮廓表面的实时距离和传感器的实时位移，并将该实时距离和该实时位移作为反馈的测量数据传送至所述控制模块，以便所述控制模块将所述测量数据转换为表征实测轮廓线的二维点云数据，其中，所述直线步进电机31用于在所述控制模块的控制下(具体可以但不限于通过所述控制模块中的基本计时器TIM所产生的脉冲宽度调制PWM信号进行控制)，带动所述激光位移传感器32和所述接近传感器33做直线往复运动，具体可采用常规的现有电机结构实现；所述激光位移传感器32用于在发生直线位移的同时，基于激光测距原理获取从传感器至轮对轮廓表面的距离，具体可采用常规的现有传感器结构实现，并可以但不限于通过RS485总线实现数据传送；所述接近传感器33用于利用电磁感应引起的检测对象(即所述第一定位块21或所述第二定位块22)的金属体中产生的涡电流的方式、捕测体(即所述第一定位块21或所述第二定位块22)的接近引起的电气信号的容量变化的方式或者利石(即所述第一定位块21或所述第二定位块22)与引导开关的方式等实现对定位块的接近检测，并在发现接近定位块时向所述控制模块传送对应的触发信号，具体可采用常规的现有传感器结构实现，并通过通用型之输入输出GPIO(General-purpose input/output)数据线实现信号传送。

所述控制模块收到的所述检测启动指令由测量员在人机交互界面(例如手机APP界面等)上操作产生，并通过常规通信链路传送至所述控制模块。由于是在收到由所述接近传感器33于检测到所述第一定位块21时反馈的触发信号后，触发所述激光位移传感器32开始测量从传感器至轮对轮廓表面的实时距离，直到在收到由所述接近传感器33于检测到所述第二定位块22时反馈的触发信号后停止测量，既可以确保采集到对应完整轮对轮廓表面的测量数据，又可以最短时长来启用所述激光位移传感器32，降低所需电能，利于延长检测仪的续航时间。最后由于是根据由所述激光位移传感器32反馈的测量数据计算得到轮对参数，可以避免人为测量所带来的误差，确保测量精度，提升测量效率，即可解决目前传统人工检测状态下，接触式测量过程中易受人工因素干扰且效率较低的问题。优化的，所述控制模块还用于在收到由所述接近传感器33于检测到所述第二定位块22时反馈的触发信号后，触发控制所述直线步进电机31带动所述激光位移传感器32和所述接近传感器33做单向减速运动，以便在传感器到达机械限位(即图2中附图标记34的位置)处时停止运动。此外，所述控制模块可以但不限于采用型号为STM32F407的处理器芯片及其外围电路实现。

由此基于前述便携式轮对参数检测仪的详细描述，提供了一种用于测量轮对几何尺寸的非接触式静态检测装置，即通过在手持载具上布置针对轮辋内/外侧区的定位块、直线步进电机、激光位移传感器、接近传感器和控制模块，不但可以实现便携和低成本目的，还可以最节能方式获取扫描轮对轮廓表面的测量数据，并基于测量数据计算得到轮对参数，实现非接触式静态测量轮对几何尺寸的目的，进而可避免人为测量所带来的误差，确保测量精度，提升测量效率。通过使用测试，能够实现快速测量，使单次测量扫描时间仅需10s，单人检测时间小于1分钟，并且精巧方便，适合转向架下车轮(轮对)狭小空间测量，以及使检测仪的平均耗电量为2.96W，检测时间可持续6小时，因此其与目前市场上的轮对参数动态检测装置相比较，具有测量时无需直接接触，成本造价低，维护操作工作简单且检测精度相近的优势，能够满足地铁、轻轨、动车及高铁等检修部门的需求，保证高速列车在途运行的安全可靠性。

在前述第一方面的技术方案基础上，本实施例还提供了一种具体根据测量数据计算得到轮对参数的可能设计一，即如图3所示，根据由所述激光位移传感器32反馈的测量数据计算得到轮对参数，包括但不限于有如下步骤S101～S104。

S101.将所述测量数据转化为实测直角坐标系XOY下的且用于表征实测轮廓线的二维点云数据，其中，所述实测直角坐标系XOY以所述第一定位块21为坐标原点，以所述激光位移传感器32的移动方向为横轴方向，并以所述激光位移传感器32的发射方向为纵轴方向。

在所述步骤S101中，具体的，可将所述测量数据中的位移值作为横轴坐标值，将所述测量数据中的距离值作为纵轴坐标值，得到如图5所示的且由所述二维点云数据中所有数据点构成的实测轮廓线。

S102.根据所述二维点云数据，采用最小二乘曲线拟合法计算出所述实测轮廓线中轮辋外侧倾斜段在所述实测直角坐标系XOY下的斜率κ,并根据所述斜率κ与理想斜率κ′的几何关系，计算得到旋转参数Δθ＝arctanκ′-arctanκ，其中，所述理想斜率κ′是指标准轮廓线中轮辋外侧倾斜段在所述实测直角坐标系XOY下的已知斜率。

在所述步骤S102中，由于后续步骤是采用常规的廓形匹配方法(即通过实测轮廓线与标准轮廓线上相同位置处的特征点来实现轮对参数计算)来进行轮对参数计算，同时从轮廓采集模块的工作原理可知，由于每次测量过程中激光位移传感器是沿轮对轴向移动，使得测量得到的实测轮廓线的二维点云数据与标准轮廓线的二维点云数据在同一平面内，因此针对同一平面内的两个轮廓线的廓形匹配，具有旋转参数和平移参数，并可以通过实测轮廓线中轮辋外侧倾斜段的斜率κ与所述理想斜率κ′的几何关系，计算得到所述旋转参数Δθ。具体的，所述最小二乘曲线拟合法为现有拟合方法，并可以基于常规技术手段识别所述实测轮廓线中的轮辋外侧倾斜段。此外，所述理想斜率κ′可提前在使用本检测仪采集得到表征标准轮廓线的二维点云数据后，在所述实测直角坐标系XOY中人工确定。

S103.根据所述二维点云数据，采用基于半径约束的圆弧拟合法计算出所述实测轮廓线中轮缘顶点在所述实测直角坐标系XOY下的坐标(x

在所述步骤S103中，同样可根据空间坐标变换关系，基于实测轮廓线与标准轮廓线的对应特征点(即如图5中所示的轮缘顶点A和A′)的坐标求解得到所述平移参数(Δx,Δy)。此外，所述已知坐标(x′

在所述步骤S103中，具体的，根据所述二维点云数据，采用基于半径约束的圆弧拟合法计算出所述实测轮廓线中轮缘顶点在所述实测直角坐标系XOY下的坐标(x

S1031.设圆弧所在圆的方程为：(x-D)

S1032.设目标函数为：

S1033.利用泰勒级数将所述目标函数f(z)近似转化为如下的二次函数Q(z)：

式中，g

S1034.采用牛顿迭代法，得到所述二次函数Q(x)的极小值点，并将所述极小值点作为所述待求圆心的最优解坐标。

在所述步骤S1034中，由于当G

S1035.根据所述待求圆心的最优解坐标与所述圆弧的几何关系，确定出所述实测轮廓线中轮缘顶点的坐标。

根据标准轮对断面的轮缘参数可知，轮缘顶部为半径12mm的圆弧，但是由于本实施例所设计的检测仪难以直接检测到轮缘顶部圆弧处的顶点，若直接采用圆的一般方程x

S104.根据所述旋转参数Δθ和所述平移参数(Δx,Δy)，对在所述二维点云数据中的所有数据点进行旋转平移操作，完成所述实测轮廓线与所述标准轮廓线的廓形匹配，并根据所述实测轮廓线的新坐标和所述标准轮廓线的且用于计算轮对参数的关键特征点，计算出实测的所述轮对参数。

在所述步骤S104中，具体的，如图4所示，由于车轮径向断面上由轮缘和踏面形成完整的廓形，其中突起的圆弧部分称为轮缘，而与钢轨直接接触的斜面为踏面。所述踏面上距离轮辋内侧边70mm处的一点定义为踏面基点，通过所述踏面基点绕车轮一周组成的圆被称为轮对的滚动圆，该滚动圆直径即为车轮直径。所述踏面基点至所述轮缘顶点的垂直距离为轮缘高度。轮辋内侧边和轮缘上距所述踏面基点的垂直距离为10mm的一点的水平距离为轮缘厚度，不同的车轮型号计算轮缘厚度的垂直距离不同，通常采用10mm用作计算。滚动圆踏面基准线向上10mm引垂线与轮缘内侧有一交点，轮缘顶部向下2mm引垂线与轮缘内侧有一交点,这两个交点之间的水平距离定义为轮缘综合qR值；目前检修部门主要检测轮对参数即为车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度和qR值等。因此只要在完成所述实测轮廓线与所述标准轮廓线的廓形匹配后，找到所述标准轮廓线的且用于计算轮对参数的关键特征点，例如踏面基点、轮缘顶点、滚动圆踏面基准线向上10mm引垂线与轮缘内侧的交点和轮缘顶部向下2mm引垂线与轮缘内侧另一交点等，即可根据所述实测轮廓线的新坐标计算出实测的所述轮对参数。

基于前述步骤S101～S104所描述的可能设计一，可以根据基于测量数据获取到的旋转参数和平移参数，对实测轮廓线进行旋转平移操作，完成实测轮廓线与标准轮廓线的廓形匹配，并通过廓形匹配方法最终计算得到轮对参数，实现轮对参数的自动化测量目的。

在前述可能设计一的技术方案基础上，本实施例还提供了一种提升测量精度的可能设计二，即在所述步骤S101之后且所述步骤S102之前,还包括有如下步骤：采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理。由于所述激光位移传感器32在直线移动时，会受到细微的机械振动影响，使得针对原本平整的轮对轮廓表面，在所采集到的对应距离数据中局部呈现出“波浪”型；同时由于受到阳光干扰的距离数据会形成噪点，造成实测轮廓线的不“光滑”，因此考虑误差与噪点的存在都会影响轮廓特征提取的准确性，以及会对匹配精度产生影响，在本实施例的可能设计二中，对所述实测轮廓线的二维点云数据进行了特征提取前的平滑处理，即采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法，来解决干扰导致的廓形失真问题。

具体的，采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理，包括但不限于：针对在所述二维点云数据中沿横轴方向依次编号的第m个数据点p

式中，M表示所述二维点云数据中的数据点总数，m表示不大于M的正整数，N表示反映邻域上下限范围宽度的预设正整数，i表示正整数，x

详细的，所述第一预设系数σ

在前述可能设计一的技术方案基础上，本实施例还提供了另一种提升测量精度的可能设计三，即在所述步骤S104之后,还包括但不限于有如下步骤S201～S205。

S201.采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理，得到新的二维点云数据。

在所述步骤S201中，所述平滑处理算法的细节描述参见前述可能设计二，于此不再赘述。此外，在首次采用所述平滑处理算法时，可具体基于初始设置的所述第一预设系数σ

S202.针对所述新的二维点云数据，依次执行所述步骤S102～S104，获取本次所得的轮对参数。

S203.将所述本次所得的轮对参数与前次所得的轮对参数进行对比，得到轮对参数偏差。

在所述步骤S203中，当所述轮对参数包含有多个参数时，将对比得到的且所有参数的偏差之和，作为所述轮对参数偏差。例如当所述轮对参数包含有车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度和轮缘综合值时，可将四个参数的且对比得到的偏差之和作为所述轮对参数偏差。

S204.判断所述轮对参数偏差是否小于预设偏差阈值。

S205.若是，则输出所述本次所得的轮对参数，否则在调整中值误差项和空间连续度后，返回执行步骤S201。

在所述步骤S205中，所述调整中值误差项和空间连续度的具体方式，同样具体是基于调整的所述第一预设系数σ

基于前述步骤S201～S205所描述的可能设计三，可通过多次调整中值误差项和空间连续度的平滑处理方式，逐步地优化计算轮对参数，并输出达到预期优化目标的计算结果，确保测量结果的精度。通过对同一转向架的四个车轮进行检测实验，可在经过10秒钟的测量和计算后，得到如下表1所示的计算结果，并将计算结果与人工测量结果进行对比，可得如表2所示的测量误差。

表1.四个车轮的轮对参数计算结果

表2.四个车轮的轮对参数测量误差

实验结果表明，本实施例可能设计三的技术方案具有较高精度，其与人工测量方案相比，轮缘高度和轮缘厚度误差均可具体小于0.12mm。

在前述第一方面的技术方案基础上，本实施例还提供了一种具有更为实用特点的可能设计四，即如图1所示，还包括有布置在所述手持载具1上的数据交互模块、数据存储模块和电源模块，其中，所述数据交互模块包括但不限于有蓝牙通信电路和/或USB接口电路等；所述数据交互模块和所述数据存储模块分别通信连接所述控制模块，所述电源模块分别电连接所述轮廓采集模块、所述控制模块、所述数据交互模块和所述数据存储模块。所述数据交互模块用于接收外部设备的检测启动指令，并向其输出计算结果，例如接收来自手机APP端的检测启动指令，并在计算得到轮对参数后，向所述手机APP端输出计算结果，以便进行参数展示。所述数据存储模块用于实现数据存储功能，可以但不限于对轮对参数的计算结果和原始测量数据进行存储，其可以但不限于采用SD存储卡。所述电源模块用于实现对其他模块的供电，其优选锂电池，以便提升续航能力。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。