CN109583407B - 一种基于nfc技术和机器视觉相结合的轨道检测定位*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***，该***包括：NFC定位子***：包括相互连接的轨道信标模块和NFC传感器采集模块；机器视觉定位子***：包括图像采集模块和图像处理模块，所述的图像处理模块分别与图像采集模块和NFC传感器采集模块连接；定位校正子***：包括误差校正模块和数据处理模块，所述的数据处理模块分别与图像处理模块和误差校正模块连接；数据传输子***：包括与数据处理模块连接的通信模块，所述的通信模块与远程数据管理中心通信；远程数据管理中心：通过通信网络与通信模块通信。与现有技术相比，本发明具有提高读取处理效率、节省运营和管理成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及轨道检测定位技术领域，尤其是涉及一种基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***。
背景技术
铁路线路设备是铁路运输业的基础设备，由于它常年裸露在大自然中，经受着风雨冻融和列车荷载的作用，轨道几何尺寸不断变化，路基及道床不断产生变形，钢轨、联结零件及轨枕不断磨损，而使线路设备技术状态不断地发生变化，因此，我们需要掌握线路设备的变化规律，及时检测线路状态，加强线路检测管理成为确保线路质量、保证运输安全的重要的基础性工作。
轨道检查车是检查轨道线路、评价轨道质量、指导维修作业和保障运输安全的重要工具，主要通过以动态检查为主静态检查为辅的检测方式，对轨道的几何状态和不平顺状况进行检测。在轨道检测过程中，我们需要通过获取轨道检查车在工作过程中的精确位置来对相关的铁路轨道线路的状态进行检测与评价，在相应的轨道检查车定位技术领域多使用GPS(Global Positioning System)技术、车载列车定位技术、信标定位技术等方式进行轨道检查车的定位工作。
然而在现有技术范畴内，上述的技术方法都存在其局限性：GPS技术在一些特定地理因素或气候因素(如地下、隧道或高海拔地区等)的区域内无法对轨道检查车进行定位；利用车载列车定位技术在进行实际的轨道线路检测和故障判断的过程中，由于轨道检查车的实际行驶速度和加速度都相对较小，所以通过车载列车定位技术测得的轨道检查车位移数据会产生较大误差，从而无法获取精确的定位信息；信标定位技术具有生产和维护成本高、信息采集成功率有限等缺点，往往不能在全段轨道上进行连续部署安装，这就导致了轨道检查车在非信标定位位置时无法获取其绝对位置信息，无法实现轨道检查车的精准定位。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***，该***包括：
NFC定位子***：包括相互连接的轨道信标模块和NFC传感器采集模块；
机器视觉定位子***：包括图像采集模块和图像处理模块，所述的图像处理模块分别与图像采集模块和NFC传感器采集模块连接；
定位校正子***：包括误差校正模块和数据处理模块，所述的数据处理模块分别与图像处理模块和误差校正模块连接；
数据传输子***：包括与数据处理模块连接的通信模块，所述的通信模块与远程数据管理中心通信；
远程数据管理中心：通过通信网络与通信模块通信。
所述的轨道信标模块包括多个NFC信标芯片，多个NFC信标芯片按定位区间设定间距布设在轨道中间的枕木或轨道扣件上，用以对该枕木或轨道扣件进行唯一标识，并存储轨道定位区间信息，所述的NFC传感器采集模块为一安装在轨道检查车车底上的传感器终端，用以与NFC信标芯片进行点对点的单向或双向通信，获取NFC信标芯片存储的数据。
所述的图像采集模块为安装在轨道检查车底部的高速摄像机，用以拍摄轨道检查车通过的每根轨道中间枕木或轨道扣件的图像信息，并同时将图像发送给图像处理模块，所述的图像处理模块根据中间枕木或轨道扣件的图像信息获取轨道检查车行驶的相对位移距离，并以此相对位移距离作为轨道检查车的绝对位置定位信息。
所述的误差校正模块用以计算因轨道检查车继续行驶而产生真实相位差对应的相对位置信息，所述的数据处理模块根据相对位置信息对轨道检查车的绝对位置定位信息进行误差校正，获取轨道检查车在轨道行进中的真实位置坐标。
一种基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位方法，用以实现在通过GPS技术及其他相关技术无法进行定位情况下的轨道检查车定位，包括以下步骤：
1)轨道检查车通过所需完成轨道检查车定位的轨道区间，并将轨道检查车的定位信息发送给远程数据管理中心；
2)轨道检查车在通过轨道区间过程中，通过NFC传感器采集模块扫描等距布设在轨道区间内枕木或轨道扣件处的NFC信标芯片，并获取该NFC信标芯片所标识的轨道定位区间信息，包括所在枕木或轨道扣件的位置信息、与其相邻两个NFC信标芯片所在枕木或轨道扣件的位置信息、轨道的基本参数信息、轨道道岔信息和轨道坡度信息；
3)高速摄像机对轨道区间内的枕木或轨道扣件进行连续拍摄，获取枕木或轨道扣件图像；
4)轨道检查车上的车载计算机内的图像处理模块对枕木或轨道扣件图像进行图像处理与识别，得到对应枕木或轨道扣件的位置信息，从而获取轨道绝对定位信息；
5)车载计算机内的误差校正模块根据在图像采集和处理过程中所用的时间，计算得到在该时间间隔内轨道检查车继续行驶产生的真实相位差，从而得到轨道检查车的相对位置信息；
6)数据处理模块根据轨道定位区间数据信息、轨道绝对定位信息和相对位置信息计算得到轨道检查车在轨道行进中的真实位置坐标；
7)通信模块将轨道检查车在轨道行进中的真实位置坐标实时发送给远程数据管理中心，获取轨道检查车的在所需定位轨道区间内的准确位置，完成轨道检查车定位。
所述的步骤2)具体为：
NFC传感器采集模块扫描布设在轨道区间内各个枕木或轨道扣件的NFC信标芯片，将读取到的第一个NFC信标芯片所标识的位置信息作为轨道检查车定位的第一标志位，并将其作为当前行驶区间段的起点，同时以轨道检查车行进方向为正方向，读取的下一个相邻的NFC信标芯片所标识的位置信息，并将其作为轨道检查车定位的第二标志位，并将其作为当前行驶区间段的终点，当轨道检查车经过当前行驶区间段后，将当前行驶区间段的终点作为下一行驶区间段的起点，并以此获取轨道检查车在行进过程中的全部行驶区间段的轨道定位区间位置数据信息，即轨道定位区间信息，并将当前行驶区间段的起点位置记为L1。
所述的步骤4)具体为：
车载计算机根据枕木或轨道扣件图像对行驶区间段内的枕木或轨道扣件进行计数，将轨道检查车通过行驶区间段起点后的第一个枕木或轨道扣件，记数为1，当轨道轨检车通过并获取到行驶区间段内的第n个枕木或轨道扣件图像时，通过计算得出轨道检查车行驶的相对位移距离L2，则有：
L2＝n×s
其中，s为轨道间枕木或轨道扣件间距。
所述的步骤5)具体为：
车载计算机获取轨道检查车运行的速度、距离和图像采集和处理过程中所用的时间，并计算真实相位差L3，则有：
L3＝N×(πΦ/k)
其中，N为单位时间内编码里程计输出的脉冲数，Φ为轨道检查车车轮的直径，k为编码里程计每周输出的脉冲数，即在车载计算机在图像采集和处理所用时间T内的里程计输出的脉冲数。
所述的步骤6)中，轨道检查车在轨道行进中的真实位置L的计算式为：
L＝L1+L2+L3。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用一种基于NFC(Near Field Communication—近场通信)技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***，通过NFC技术对轨道检查车进行区间定位，利用机器视觉技术对轨道检查车的精确位置进行定位，并结合误差分析与数据处理，得到轨道检查车在轨道区间内的精确定位信息。
本发明在完成轨道检查车的区间定位时，采用NFC技术可以在很大程度上提高对轨道信标读取和处理效率，并通过定位方法中将NFC技术作为轨道区间定位的标准，可以大大节省在现有技术中过多部署无源信标的缺点，节省运营和管理成本。
附图说明
图1为根据本发明实施例的轨道信标定位***的结构图。
图2为根据本发明实施例的轨道检查车定位方法流程图。
图3为根据本发明实施例的NFC定位***的流程图。
图4为根据本发明实施例的机器视觉定位***的流程图。
图5为根据本发明实施例的数据传输***的通信模块原理图。
图6为信标定位子***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本发明实施例的轨道信标定位***的结构示意图，如图1所示，本实施例中的轨道检测定位***包括：NFC定位子***10、机器视觉定位子***11、定位校正子***12和轨道检查车通信子***07。
NFC定位子***10包括：轨道信标模块01和NFC传感器采集模块02；机器视觉定位子***11包括：图像采集模块03和图像处理模块04；定位校正子***12包括：误差校正模块05和数据处理模块06；定位校正子***13包括通信模块07。
NFC定位子***10具体为一种基于NFC(Near Field Communication—近场通信)技术的信标定位子***，用以确定轨道检查车在轨道上行驶的定位区间信息。对在特定轨道上行驶的轨道检查车位置做区域性的定位，若需对轨道检查车进行精确定位时，则在此***功能的基础上通过机器视觉定位子***11获取轨道检查车在轨道上的精确位置信息。
轨道信标模块01具体为一种基于NFC技术的无源信标定位芯片，即NFC信标芯片，其按一定的轨道检查车位移区间间隔安装于轨道检查车轨道之间的枕木或轨道扣件中间，并且每个NFC信标芯片都对其所在的枕木或轨道扣件位置具有唯一标识的作用，当轨道轨道检查车通过时，NFC信标芯片可以被安装于轨道检查车底部的NFC传感器采集模块02读取并采集位置信息，根据其唯一标识对轨道中间的枕木或轨道扣件进行定位，获取对应枕木或轨道扣件的位置信息，并以此作为轨道检查车通过时的位置信息。
NFC信标芯片储存的信息包括：NFC信标芯片所在枕木或轨道扣件的位置信息、与其相邻两个NFC信标芯片所在枕木或轨道扣件的位置信息、轨道的基本参数信息、轨道道岔信息和轨道坡度信息等。
本例中NFC传感器采集模块02为一安装于轨道检查车底部基于NFC技术的NFC传感器终端，用以与被安装在轨道间枕木或轨道扣件中间的基于NFC技术的NFC信标芯片进行点对点的单向或双向通信，获取NFC信标芯片所标记的轨道检查车轨道绝对位置信息(定位区间信息)的数据信息。
机器视觉定位子***11包括：图像采集模块03和图像处理模块04，用于对轨道区间内行驶的轨道检查车进行精确的定位。
图像采集模块03为安装于轨道检查车底部的高速摄像机，用以连续、准确的拍摄到轨道检查车行进过程中所通过的轨道中心的枕木或轨道扣件的图像，并同时将图像传给图像处理模块04。
图像处理模块04用以获取图像采集模块03发送拍摄到的枕木或轨道扣件图像，并根据所获取的图像信息进行进一步的数据处理：根据拍摄到的轨道检查车通过的枕木或轨道扣件个数，计算得出轨道检查车行驶的相对位移距离，以此位移距离作为轨道检查车的绝对位置定位信息。
定位校正子***12包括误差校正模块05和数据处理模块06，用以对绝对位置定位信息的误差校正和定位信息处理，并获取轨道检查车在轨道上行驶时的相对位置信息。
误差校正模块05通过车辆在行进过程中测得轨道检查车在轨道实际行驶过程中的速度、加速度和轨道检查车到达下一标记芯片的时间等数据信息，计算出图像采集模块03和图像处理模块4在采集和处理枕木或轨道扣件的位置信息时，因轨道检查车继续行驶而产生的真实相位差，得到轨道检查车的相对位置信息，对轨道检查车的绝对的位置信息进行误差校正，以得到准确的轨道检查车定位信息。
数据处理模块06通过NFC传感器采集模块得到的轨道定位区间信息、图像处理模块得到的轨道的绝对位置信息进行处理、整合，结合误差分析模块05得出的相对位置信息，最后得到轨道检查车在轨道行进中的真实位置坐标。
数据传输***13包括通信模块07，通过4G移动通信技术、DSRC(专用短程通信)技术等在轨道上行驶的轨道检查车和远程数据管理中心建立一个快速、稳定的通信线路，可以通过这种通信方式将轨道检查车在实际运行过程中的绝对位置坐标发送给中控站台，最终成功获取轨道检查车的精确位置信息。
图2示出了根据本发明实施例中的轨道检查车定位方法的流程图，本实施例的轨道检查车定位方法，由于一些特定地理因素和气候因素(如地下、隧道或高海拔地区等)的影响无法通过GPS技术及其他相关技术进行轨道检查车定位。所以，本实施例所涉及的轨道定位***并非部署于整段铁轨，只是在上述一些特殊条件下，在某段轨道区间内完成对轨道检查车的准确定位。该方法包括以下步骤：
步骤01：轨道检查车按一定速度通过所需完成轨道检查车定位的轨道区间，并按需求将轨道检查车的定位信息发送给远程数据管理中心。
步骤01具体为：完成轨道检查车定位首先应对其所需完成轨道检查车定位的轨道区间进行***的相关部署于安装。其中具体包括：将NFC信标芯片按一定的距离区间部署在轨道中间的枕木或轨道扣件上，NFC信标芯片可以被轨道检查车上的NFC传感器终端感应并读取其信息。
步骤02：安装于轨道检查车底部的NFC传感器终端扫描安装在所需定位轨道区间内各个枕木或轨道扣件的NFC信标芯片，获取该芯片所标志的轨道定位区间信息。
步骤02具体为：
安装于轨道检查车底部的NFC传感器终端扫描部署于所需定位轨道区间内各个枕木或轨道扣件的NFC信标芯片，将读取到第一个NFC芯片所代表的位置信息作为轨道检查车定位的第一标志位，并将其作为定位区间起点；同时以轨道检查车行进方向为正方向，读取的下一个相邻NFC芯片所代表的位置信息，将其作为轨道检查车定位的第二标志位，并将其作为定位区间的终点。以此方法，获取轨道检查车在行进过程中的行驶区间段，则可获得所对应NFC信标芯片所标志的轨道定位区间的数据信息，获取轨道检查车的定位区间位置的数据信息，即轨道定位区间信息。
当轨道检查车行驶通过定位区间，到达上述轨道检查车定位的第二标志位或定位区间终点时，轨道检查车的NFC传感器终端成功采集并获取上述下一信标芯片信息时，则将其第二标志位转换成新的第一标志位，之前的定位区间终点转换为新的定位区间起点，即定位区间信息同时更新。轨道检查车之后行进过程中的定位方法以此类推。
进一步地，NFC芯片所标记的当前枕木或轨道扣件代表的定位区间位置的数据信息，是在轨道部署、安装过程中由专业人员通过全站仪等精密仪器对当前枕木或轨道扣件的位置信息进行精确测量得到的。其进一步地包括：当前枕木或轨道扣件的位置坐标信息、经纬度信息、轨道的基本参数信息、轨道道岔信息和轨道坡度信息等。当轨道检查车通过定位区间起点时，获取该定位区间位置的数据信息，并记为L1。
步骤03：安装于轨道检查车上的高速摄像机对轨道定位区间内的轨道中间的枕木或轨道扣件进行连续的精准拍摄，获取准确、清晰的枕木或轨道扣件图像。
步骤03具体为：
如步骤02所述，利用NFC定位芯片将整段地铁进一地划分为连续、等距的若干轨道定位区间，因为在现有铁路***中轨道中间的枕木或轨道扣件的间隔为60厘米，所以每一轨道定位区间内的枕木或轨道扣件数目是相等的。故该实施例提出基于机器视觉技术对每段轨道定位区间的枕木或轨道扣件进行计数，根据轨道检查车获取定位信息是所处的枕木或轨道扣件在该轨道定位区间内的位置，可以确定轨道检查车此时的精确位置信息，即可获得轨道检查车的绝对位置信息。
进一步地，车载计算机根据枕木或轨道扣件图像对行驶区间段内的枕木或轨道扣件进行计数，并将轨道检查车通过行驶区间段起点后的第一个枕木或轨道扣件，记为1，之后的枕木或轨道扣件以此进行计数。在实际应用场景中，轨道间枕木或轨道扣件间距为固定值，记为s。当轨检车通过并获取到行驶区间段内的第n个枕木或轨道扣件图像时，则可以通过计算得出轨道检查车在行驶区间段内行驶的相对位移距离L2＝n*s。以此作为轨道检查车在定位区间段内的绝对位置信息。
在本实施例步骤03中，如需对在定位区间内行驶的轨道检查车进行准确定位时，安装于轨道检查车上的高速摄像机对部署于定位区间内的轨道中间枕木或轨道扣件进行连续的精准拍摄，获取准确、清晰的枕木或轨道扣件图像，并将获取到的枕木或轨道扣件图像都发送给部署于轨道检查车上的计算机，对其进行进一步的处理，得到相应枕木或轨道扣件的位置信息。
步骤04：部署于轨道检查车上的车载计算机，对由高速摄像机拍摄到的枕木或轨道扣件图像进行进一步的图像处理与识别，得到对应枕木或轨道扣件的位置信息，从而得到轨道绝对位置信息。
步骤04具体包括：
通过部署于轨道检查车上的车载计算机，对由高速摄像机拍摄到的枕木或轨道扣件图像进行进一步的图像处理与识别。轨道检查车可以通过图像采集技术获取所需要求定位的定位区间内的枕木或轨道扣件图像，通过对其图像的二次处理，获取每根枕木或轨道扣件对应的所在其轨道定位区间的准确位置信息，并以此标志位置信息作为轨道检查车在定位区间内的绝对位置信息。
步骤05：获取轨道检查车实时的行驶速度、加速度等数据，测得轨道检查车在图像采集和处理过程中轨道检查车继续行驶的相对位移，得到轨道检查车的相对位置信息。
具体包括：
由于基于本实施例中的定位方法应用于在轨道上定速行驶的轨道检查车或者轨道检测轨道检查车上，所以轨道检查车在轨道上行驶过程中按提前规定好的非高速的行驶速度或行驶速度范围内行驶。在完成轨道检查车定位过程中的图像采集与图像处理过程中，虽然高精度的高速摄像机以及高效的图像处理算法在将所获取的连续的枕木或轨道扣件图像转换为所要位置数据的过程耗时及短，基本可以忽略不计；但是，本实施例为保证本发明定位方法的精确度和准确度，通过实时获取轨道检查车的行驶速度、加速度和处理时间等条件，计算得出轨道检查车在图像处理的微小时间间隔内沿轨道继续行驶的相对位移，减少在实际操作过程的微小误差，获得轨道检查车的相对位置信息。
进一步地，车载计算机通过车载定位设备得到轨道检查车运行的速度、距离和图像采集和处理过程中所用的时间，车载定位设备主要采用安全型编码里程计。编码里程计通过编码盘与轮轴耦合，驱动一个或多个装在编码盘四周的光电传感器。这些传感器产生一个和速度成比例的脉冲序列，车载设备通过采样电路得到轨道检查车运行的速度和距离。轨道检查车运动速度＝单位时间内编码里程计输出的脉冲数×(πΦ/编码里程计每周输出的脉冲数)，轨道检查车运动距离＝编码里程计输出的脉冲数×(πΦ/编码里程计每周输出的脉冲数)，式中，Φ为轨道检查车车轮的直径。
相对位移的计算式为：L3＝编码里程计输出的脉冲数×(πΦ/编码里程计每周输出的脉冲数),式中Φ为轨道检查车车轮的直径，编码里程计输出的脉冲数为在车载计算机在图像采集和处理所用时间T内的里程计输出的脉冲数。
步骤06：对获取的轨道定位区间数据信息、轨道绝对位置信息和轨道检查车的相对位置信息进行整合、处理，确定最终的轨道检查车的真实位置信息，真实位置L＝L1+L2+L3
具体包括：
通过轨道检查车的数据处理模块和功能，对上述轨道检查车在定位区间内实际运行过程中，获取的区间位置的数据信息、绝对位置数据信息和相对位置数据信息进行整合与处理，最终确定轨道检查车的准确位置信息。
步骤07：将轨道检查车的位置信息实时发送给远程数据管理中心，获取轨道检查车的在所需定位轨道区间内的准确位置，完成轨道检查车定位。
具体包括：
通过轨道检查车无线通讯手段，在轨道上行驶的轨道检查车和远程数据管理中心之间建立一个快速、稳定的通信线路，可以通过这种通信方式将轨道检查车在轨道定位区间内实际运行过程中的绝对位置坐标发送给远程数据管理中心，并按需要实时更新轨道检查车的位置，最终成功获取轨道检查车的精确位置信息。
图3示出了根据本发明实施例中的NFC定位子***的流程图，本实施例的NFC定位***包括：
NFC定位子***，具体包括：通过NFC技术对在轨道上行驶的轨道检查车进行区间定位，以获取轨道检查车实时所在的轨道定位区间，其具体步骤进一步地包括：
步骤01：轨道检查车驶入特定轨道区段，具体为：轨道检查车进入所需通过本实施例涉及的定位方法进行特定轨道区段进行定位。其中，所述的特定轨道具体为，一段在铁路交通和城市轨道交通领域中应用于轨道线路检测和故障定位的具体轨道区间段中，进一步的，将所述的NFC定位芯片按一定的距离区间部署在轨道中间的枕木或轨道扣件上，所述的NFC信标芯片可以被轨道检查车上的NFC传感器终端感应并读取其信息。
步骤02：通过轨道信标芯片，读取该芯片的位置信息，并获取下一相邻芯片位置信息，具体包括：装于轨道检查车底部的NFC传感器终端扫描部署于所需定位轨道区间内各个枕木或轨道扣件的NFC信标芯片，将读取到第一个NFC芯片所代表的位置信息和下一相邻NFC芯片的位置信息。
步骤03和步骤04：将信标芯片的位置信息标记为第一标记位，设为定位区间的起点；将下一个相邻信标芯片的位置信息标记为第二标记位，设为定位区间的终点。具体包括：将读取到第一个NFC芯片所代表的位置信息作为轨道检查车定位的第一标志位，并将其作为定位区间起点；同时以轨道检查车行进方向为正方向，读取的下一个相邻NFC芯片所代表的位置信息，将其作为轨道检查车定位的第二标志位，并将其作为定位区间的终点。并执行步骤05：根据第一和第二标志位确定轨道检查车行驶的轨道定位区间。以此方法，获取轨道检查车在行进过程中的行驶区间段，则可获得所对应NFC信标芯片所标志的轨道定位区间的数据信息，获取轨道检查车的定位区间位置的数据信息，即轨道定位区间信息。
步骤06，若需对轨道检查车的位置做精准定位时，则通过本实施例发明方法中的步骤10：通过机器视觉技术定位***进行精确定位，进一步地执行步骤11：获取轨道检查车在轨道定位区间的绝对位置信息。否则进行步骤07：轨道检查车抵达轨道定位区间终点，轨道检查车通过对应轨道信标芯片，进一步地，当轨道检查车行驶通过定位区间，到达上述轨道检查车定位的第二标志位或定位区间终点时，轨道检查车的NFC传感器终端成功采集并获取上述下一信标芯片信息时，则将其第二标志位转换成新的第一标志位，之前的定位区间终点转换为新的定位区间起点，即定位区间信息同时更新，标志着轨道检查车正式进入下一轨道定位区间。轨道检查车之后行进过程中的区间定位方法以此类推。
图4示出了根据本发明实施例中的机器视觉定位***的流程图，本实施例的机器视觉定位***包括：
利用机器视觉技术对轨道定位区间内行驶的轨道检查车进行进一步地精确定位，是在上述所述的NFC定位***得到的轨道定位区间的基础上，获得轨道检查车在定位区间内的绝对位置信息。
其具体过程为：
步骤01：轨道检查车通过轨道信标芯片，并将其位置作为第一标志位；
步骤02：安装于轨道检查车底部的高速摄像机对经过的枕木或轨道扣件进行准确的拍摄采集，其进一步地包括：如需对在定位区间内行驶的轨道检查车进行准确定位时，安装于轨道检查车上的高速摄像机对部署于定位区间内的轨道中间枕木或轨道扣件进行精准拍摄，获取准确、清晰的枕木或轨道扣件图像，并将获取到的枕木或轨道扣件图像都发送给轨道检查车上的计算机，对其进行进一步的处理，得到相应枕木或轨道扣件的位置信息，从而得到轨道绝对位置信息。
对枕木或轨道扣件图像进一步处理，获取枕木或轨道扣件的位置信息，具体包括：
通过部署于轨道检查车上的车载计算机，对由高速摄像机拍摄到的枕木或轨道扣件图像进行进一步的图像处理与识别。进一步地，图像处理过程在图4示出的步骤03、步骤04、步骤05和步骤06构成的循环体中：对所拍摄的枕木或轨道扣件图像进行处理，将所经过的枕木或轨道扣件数量设为n，第一标志位的枕木或轨道扣件作为n＝0；当轨道检查车经过下一根枕木或轨道扣件，并获取其枕木或轨道扣件图像，则n+1；若要对轨道检查车行驶的轨道检查车进行定位时，则利用当前获取的n的值与轨道之间的固定距离值l相乘，得到此时轨道检查车所在枕木或轨道扣件距离第一标志位的距离，继而得到轨道检查车在经过第一标志位后，在轨道定位区间内的具***置，从而得到轨道检查车在轨道定位区间内的绝对位置信息；否则，轨道检查车继续向前行驶，高速摄像机继续拍摄轨道检查车所到达枕木或轨道扣件的图像，当要对轨道检查车进行定位时再执行上述操作。通过此方式可以获取在轨道定位区间内行驶的轨道检查车的绝对位置信息。
图5示出了根据本发明实施例中的通信模块的原理图：
在轨道定位区间上运行的轨道检查车与远程数据管理中心的通信原理具体为：
①行进间轨道检查车主动向远程数据管理中心发起通信连接请求，轨道检查车连接请求以中断方式传递给远程数据管理中心；
②远程数据管理中心收到轨道检查车发起的连接请求后，立即解析并处理收到的通信连接请求数据包，获取处于定位区间内行驶正在发送连接请求的轨道检查车编号，并向该轨道检查车回送确认并要求轨道检查车发送建立正常通信所需的参数信息和相关协议；
③轨道检查车收到调度中心发挥的确认信息后，将建立通信连接所需的通信参数和协议发送给调度中心；
④调度中心将轨道检查车发来的通信参数与可成功建立通信所需通信参数进行比较，确认轨道检查车发送的通信参数正确后，调度中心向轨道检查车反馈认证信息，成功建立轨道检查车与调度中心的正常通信，至此，轨道检查车与调度中心之间通过数据通信，完成定位数据信息的传输；
⑤轨道检查车发送轨道检查车在轨道定位区间内行驶的位置信息，轨道检查车在收到调度站发来的确认信息后，则持续向调度中心发送位置信息数据包(按具体需求连续性的向调度中心发送n个定位信息数据包，并进行n次轨道检查车定位数据信息的传输)；
⑥如果轨道检查车在轨道定位区间内的定位信息发送完毕，或要终止发送，则向调度中心发送数据传输终止请求，同时停止其他相关的定位操作和活动，等待调度中心的回应；
⑦调度中心对轨道检查车发来的定位终止的请求进行确认后(在第n+1次数据信息传输过程时进行关闭连接确认)，轨道检查车定位数据信息传输终止。最后，调度中心将对收到的全部轨道检查车定位信息进行解码、处理，最终得到轨道检查车在轨道定位区间内行驶的准确位置信息。
图6示出了根据本发明实施例中的信标定位***结构图，如图6所示，本实施例中的轨道信标定位模块的部署结构进一步包括：轨道检查车轨道08，轨道枕木09，NFC信标芯片14、15。
轨道检查车轨道08，具体为：需要通过本发明提出的轨道检查车定位方法进行轨道检查车定位的特定轨道区间段。进一步地，是在城市轨道交通领域或铁路交通领域中，由于一些特定地理因素和气候因素(如地下、隧道或高海拔地区等)的影响无法通过GPS技术及其他相关技术进行轨道检查车定位的轨道区间段。
枕木09具体为：每根枕木的位置信息是在轨道部署、安装过程中由专业人员通过全站仪等精密仪器对当前枕木或轨道扣件的位置信息进行精确测量得到的。其进一步地包括：当前枕木或轨道扣件的位置坐标信息、经纬度信息、轨道的基本参数信息、轨道道岔信息和轨道坡度信息等。
所述的NFC信标定位芯片14和15，具体为：一种基于NFC(Near FieldCommunication—近场通信)技术的无源信标定位芯片，可被NFC传感器读取、采集轨道检查车行进过程中的位置信息。并且将NFC定位芯片按一定的距离区间部署在轨道中间的枕木上，用来标记其所在枕木或轨道扣件的位置信息。
在定位过程中，当轨道检查车通过所述的NFC定位芯片14时，通过NFC传感器装置获取该信标定位芯片14所标记的枕木的位置信息，将该位置信息作为定位区间的第一标志位，以此为轨道定位区间的起点；同时并获取与其相邻的，处在轨道检查车行驶方向上的下一个信标定位芯片15，将该位置信息作为定位区间的第二标志位，以此为轨道定位区间的终点。从而得到轨道检查车行进过程中的定位区间段信息。并以轨道定位区间起点所在位置作为轨道检查车的定位起点，记为L1。
当轨道检查车通过NFC定位芯片14并经过定位区间内的轨道枕木09时，车载计算机根据枕木或轨道扣件图像对行驶区间段内的枕木或轨道扣件进行计数，将轨道检查车通过行驶区间段起点后的第一个枕木或轨道扣件，记为1，之后的枕木或轨道扣件以此进行计数。在实际应用场景中，轨道间枕木或轨道扣件间距为固定值，记为s。当轨检车通过并获取到行驶区间段内的第n个枕木或轨道扣件图像时，则可以通过计算得出轨道检查车在行驶区间段内行驶的相对位移距离L2＝n*s。以此作为轨道检查车在定位区间段内的绝对位置信息。
利用车载计算机通过车载定位设备得到轨道检查车运行的速度和距离，计算出在图像采集和图像处理过程中轨道检查车继续行驶所造成的相对位移。车载定位设备主要采用安全型编码里程计。编码里程计通过编码盘与轮轴耦合，驱动一个或多个装在编码盘四周的光电传感器。这些传感器产生一个和速度成比例的脉冲序列，车载设备通过采样电路得到轨道检查车运行的速度和距离。轨道检查车运动速度＝单位时间内编码里程计输出的脉冲数×(πΦ/编码里程计每周输出的脉冲数)；轨道检查车运动距离＝编码里程计输出的脉冲数×(πΦ/编码里程计每周输出的脉冲数)，式中Φ为轨道检查车车轮的直径。
相对位移的计算式为：L3＝编码里程计输出的脉冲数×(πΦ/编码里程计每周输出的脉冲数),式中Φ为轨道检查车车轮的直径，编码里程计输出的脉冲数为在车载计算机在图像采集和处理所用时间T内的里程计输出的脉冲数。
通过轨道检查车的数据处理模块和功能，对上述轨道检查车在定位区间内实际运行过程中，获取的区间位置的数据信息、绝对位置数据信息和相对位置数据信息进行整合与处理，最终确定轨道检查车的准确位置信息。轨道检查车在轨道行进中的真实位置的计算式为：真实位置L＝L1+L2+L3
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***，其特征在于，该***包括：
NFC定位子***(10)：包括相互连接的轨道信标模块(01)和NFC传感器采集模块(02)；
机器视觉定位子***(11)：包括图像采集模块(03)和图像处理模块(04)，所述的图像处理模块(04)分别与图像采集模块(03)和NFC传感器采集模块(02)连接；
定位校正子***(12)：包括误差校正模块(05)和数据处理模块(06)，所述的数据处理模块(06)分别与图像处理模块(04)和误差校正模块(05)连接；
数据传输子***(13)：包括与数据处理模块(06)连接的通信模块(07)，所述的通信模块(07)与远程数据管理中心通信；
远程数据管理中心：通过通信网络与通信模块(07)通信；
所述的轨道信标模块(01)包括多个NFC信标芯片，多个NFC信标芯片按定位区间设定间距布设在轨道中间的枕木或轨道扣件上，用以对该枕木或轨道扣件进行唯一标识，并存储轨道定位区间信息，所述的NFC传感器采集模块(02)为一安装在轨道检查车车底(9)上的传感器终端，用以与NFC信标芯片进行点对点的单向或双向通信，获取NFC信标芯片存储的数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***，其特征在于，所述的图像采集模块(03)为安装在轨道检查车底部的高速摄像机(8)，用以拍摄轨道检查车通过的每根轨道中间枕木或轨道扣件的图像信息，并同时将图像发送给图像处理模块(04)，所述的图像处理模块(04)根据中间枕木或轨道扣件的图像信息获取轨道检查车行驶的相对位移距离，并以此相对位移距离作为轨道检查车的绝对位置定位信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***，其特征在于，所述的误差校正模块(05)用以计算因轨道检查车继续行驶而产生真实相位差对应的相对位置信息，所述的数据处理模块(06)根据相对位置信息对轨道检查车的绝对位置定位信息进行误差校正，获取轨道检查车在轨道行进中的真实位置坐标。
4.一种应用如权利要求1-3任一项所述的基于NFC技术和机器视觉相结合的轨道检测定位***的定位方法，用以实现在通过GPS技术及其他相关技术无法进行定位情况下的轨道检查车定位，其特征在于，包括以下步骤：
1)轨道检查车通过所需完成轨道检查车定位的轨道区间，并将轨道检查车的定位信息发送给远程数据管理中心；
2)轨道检查车在通过轨道区间过程中，通过NFC传感器采集模块扫描等距布设在轨道区间内枕木或轨道扣件处的NFC信标芯片，并获取该NFC信标芯片所标识的轨道定位区间信息，包括所在枕木或轨道扣件的位置信息、与其相邻两个NFC信标芯片所在枕木或轨道扣件的位置信息、轨道的基本参数信息、轨道道岔信息和轨道坡度信息；
3)高速摄像机对轨道区间内的枕木或轨道扣件进行连续拍摄，获取枕木或轨道扣件图像；
4)轨道检查车上的车载计算机内的图像处理模块对枕木或轨道扣件图像进行图像处理与识别，得到对应枕木或轨道扣件的位置信息，从而获取轨道绝对定位信息；
5)车载计算机内的误差校正模块根据在图像采集和处理过程中所用的时间，计算得到在该时间间隔内轨道检查车继续行驶产生的真实相位差，从而得到轨道检查车的相对位置信息；
6)数据处理模块根据轨道定位区间数据信息、轨道绝对定位信息和相对位置信息计算得到轨道检查车在轨道行进中的真实位置坐标；
7)通信模块将轨道检查车在轨道行进中的真实位置坐标实时发送给远程数据管理中心，获取轨道检查车的在所需定位轨道区间内的准确位置，完成轨道检查车定位。
5.根据权利要求4所述的一种定位方法，其特征在于，所述的步骤2)具体为：
NFC传感器采集模块扫描布设在轨道区间内各个枕木或轨道扣件的NFC信标芯片，将读取到的第一个NFC信标芯片所标识的位置信息作为轨道检查车定位的第一标志位，并将其作为当前行驶区间段的起点，同时以轨道检查车行进方向为正方向，读取的下一个相邻的NFC信标芯片所标识的位置信息，并将其作为轨道检查车定位的第二标志位，并将其作为当前行驶区间段的终点，当轨道检查车经过当前行驶区间段后，将当前行驶区间段的终点作为下一行驶区间段的起点，并以此获取轨道检查车在行进过程中的全部行驶区间段的轨道定位区间位置数据信息，即轨道定位区间信息，并将当前行驶区间段的起点位置记为L1。
6.根据权利要求5所述的一种定位方法，其特征在于，所述的步骤4)具体为：
车载计算机根据枕木或轨道扣件图像对行驶区间段内的枕木或轨道扣件进行计数，将轨道检查车通过行驶区间段起点后的第一个枕木或轨道扣件，记数为1，当轨道轨检车通过并获取到行驶区间段内的第n个枕木或轨道扣件图像时，通过计算得出轨道检查车行驶的相对位移距离L2，则有：
L2＝n×s
其中，s为轨道间枕木或轨道扣件间距。
7.根据权利要求6所述的一种定位方法，其特征在于，所述的步骤5)具体为：
车载计算机获取轨道检查车运行的速度、距离和图像采集和处理过程中所用的时间，并计算真实相位差L3，则有：
L3＝N×(πΦ/k)
其中，N为单位时间内编码里程计输出的脉冲数，Φ为轨道检查车车轮的直径，k为编码里程计每周输出的脉冲数，即在车载计算机在图像采集和处理所用时间T内的里程计输出的脉冲数。
8.根据权利要求7所述的一种定位方法，其特征在于，所述的步骤6)中，轨道检查车在轨道行进中的真实位置L的计算式为：
L＝L1+L2+L3。
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