CN110926332A - 一种轨道接触网空间位置检测车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种轨道接触网空间位置检测车，所述检测车包括轨道1、轨道行走检测平台2、动力牵引车3、动力控制模块4、惯导***5、光电测量***装置6，其中：轨道行走检测平台2为T型梁结构，轨道行走检测平台2的底端设置有移动装置，所述移动装置用于在轨道1上滑动；动力牵引车3的一端与轨道行走检测平台2的一端连接，动力牵引车3在轨道1上移动，用于牵引轨道行走检测平台2；动力控制模块4设置在动力牵引车3上，用于控制动力牵引车3的移动；所述惯导***5设置在轨道行走检测平台2的T型梁上，用于对检测车姿态、速度、位置进行测量；光电测量***装置6设置在轨道行走检测平台2相对于轨道1的中线位置上。

Description

一种轨道接触网空间位置检测车

技术领域

本发明属于交通设施检测技术领域，具体涉及一种轨道接触网空间位置检测车。

背景技术

轨道机车通过受电弓与接触网线进行接触获得电力，轨道机车带动受电弓运动，并受电弓与接触网线间的接触压力控制在一个合理区间内。为了实现这点，需要将接触网线与轨道平面间的距离(导高)、接触网线距离轨道中心子午面的距离(拉出值)控制在一定范围内，从而为受电弓的设计、制造以及应用提供明确的边界条件。因此，轨道在施工、验收和营运过程中需要对接触网线的空间位置进行测量，并调整接触网线的导高和拉出值，使之能够满足设计、使用要求。

现有轨道接触式接触网检测设备大多以轨道综合检测车为载体，此方法极大地提高了检测精度和检测效率，但是利用综合检测车进行检测需要占用线路、干扰正常行车，且该类设备造价高昂，因此一般只应用于主要干线的检测。对于普通的轨道线路，目前依然采用传统的检测手段对接触网线进行检测，需要检测人员在现场利用全站仪或激光测距仪测量接触网的导高、拉出，这种方法效率低、费用高。由于传统方法需要依靠现场人员现场填写纸质检测报告，不利于轨道营运养护、管理资料的跟踪与管理。随着轨道营运的效率要求不断提高，轨道的夜间维护时间也在逐渐缩短，传统检测方法注定无法满足我国未来轨道营运的要求。设计、开发一种小型、轻量化、低成本的接触网空间位置快速检测***，实现轨道接触网的自动化、快速化，实现检测数据的电子化，将有助于该类型设备的普及，提高检测效率，降低轨道养护、营运、管理成本，并最终提高整个轨道路网的营运安全和营运效率。

发明内容

本发明的任务是要解决上述技术难题，提供一种非接触式快速轨道接触网空间位置检测***。所述非接触式快速轨道接触网空间位置检测***包括：DCC***与光电检测***。

本申请提供一种轨道接触网空间位置检测车，所述检测车包括轨道1、轨道行走检测平台2、动力牵引车3、动力控制模块4、惯导***5、光电测量***装置6，其中：

轨道行走检测平台2为T型梁结构，轨道行走检测平台2的底端设置有移动装置，所述移动装置用于在轨道1上滑动；

动力牵引车3的一端与轨道行走检测平台2的一端连接，动力牵引车3在轨道1上移动，用于牵引轨道行走检测平台2；

动力控制模块4设置在动力牵引车3上，用于控制动力牵引车3的移动；

所述惯导***5设置在轨道行走检测平台2的T型梁上，用于对检测车姿态、速度、位置进行测量；

光电测量***装置6设置在轨道行走检测平台2相对于轨道1的中线位置上；光电测量***装置6包括面阵相机61、图像计算机62和线激光器63，面阵相机61和线激光器63与图像计算机62连接；所述面阵相机61用于拍摄轨道接触网图像，所述线激光器63用于光电测量***的照明补偿光源。

优选的，面阵相机61和线激光器63设置光电测量***装置6两侧，图像计算机62设置在光电测量***装置6中部。

优选的，所述动力牵引车3采用蓄电池驱动。

优选的，轨道行走检测平台2还包括有光电编码器、分频板、工业计算机，所述光电编码器和分频板分别于工业计算机连接，所述光电编码器为检测***的同步触发源，

优选的，所述光电编码器，在检测***底盘移动时产生脉冲触发信号。

优选的，所述分频板，用于获取脉冲触发信号，并将脉冲触发信号分频后，输出面阵相机61。

优选的，所述工业计算机于图像计算机62和惯导***5连接，用于处理图像计算机62采集的图像数据，并处理惯导***5采集的数据。

优选的，还包括综合计算机和千兆交换机；

所述千兆交换机，设置在轨道行走检测平台2上，与综合计算机和工业计算机及图像计算机62相连，用于和工业计算机之间的数据通信及工业计算机和图像计算机62的状态监控，所述综合计算机用于接受数据，响应用户操作，以及对获取的数据进行汇总、融合。

有益效果：与现有技术相比，本发明属于不同于现有技术方案的技术特征有

(1)用于底盘姿态检测的工业计算机、用于图像采集处理及发送的图像计算机、用于实现测量数据汇总融合的综合计算机，所述的三个计算机之间通过千兆交换机相互连接，构成一个分布式采集***。

(2)采用光电测量***进行图像采集处理，同时结合DCC***中的同步触发源即光电编码器的协同配合实现接触网的动态检测，实时提供测试数据。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种接触网检测车机械结构整体视图；

图2为本申请实施例提供的一种接触网检测车硬件架构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种接触网检测车光学测量结构视图；

图4为本申请实施例提供的一种接触网检测车运作流程框图。

图5为本申请实施例提供的一种接触网检测车各模块关系示意图

其中：1-轨道，2-轨道行走检测平台，3-动力牵引车，4-工业计算机，5-惯导***，6-光电测量***装置,61-面阵相机，62-图像计算机，63-线激光器，10-接触网导高上界，11-接触网导高下界，12-动力车与轨道行走检测平台连接装置，h1-接触网导高范围，h0-接触网下界高度。

具体实施方式

本发明公开了一种轨道接触网空间位置检测车。该检测车包含两套子***：数据采集计算机DCC***与光电检测***。所述DCC***包括光电(里程)编码器、分频板、惯导***、工业计算机；所述光电测量***包括面阵相机、线激光器、图像计算机、硬盘；其中工业计算机与图像计算机通过千兆交换机连接到综合计算机，构成一个分布式采集***。按照本发明实现的对轨道接触网空间位置的动态检测方法，光电编码器作为整个***的同步触发源，***进入采集状态时，线激光器为面阵相机提供补偿光源，随着底盘车辆移动，光电编码器沿着检测方向以一定步长产生触发信号，相机接收到触发脉冲后，***随即进行相应地采集、处理、记录一张图像和对应的一个接触网空间位置数据文件。本***采用惯导/里程仪组合导航***实现里程精确测量，采用光电编码器的脉冲输出，实现相机对图像的动态采集，结合图像计算机对相机的自动控制，实现对轨道接触网的实时动态检测，提高检测速度，降低轨道养护、营运、管理成本，并最终提高整个轨道路网的营运安全和营运效率。

本发明的设计构思是：本发明公开了一种非接触式快速轨道接触网空间位置检测***。为了实现对地铁接触网导高为4000-5300mm范围内的精确测量，设计基于面阵相机图像处理的光电测量***，实现对接触网的静态检测；其次，为了实现对接触网的动态检测，实时提供测试数据，进而提高检测车的检修效率，设计了基于光电编码器作为同步触发源以触发相机工作和基于里程计/惯性组件组成的组合导航***实现里程精确测量的DCC***；最后，为了实现***对获取的数据进行汇总、融合以及实现用户对采集***的控制，设计了实现综合计算机、工业计算机、图像计算机通过千兆交换机之间互联，实现***控制。

首先，该***的硬件结构以及相互的数据传递关系如下：

参考所述图2，为本轨道接触网空间位置检测车硬件架构示意图(不包括电源与机械结构)，图中所示展现了两大子***之间的连接关系。

如图2，本发明的轨道接触网空间位置检测车：DCC***和光电测量***。所述光电检测***实现图像采集处理即静态测量，所述DCC***实现了能够进行实时监测和动态测量，三个计算机之间通过千兆交换机的连接实现了该分布式采集***的智能控制。图中箭头表示数据或信号的传递。

所述DCC***包括：光电编码器，分频板、惯导***、工业计算机；光电测量***包括：面阵相机、线激光器、图像计算机、硬盘；同时，整个******有千兆交换机和综合计算机。

所述光电编码器是整个***的同步触发源，产生脉冲信号，作为一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器，能够在检测车载检测状态移动时，产生触发脉冲，是使所述广电检测***中的面阵相机进行图像采集的同步触发源。同时光电编码器也作为里程仪协同所述惯导***实现设备导航。

所述分频板对触发脉冲分频作用于面阵相机，其将来自所述光电编码器的脉冲分频，产生TTL脉冲，触发相机以一定的周期进行拍摄，实现检测车以一定步长进行实时地图像采集。

所述惯导***与所述光电偏码器组成的里程计形成组合导航***，用于测量检测车的姿态、速度、位置等信息，对设备进行精确定位，惯导***与里程仪结合而成的组合***实现里程精确测量，光电里程仪采用与检测车行进轮同轴设计，实时测量行进轮的转动里程信息，里程仪与***配备的惯组实现航位推算解算实现设备定位。由于惯导的速度是由积分而来，存在误差随时间的积累，而里程计的速度是直接测量量，其误差不随时间变化。由于这一特点，惯导与里程计的组合具有比纯惯性导航***更高的精度，利用里程计的输出数据(速度或里程增量)与惯导***中的陀螺数据进行组合，来有效控制惯导误差随时间的增长。从而实现了设备的姿态、速度、位置的精确定位，精确测量里程；

所述底盘姿态检测的工业计算机与惯导传感器连接，用于检测底盘的姿态参数，并发送给工业计算机，工业计算机为DCC***的控制计算机。

所述光电检测***中的线激光器作为光电测量***中图像采集装置的补偿光源，提高相机图像拍摄质量；

所述光电检测***中的面阵相机在TTL脉冲的触发下，实现对接触网的动态拍摄；

所述光电检测***中的图像计算机通过USB3.0与Basler面阵相机连接，用于实现图片数据的采集、处理、处理后数据的发送，需要能够响应上位机的控制指令。用来控制相机的采集并存放传回的图像数据至硬盘中，并对图像进行处理，将处理后的数据发送至主计算机。采用局域网络实现与主计算机之间的相互通信。其中，用户通过综合计算机中的指令，可以通过图像计算机进行曝光和增益设置、检测步长设置等；

参考图1，为本接触网检测***检测车的机械结构整体视图：

该接触网检测车的整车结构包括：动力牵引车、轨道检测车(包含接触网检测模块)

所述的动力牵引车用于整个检测***自驱动运行和自主巡航，为检测车的行走驱动即牵引机车，实现整个检测***自驱动运行，实现自主巡航和可智能控制运行操作。

所述轨道行走检测平台，即轨道行走与检测***，主要为以上检测传感器等装置提供安装基准。以确保其在行进过程中能可靠、稳定地获取数据，能够准确获取轨道几何参数数据，并能为接触网几何参数检测模块等提供安装基准。轨道行走检测平台实现的关键组件(惯性+里程定位)：采用惯性/里程仪组合***实现里程精确测量。光电里程仪采用与行进轮同轴设计，实时测量行进轮的转动里程信息，里程仪与***配备的惯组实现航位推算解算实现设备定位。

参考图3，为本检测***的光学测量结构视图，沿着检测车的行进方向，所述牵引车通过铰接连接牵引轨道行走检测平台，接触网的光电测量装置安装于检测平台之上，所述光电测量装置上相对安装着线激光器(63)与面阵相机(61)。其中，线激光器(63)竖直安装，以照亮上方的接触网线，而面阵相机(61)与线激光器(61)相距一定水平距离且与相机光轴与水平面呈一定夹角安装，以实现相机能够拍摄到激光照射到的接触网区域。

基于以上接触网检测车的硬件框架和机械结构，该检测车对地铁接触网空间位置的检测原理如下：

检测车进入检测状态沿着轨道行进时，光电编码器产生同步触发脉冲，在分频板的分频下产生TTL脉冲，从而触发相机以一定周期对激光器所照亮的上方接触网线进行拍摄，得到一系列定步长位置的接触网图像，同时，图像计算机对相机图像进行接收、存储、压缩，以及对图像数据进行处理和发送。图像计算机将接触网导高和拉出值等几何参数检测结果发送至综合计算机处进行综合处理显示，实现对接触网几何参数的动态、实时测量。

参考图4，为接触网检测车运作流程框图，当操作人员操纵检测车对接触网进行采集作业时，整个检测车的工作流程如下：

用户首先对检测车进行上电操作，此时DCC***、光电检测***上电并进入自检状态(约5分钟)，待自检通过后，检测车进入待机状态，等待下一步指令。当轨道检测车处于待机状态时，轨道检测车在工作人员进行操作之前不做任何动作。而后，用户输入线路信息，包括路段名称、检测方向、起始桩号等，***进入采集就绪状态，此时工作人员控制牵引车按照规定的检测路线行驶，检测***进入工作状态，相机开始采集接触网图像

采集过程中，该接触网检测车采集沿线接触网位置并将图像数据及处理结果数据以一定的数据存储格式进行保存。具体地，检测软件需要在图像计算机的本地硬盘上存储数据，软件所存的数据分为图像数据以及其对应的接触网空间位置数据。

检测车将所采集的图像数据和接触网空间位置数据存储至硬盘后，由于图像计算机与工业计算机通过千兆交换机与综合计算机进行通信，所以DCC***和光电检测***所采集处理结果会发送至综合计算机进行汇总融合、并进行分析、生成报表，提供超限预警，从而对接触网的空间位置作出动态测量，实时上传数据。

采集完成后，用户输入采集结束指令，检测车停止保存数据，而后DCC***与光电测量***关机。

在开始采集和结束采集时，用户需要确保不移动车辆，以保证数据同步。

接触网检测车各模块关系示意图，主要包括两个部分：客户端和服务端。

客户端主要是提供一个GUI模块，通过此模块，用户可向检测车发送指令，再通过客户端控制模块实现对检测车工作状态的控制，同时用户可通过GUI模块查看接触网检测***对接触网的检测分析结果。

客户端还包含DCC***的部分，包括：惯导***API、惯导数据流处理与姿态解析模块、数据融合模块、接触网位置数据流模块、数据库模块等。

惯导***API主要用于获取检测车位置和姿态的数据，并将检测车位置和姿态的数据发送至惯导数据流处理与姿态解析模块模块。

惯导数据流处理与姿态解析模块、、模块通过控制模块的指令，对检测车位置和姿态的数据进行分析处理，并将处理后的数据发送至数据融合模块。

在控制模块的控制下，数据融合模块对检测车位置、姿态的数据以及接触网位置数据进行融合，并将融合结果发送至控制模块，再由控制模块发送至数据库模块进行存储。

服务器端主要是由光电检测***组成，由相机API对沿路的接触网图片进行采集，将采集后的图像数据发送至图像数据流处理模块。

在服务器控制模块的控制下，图像数据流处理模块通过图像处理技术对接触网图片进行预处理，并将处理后的图像数据发送至接触网线识别与提取模块。

接触网线识别与提取模块对处理后的图像中的接触网特征点进行识别与提取，并将其特征数据发送至图像编码与存储模块。

图像编码与存储模块对沿路接触网图像进行对应编码与存储，并将有关数据发送至服务器控制模块。

服务器控制模块对图像数据流处理模块、接触网想识别与提取模块以及图像编码与存储模块的工作状态进行控制，并接收接触网图像有关数据，并将接触网图像有关数据发送至客户端报文解析模块。

客户端报文解析模块将接触网图像有关数据进行解析、处理，并通过服务器套接字与客户端套接字，实现客户端数据与服务器数据相互通信，最终实现图像数据和接触网空间位置数据的融合。

Claims (8)

1.一种轨道接触网空间位置检测车，其特征在于，所述检测车包括轨道(1)、轨道行走检测平台(2)、动力牵引车(3)、动力控制模块(4)、惯导***(5)、光电测量***装置(6)，其中：

轨道行走检测平台(2)为T型梁结构，轨道行走检测平台(2)的底端设置有移动装置，所述移动装置用于在轨道(1)上滑动；

动力牵引车(3)的一端与轨道行走检测平台(2)的一端连接，动力牵引车(3)在轨道(1)上移动，用于牵引轨道行走检测平台(2)；

动力控制模块(4)设置在动力牵引车(3)上，用于控制动力牵引车(3)的移动；

所述惯导***(5)设置在轨道行走检测平台(2)的T型梁上，用于对检测车姿态、速度、位置进行测量；

光电测量***装置(6)设置在轨道行走检测平台(2)相对于轨道(1)的中线位置上；光电测量***装置(6)包括面阵相机(61)、图像计算机(62)和线激光器(63)，面阵相机(61)和线激光器(63)与图像计算机(62)连接；所述面阵相机(61)用于拍摄轨道接触网图像，所述线激光器(63)用于光电测量***的照明补偿光源。

2.根据权利要求1所述的轨道接触网空间位置检测车，其特征在于，面阵相机(61)和线激光器(63)设置光电测量***装置(6)两侧，图像计算机(62)设置在光电测量***装置(6)中部。

3.根据权利要求1所述的轨道接触网空间位置检测车，其特征在于，所述动力牵引车(3)采用蓄电池驱动。

4.根据权利要求1所述的轨道接触网空间位置检测车，其特征在于，轨道行走检测平台(2)还包括有光电编码器、分频板、工业计算机，所述光电编码器和分频板分别于工业计算机连接，所述光电编码器为检测***的同步触发源。

5.根据权利要求4所述的轨道接触网空间位置检测车，其特征在于，所述光电编码器，在检测***底盘移动时产生脉冲触发信号。

6.根据权利要求4所述的轨道接触网空间位置检测车，其特征在于，所述分频板，用于获取脉冲触发信号，并将脉冲触发信号分频后，输出面阵相机(61)。

7.根据权利要求4所述的轨道接触网空间位置检测车，其特征在于，所述工业计算机于图像计算机(62)和惯导***(5)连接，用于处理图像计算机(62)采集的图像数据，并处理惯导***(5)采集的数据。

8.根据权利要求1所述的轨道接触网空间位置检测车，其特征在于，还包括综合计算机和千兆交换机；

所述千兆交换机，设置在轨道行走检测平台(2)上，与综合计算机和工业计算机及图像计算机(62)相连，用于和工业计算机之间的数据通信及工业计算机和图像计算机(62)的状态监控，所述综合计算机用于接受数据，响应用户操作，以及对获取的数据进行汇总、融合。

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