一种用于轨道探伤车的自动对中方法及系统

技术领域

本发明属于轨道探伤技术领域，尤其涉及一种用于轨道探伤车的自动对中方法及系统。

背景技术

现如今，国内的轨道探伤系统大多是由人工驾驶双轨探伤车进行探伤，在探伤前要人工将探轮进行对中操作，通过观察超声波反馈信号情况，反复调整确定探轮位置后才能开始进行探伤任务，并且在运行途中由于路线变化会引起探轮与钢轨相对位置发生偏移，需要及时调整探轮位置，该方法耗时长，效率低，操作难度较大。

现有技术中，专利号“CN206113874U”、名称“水轮的偏移量检测装置、自动对中装置及水轮支架”的专利公开了一种水轮的偏移量检测装置，包括安装在水轮支架上的激光发射器、探测器，激光发射器发射具有一定宽度的激光束，该宽度保证激光束能够照射到钢轨的工字型的底脚的一侧以及与该侧相邻的地面上，钢轨的工字型的底脚上表面的激光和照到地面的激光形成一个转折点，探测器探测到该转折点的位置，即钢轨的工字型的底脚的侧边界位置，当水轮移动时，该转折点的位置会发生移动，此移动量即水轮和钢轨中心线的偏移量，上位机连接到探测器上。其具有以下优点：不需要人工的调节和干预，高效准确，使钢轨的检测不受影响。

上述现有技术运用激光发射器检测钢轨轨底角位置来判断轮式探头的偏移量，此方法只能检测实际运行中的偏移距离，并不是在线路上最合适的轮式探头的位置，检测效果仍依靠最初的轮式探头的调试定位；同时此效果可以用位移传感器达到，而不需要激光发射器及相关计算转折点位置的算法，节省成本并且简化设备。另外，还存在以下缺陷：

1)在设备运行中，对中机构需要技术人员观看超声图像来进行调整，耗时长，效率低下，对工作人员的能力要求较高；

2)利用激光发射器检测从而计算出轮式探头偏移量的方法只能将轮式探头调整至偏移之前的位置，但并不一定是最佳的检测位置；

3)在设备运行中由于线路情况不同而导致对中机构位置需要调整，但由于设备在移动状态无法通过人工做到实时准确的调整，调整结束后往往设备已行驶一段距离，则由此产生一定的数据误差。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种用于轨道探伤车的自动对中系统。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种用于轨道探伤车的自动对中方法，包括以下步骤：

S1：采集轨道探伤车运动方向上的图像数据，识别获取探伤轨道车的行进路段数据，并且实时获取轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据；

S2：根据姿态数据实时控制轨道探伤车的对中机构对探伤轮进行对中调整，其中，根据行进路段数据提前预测探伤轨道车行进的线路变化，并且基于线路变化提前设定探伤轮的调整控制指令，以使得轨道探伤车行进至线路变化的位置直接控制对中机构对探伤轮进行对中调整。

在其中一个实施例中，识别获取探伤轨道车的行进路段数据进一步包括：

通过图像识别提取图像数据中的轨道线；

根据图像数据中预设距离d处轨道线的像素点计算得出曲线轨道距离直线轨道的距离D，并根据公式D

在其中一个实施例中，实时获取轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据进一步包括：

通过惯性导航模块、陀螺仪配合实时测量得出轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据，其中，姿态数据包括探伤轮的位移、倾斜角度。

在其中一个实施例中，步骤S2进一步包括：

S21：基于探伤轮的位移、倾斜角度计算轨道的超高值C：

式中，α为探伤轮的倾斜角度，dR为右轨轨顶点与车体的位移，dL为左轨轨顶点与车体的位移；

S22：根据曲率半径R与超高值C进行计算，得出探伤轮的调节偏移量D：

D＝10000C/R

其中，根据曲率半径R的变化提前预测探伤轨道车行进的线路变化，基于线路变化提前设定调节偏移量D控制中的曲率半径，以使得轨道探伤车行进至线路变化的位置直接根据超高值控制对中机构对探伤轮进行对中调整。

一种用于轨道探伤车的自动对中系统，其中，轨道探伤车上搭载有探伤轮、以及用于探伤轮对中调整的对中机构，该系统包括：姿态检测模块、图像识别模块、处理控制器，处理控制器分别与姿态检测模块、图像识别模块信号连接；

姿态检测模块用于实时获取轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据，处理控制器用于根据姿态数据实时控制对中机构对探伤轮进行对中调整；

图像识别模块用于采集轨道探伤车运动方向上的图像数据，识别获取探伤轨道车的行进路段数据，处理控制器还用于根据行进路段数据提前预测探伤轨道车行进的线路变化，并且基于线路变化提前设定探伤轮的调整控制指令，以使得轨道探伤车行进至线路变化的位置直接控制对中机构对探伤轮进行对中调整。

在其中一个实施例中，姿态检测模块包括惯性导航模块、陀螺仪，惯性导航模块与陀螺仪配合，共同用于实时测量得出轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据，其中，姿态数据包括探伤轮的位移、倾斜角度。

在其中一个实施例中，还包括：远程干预模块，远程干预模块与处理控制器远程通信连接，用于远程控制对中机构对探伤轮进行对中调整。

在其中一个实施例中，还包括：现场干预模块，现场干预模块与处理控制器直接信号连接，用于现场控制对中机构对探伤轮进行对中调整。

在其中一个实施例中，还包括与处理控制器信号连接的位移传感器，位移传感器设于对中机构中，用于实时反馈对中机构的当前位置数据。

在其中一个实施例中，图像采集模块内设有基于图像训练得到的轨道识别模型，用于通过图像识别提取图像数据中的轨道线，并根据图像数据中预设距离d处轨道线的像素点计算得出曲线轨道距离直线轨道的距离D，并根据公式D

本发明与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明通过姿态检测、图像识别真正实现对中机构的自动调整，其中，姿态检测可以实时获取探伤轮的姿态数据，根据姿态数据可以检测出轨道的超高值，图像识别可以提前进行线路分析、预测线路变化，获取探伤轮的行进路段数据，根据行进路段数据可以检测出轨道的曲率半径，基于超高值与曲率半径从而推算出当前对中位置应偏移多少距离可达到更佳的探伤效果，如此，当轨道探伤车行进到相应位置时，可以根据已经提前预测的曲率半径结合实时检测的超高值就可直接调整对中机构至相应的最佳位置，而不是轨道探伤车行走到线路变化位置才开始分析、对中调整，避免了因调整不及时所带来的部分路段的误差，姿态检测与图像识别的配合，大大提高了探伤工作效率及探伤准确度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种用于轨道探伤车的自动对中方法的流程示意图；

图2为本发明的一种用于轨道探伤车的自动对中方法的曲线半径检测原理图；

图3为本发明的一种用于轨道探伤车的自动对中方法的超高值检测原理图；

图4为本发明的一种用于轨道探伤车的自动对中系统的结构示意图；

图5为本发明的一种用于轨道探伤车的自动对中系统的工作示意图。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于轨道探伤车的自动对中方法及系统作进一步详细说明。

参看图1，本申请提供了一种用于轨道探伤车的自动对中方法，包括以下步骤：

S1：采集轨道探伤车运动方向上的图像数据，识别获取探伤轨道车的行进路段数据，并且实时获取轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据；

S2：根据姿态数据实时控制轨道探伤车的对中机构对探伤轮进行对中调整，其中，根据行进路段数据提前预测探伤轨道车行进的线路变化，并且基于线路变化提前设定探伤轮的调整控制指令，以使得轨道探伤车行进至线路变化的位置直接控制对中机构对探伤轮进行对中调整。

现对本实施例进行详细说明，但不仅限于此。

本实施例适用于铁路线路探伤设备的自动对中，以实现铁轨与探伤设备之间的位置对准，从而保证最佳的探伤效果，其中，本实施例的探伤车搭载有探伤轮，是一种轮式探头结构，由于铺设的铁轨中心并不是严格在同一直线上，是存在误差的，而且随着使用也会存在位置偏移等现象，这种误差或偏移虽然不影响铁轨的正常使用，但对于铁轨探伤效果的影响较大，因此，要想保证探伤轮的探伤效果，需要对其进行对中调整。本实施例为了实现探伤轮的自动对中，具体采用了姿态检测以及图像识别配合进行对中控制，不仅降低了铁路人员工作强度，而提高了探伤工作效率及探伤准确度。

本实施例识别获取探伤轨道车的行进路段数据进一步包括：通过图像识别提取图像数据中的轨道线；根据图像数据中预设距离d处轨道线的像素点计算得出曲线轨道距离直线轨道的距离D，并根据公式D

本实施例实时获取轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据进一步包括：通过惯性导航模块、陀螺仪配合实时测量得出轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据，其中，参看图3，姿态数据包括探伤轮的位移、倾斜角度α，位移包括左、右轨轨顶点分别与车体的位移dR、dL。具体地，惯性导航模块起到的是定位及矫正姿态的作用，通过惯性导航模块可以得到探伤轮的姿态参数信息，即可以及时得知设备的位移和倾斜角度，以此来推断探伤轮运行在铁轨上的状态，陀螺仪为一种可以测量位移和倾斜角度的设备，通过一维或多维的陀螺仪可测量出不同的设备姿态数据，从而得知铁路线路情况。

本实施例的步骤S2进一步包括：

S21：基于探伤轮的位移、倾斜角度计算轨道的超高值C：

式中，α为探伤轮的倾斜角度，dR为右轨轨顶点与车体的位移，dL为左轨轨顶点与车体的位移；

具体地，参看图3，超高是指轨道同一横断面内的左右钢轨顶面高程差，通常表示为轨面倾斜角在1500mm下的高度差，通过测量轨道平面相对于水平面的倾斜角来计算，倾角可又陀螺仪测量得出。

S22：根据曲率半径R与超高值C进行计算，得出探伤轮的调节偏移量D：

D＝10000C/R

其中，根据曲率半径R的变化提前预测探伤轨道车行进的线路变化，基于线路变化提前设定调节偏移量D控制中的曲率半径，以使得轨道探伤车行进至线路变化的位置直接根据超高值控制对中机构对探伤轮进行对中调整。

具体地，根据所测得曲率半径与超高值进行计算，可得出所需调节对中机构横向距离，其中，根据铁路实践经验认为当曲率半径小于1000m，超高大于30mm时对对中机构探轮探伤信号产生影响，认为偏移量可由曲率半径与超高通过计算公式D＝10000C/R得出，一般偏移量毫米级。本实施例通过姿态检测、图像识别真正实现对中机构的自动调整，其中，姿态检测可以实时获取探伤轮的姿态数据，根据姿态数据可以检测出轨道的超高值，图像识别可以提前进行线路分析、预测线路变化，获取探伤轮的行进路段数据，根据行进路段数据可以检测出轨道的曲率半径，基于超高值与曲率半径从而推算出当前对中位置应偏移多少距离可达到更佳的探伤效果，如此，当轨道探伤车行进到相应位置时，可以根据已经提前预测的曲率半径结合实时检测的超高值就可直接调整对中机构至相应的最佳位置，而不是轨道探伤车行走到线路变化位置才开始分析、对中调整，避免了因调整不及时所带来的部分路段的误差，姿态检测与图像识别的配合，大大提高了探伤工作效率及探伤准确度。

参看图4和图5，本申请提供了一种基于上述实施例的用于轨道探伤车的自动对中系统，其中，轨道探伤车上搭载有探伤轮、以及用于探伤轮对中调整的对中机构，其特征在于，该系统包括：姿态检测模块、图像识别模块、处理控制器，处理控制器分别与姿态检测模块、图像识别模块信号连接；

姿态检测模块用于实时获取轨道探伤车当前探伤轮的姿态数据，处理控制器用于根据姿态数据实时控制对中机构对探伤轮进行对中调整；

图像识别模块用于采集轨道探伤车运动方向上的图像数据，识别获取探伤轨道车的行进路段数据，处理控制器还用于根据行进路段数据提前预测探伤轨道车行进的线路变化，并且基于线路变化提前设定探伤轮的调整控制指令，以使得轨道探伤车行进至线路变化的位置直接控制对中机构对探伤轮进行对中调整。

现对本实施例进行详细说明，但不仅限于此。

本实施例的姿态检测模块，采用了惯性导航模块、陀螺仪，惯性导航模块与陀螺仪配合，共同用于测量当前探伤轮的位移和倾斜角度。其中，惯性导航模块起到的是定位及矫正姿态的作用，通过惯性导航模块可以得到探伤轮的姿态参数信息，即可以及时得知设备的位移和倾斜角度，以此来推断探伤轮运行在铁轨上的状态，陀螺仪为一种可以测量位移和倾斜角度的设备，通过一维或多维的陀螺仪可测量出不同的设备姿态数据，从而得知铁路线路情况。

本实施例的图像识别模块可基于相机产品，以实现在日照及夜间的清楚拍摄远距离场景，其中，通过相机进行拍摄取得行驶线路的图像，通过上位机图象识别算法拟合出线路曲线或直线情况，计算出曲线的曲率半径，从而推理出对中机构所需的偏移距离，以到达最佳的探伤效果。具体地，图像采集模块内设有基于图像训练得到的轨道识别模型，用于识别获取探伤轨道车的行进路段数据，行进路段数据包括轨道的直线特征与曲线特征，其中，图像识别模块通过大量图像训练进行钢轨建模，从而可提取出行驶中的钢轨路线，进而通过直线、曲线的不同特征点进行判断，同时可根据曲线弧度计算出曲线的曲率半径，以此提供给控制层判断需要调整的对中机构的距离。例如，参看图2，图像识别模块将提前约30米进行采集计算，使系统可提前进行数据分析和计算，当设备前进相应距离后可直接开始进行对中机构的调整，而不是行走到了曲线路段才开始进行对应的调整，避免了因调整不及时所带来的部分路段的误差。

较优地，本实施例还包括：远程干预模块，远程干预模块与处理控制器远程通信连接，用于远程控制对中机构对探伤轮进行对中调整。进一步地，利用实时的图像识别模块可将车辆行驶前方路况进行拍摄并远程传输至工作人员可视界面，以便工作人员进行判断是否关闭自动对中系统而进行手动控制对中机构的调整。

较优地，本实施例还包括：现场干预模块，现场干预模块与处理控制器直接信号连接，用于现场控制对中机构对探伤轮进行对中调整。进一步地，利用实时的图像识别模块可将车辆行驶前方路况进行拍摄并现场展示在工作人员可视界面，以便工作人员进行判断是否关闭自动对中系统而进行手动控制对中机构的调整。

参看图2，通过上述两个干预模块，可对自动对中系统进行干预，可选择是否关闭自动对中系统。当无人在车上驾驶时，当关闭自动对中系统时可通过实时视频图像采集系统远程传输的视频画面判断需要调整的距离并进行控制；当工作人员在车上驾驶时可直接根据路段进行判断操控对中机构。若未关闭自动对中系统，则系统会根据控制层命令进行对中机构的移动。

本实施例的对中机构还设有处理控制器信号连接的位移传感器，位移传感器设于对中机构中，用于实时反馈对中机构的当前位置数据。具体地，由电推杆移动进行对中机构位置移动，电推杆中包含位移传感器，可实时准确的将对中机构当前位置数据反馈至处理控制器以便控制，同时该数据也将实时显示在人机交互界面中以便工作人员查看。

现通过一更具体的场景进一步对本实施例的工作过程说明。

在轨道探伤车运行过程中，可选择是否打开自动对中系统，若关闭自动对中系统则以人工控制为主，通过图像识别模块远程传输至电脑端，使远程工作人员可实时观看前方行驶路线，以此根据路况和工作经验判断是否需要调整对中机构位置、调整距离，从而远程控制对中机构电推杆进行移动；

若选择开启自动对中系统，则根据惯性导航模块及陀螺仪进行定位与设备在轨道上运行速度V进行计算，运行速度V可通过编码器进行车轮旋转圈数的数据采集，并通过圈数*轮胎周长/时间＝运行速度的公式，计算得出车辆运行过程的实时速度。参看图2，可以以30米为单位，通过图像识别模块以30米距离进行实时拍摄，通过图像识别可提取轨道线，根据30米处轨道线像素点进行计算得出曲线轨道距直线轨道距离D，根据勾股定理等原理得出公式：D

参看图3，超高是指轨道同一横断面内的左右钢轨顶面高程差，通常表示为轨面倾斜角在1500mm下的高度差，通过测量轨道平面相对于水平面的倾斜角来计算，倾角可又陀螺仪测量得出。基本计算公式为：

式中，α为惯性惯性组件输出的倾斜角,单位为弧度，dR为输出的右轨轨顶点与车体的位移，单位为mm，dL为输出的左轨轨顶点与车体的位移，单位为mm；

根据所测得曲率半径与超高值进行计算，可得出所需调节对中机构横向距离。根据铁路实践经验认为当曲率半径小于1000m，超高大于30mm时对对中机构探轮探伤信号产生影响，认为偏移量可由曲率半径与超高通过计算公式D＝10000C/R得出。一般偏移量毫米级，所以电推杆含有位移传感器，可通过控制程序实现mm级远程点动控制，来提高对中机构调整的精确度，从而提升探伤能力。

本实施例通过姿态检测模块、图像识别模块真正实现对中机构的自动调整，其中，姿态检测模块可以实时探伤轮的偏移角度、倾斜角度，根据偏移角度与倾斜角度可以计算出轨道的超高情况与曲率半径，从而推算出当前对中位置应偏移多少距离可达到更佳的探伤效果，而图像识别模块可以提前进行线路分析、预测线路变化，基于线路变化提前设定好对中结构的调整控制指令，如此当轨道探伤车行进到相应位置时可以及时直接调整对中机构至相应的最佳位置，而不是轨道探伤车行走到线路变化位置才开始分析、对中调整，避免了因调整不及时所带来的部分路段的误差，姿态检测模块与图像识别模块的配合，大大提高了探伤工作效率及探伤准确度。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。