車載式雙相機機車輪軌位移圖像檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及監(jiān)測鐵路線路的裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車載式雙相機機車輪軌 位移圖像檢測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 安全問題是鐵路交通運輸?shù)挠篮阒黝}，高速和重載鐵路的飛速發(fā)展對列車運行安 全提出了新的挑戰(zhàn)。相對于以前的機車，高速和重載列車一旦脫軌將引起更大危害，尤其是 高速列車脫軌可能造成毀滅性的災(zāi)難。由于輪軌接觸的復(fù)雜性，常規(guī)的力學(xué)分析手段并不 能準(zhǔn)確的分析輪軌接觸狀態(tài)。輪軌之間的相對位置是輪軌接觸狀態(tài)的最直接的反應(yīng)，利用 目前廣泛使用的圖像檢測技術(shù)實現(xiàn)輪軌相對位置的監(jiān)測對于檢測列車運行的穩(wěn)定性和安 全性都具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種車載式雙相機機車輪軌位移圖像檢測系 統(tǒng)及方法，所述方法可以準(zhǔn)確的提取出輪軌的信息，從而直觀的反映出輪軌的接觸關(guān)系，計 算精確高。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種車載式雙相機機車輪軌 位移圖像檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括第一相機、第二相機和計算機，所述檢測系統(tǒng)固定在 機車的轉(zhuǎn)向架上，第一相機用于垂直向下拍攝機車車輪所在的鋼軌圖像，第二相機正對機 車車輪中心軸線方向，用于拍攝機車車輪踏面，所述第一相機和第二相機與所述計算機電 連接，計算機用于根據(jù)第一相機和第二相機采集的圖像計算車輪與鋼軌之間的信息。
[0005] 進一步的技術(shù)方案在于：車輪與輪軌之間的信息包括橫向位移、垂向位移、沖角和 側(cè)滾角。
[0006] 進一步的技術(shù)方案在于：所述系統(tǒng)還包括支架，所述支架固定在所述轉(zhuǎn)向架上，所 述第一相機和第二相機固定在支架上。
[0007] 進一步的技術(shù)方案在于：所述計算機內(nèi)設(shè)置同步圖像采集卡，第一相機和第二相 機采集的圖像通過所述同步圖像采集卡同步傳輸給計算機進行處理。
[0008] 本發(fā)明還公開了一種車載式雙相機機車輪軌位移圖像檢測方法，其特征在于所述 方法包括如下步驟： 1) 將第一相機和第二相機安裝于機車的轉(zhuǎn)向架上，其中第一相機用于垂直向下拍攝機 車車輪所在的鋼軌圖像，第二相機正對機車車輪中心軸線方向，用于拍攝機車車輪踏面； 2) 通過計算機同步獲取第一相機和第二相機采集的圖像信息； 3) 計算機內(nèi)的分析處理軟件對獲取的圖像信息進行分析和處理，得到當(dāng)前機車車輪軸 承中心軸線的空間位置； 4) 將當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線的空間位置與機車靜止?fàn)顟B(tài)下的車輪軸承中心軸線 標(biāo)準(zhǔn)位置做比較，得到車輪和鋼軌之間的位置信息。
[0009] 進一步的技術(shù)方案在于：車輪和鋼軌之間的位置信息包括車輪和鋼軌之間的橫向 位移、垂向位移、沖角和側(cè)滾角。
[0010] 進一步的技術(shù)方案在于：所述步驟3)具體分為如下步驟： 1) 對第一相機采集到的圖像進行灰度和濾波處理； 2) 通過邊緣檢測器提取出圖像中鋼軌的邊緣信息； 3) 從上述步驟得到的信息中提取轉(zhuǎn)向架和鋼軌之間的橫向位移和垂向位移； 4) 用步驟3)中得到的橫向位移和垂向位移修正第二相機拍攝的機車車輪踏面圖像； 5) 對修正后的踏面圖像按照上述步驟1)和步驟2)進行處理； 6) 由于機車行進過程中存在波動，導(dǎo)致拍攝到的踏面圖像經(jīng)步驟5)處理后可能得到圓 或橢圓，將得到的圖像信息通過圓心檢測算法，提取出圓心，依次提取車輪外圓和車輪內(nèi)圓 的圓心，通過兩個圓心的直線即為當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線的空間位置。
[0011] 進一步的技術(shù)方案在于：以X軸方向表示車輪軸承中心軸線標(biāo)準(zhǔn)位置，Y軸與X軸 相互垂直且在同一水平面上，Z軸與X軸相互垂直且在同一垂直面上；當(dāng)前機車車輪軸承中 心軸線向X軸和Z軸所在垂直面投影形成第一投影線，轉(zhuǎn)向架前軸導(dǎo)向輪輪緣相對于鋼軌 工作邊的沖角爹為當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線與第一投影線的夾角，當(dāng)前機車車輪軸承中 心軸線向X軸和Y軸所在水平面投影形成第二投影線，車輪與鋼軌之間發(fā)生側(cè)軌時的側(cè)滾 角為當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線與第二投影線的夾角。
[0012] 進一步的技術(shù)方案在于：通過行車速度和時間得到機車行進方向位移X，將位移X
代入公另 彡計算出輪軌的橫向位移Y，其中，秦為沖角，欲為側(cè) 滾角。
[0013] 進一步的技術(shù)方案在于：通過行車速度和時間得到機車行進方向位移X，將位移X 代入公式參計算出輪軌的垂向位移z，其中，夢為沖角，在為側(cè)滾角。
[0014] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述方法利用雙相機同步采集和圖像 處理方法，得到當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線的空間位置，進而提取出輪軌的橫向位移、垂向 位移，沖角和側(cè)滾角，從而直觀的反映出輪軌的接觸關(guān)系，計算準(zhǔn)確、精確高。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明所述系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明所述方法中當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線的空間位置示意圖； 圖3是本發(fā)明中車輪與鋼軌的主視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明中車輪與鋼軌的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明所述方法的流程圖； 其中：1、第一相機2、第二相機3、轉(zhuǎn)向架4、車輪41、車輪外圓42、車輪內(nèi)圓5、鋼軌 6、支架7、當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線8、車輪軸承中心軸線標(biāo)準(zhǔn)位置9、第一投影線10、 第二投影線11、車輪外圓向Y軸和Z軸所在平面的投影線12、車輪內(nèi)圓向Y軸和Z軸所在 平面的投影線13、當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線向Y軸和Z軸所在平面的投影線14、車輪軸 承中心軸線標(biāo)準(zhǔn)位置向Y軸和Z軸所在平面的投影線15、車輪外圓向Y軸和X軸所在平面 的投影線16、車輪內(nèi)圓向Y軸和X軸所在平面的投影線17、當(dāng)前機車車輪軸承中心軸線向 Y軸和X軸所在平面的投影線18、車輪軸承中心軸線標(biāo)準(zhǔn)位置向Y軸和X軸所在平面的投 影線。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)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，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0017] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的 情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明公開了一種車載式雙相機機車輪軌位移圖像檢測系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)包括第一相機1、第二相機2和計算機，所述計算機內(nèi)設(shè)置同步圖像采集卡，第一相機1 和第二相機2采集的圖像通過所述同步圖像采集卡同步傳輸給計算機進行處理。支架6固 定在所述轉(zhuǎn)向架3上，所述第一相機1和第二相機2固定在支架6上。第一相機1用于垂 直向下拍攝機車車輪4所在的鋼軌5圖像，第二相機2正對機車車輪4中心軸線方向，用于 拍攝機車車輪4踏面，計算機用于根據(jù)第一相機和第二相機采集的圖像計算車輪4與鋼軌 5之間橫向位移、垂向位移、沖角和側(cè)滾角信息。
[0019]本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用上述系統(tǒng)檢測輪軌位移的方法，所述方法的流程圖如圖 5所示，所述方法包括如下步驟： 1) 將第一相機1和第二相機2安裝于機車的轉(zhuǎn)向架3上，其中第一相機1用于垂直向 下拍攝機車車輪4所在的鋼軌5圖像，第二相機2正對機車車輪（4)中心軸線方向，用于拍 攝機車車輪4踏面； 2) 通過計算機同步獲取第一相機1和第二相機2采集的圖像信息； 3) 計算機內(nèi)的分析處理軟件對獲取的圖像信息進行分析和處理，得到當(dāng)前機車車輪軸 承中心軸線7的空間位置，如圖2-4所示； 當(dāng)前機車車