CN211347693U - 基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***及分析*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***及分析***，监测***包括一个以上标定板以及顺序连接的摄像头I(用于录像)、图像提取***I(用于提取录像中的图片)和图像处理***I(用于对图片进行处理得到应变数据)，至少一个标定板固定在钢轨试件轨腰的侧面上，标定板位于摄像头I的视野范围内；分析***包括上述监测***，还包括相互连接的应力采集***(用于采集应力数据)和数据处理***，图像处理***I与数据处理***连接，数据处理***用于处理应变数据和应力数据，输出分析结果。本实用新型可以实现用图像处理方法监测钢轨纵向阻力试验中的钢轨应变并进行数据分析，适合推广使用。
Description
技术领域
本实用新型属于试验器件技术领域，涉及一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***及分析***。
背景技术
在轨道交通道路结构中，由于混凝土道床保持几何形位能力较强，线路纵向阻力一般由弹条扣件的约束形成的钢轨纵向阻力确定。钢轨纵向阻力既是轨道结构设计的重要参数，同时也是铁路工程建设标准、铁路产品标准和运营维护标准中一项必要的基础数据，需要采取科学准确的方法加以测定。目前，钢轨纵向阻力试验中应变的监测方法主要通过接触式应变传感器测得，接触式应变传感器的特点是操作简单，能直接反映应变测试的结果，但是也存在不可忽视的缺陷，如不够准确，容易因钢轨的滑移产生误差。
由此，为了满足对于钢轨纵向阻力试验中应变监测的准确性的需求，有必要改进钢轨纵向阻力试验的应变监测方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决现有技术中对于钢轨纵向阻力试验中应变监测的准确性不够的问题，提供一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，并进一步地，基于该监测***得到一种分析***。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，包括标定板以及顺序连接的摄像头I、图像提取***I和图像处理***I；
标定板的数量为一个，固定在钢轨试件轨腰的侧面上，或者，标定板的数量为两个，一个固定在钢轨试件轨腰的侧面上，另一个固定在钢轨试件与纵向阻力试验机之间的固定支架上，二者的水平高度相同；
标定板位于摄像头I的视野范围内，摄像头I固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头I的拍摄视角固定；
图像提取***I用于按帧数提取摄像头I的录像中的图片；
图像处理***I用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。
本实用新型采用摄像头I对试验过程中标定板的位置进行全程录像，并通过图像提取***I按帧数提取录像中的图片，然后用图像处理***I处理提取出的图片，即可得出试验过程中的钢轨的应变情况；
其中，当标定板的数量为一个时，钢轨试件带动标定板进行移动时，标定板在每一帧图片里的位置都有所变化，将第二张之后的图片里标定板的位置与第一张图片两两对照，即可得出标定板的相对位移；当标定板的数量为两个时，处理过程为当钢轨试件带动第一个标定板进行移动时，固定在固定支架上的第二个标定板无位移，所以两个标定板在每一帧图片里的相对位置都有所变化，计算出每一帧图片里两个标定板之间的距离，即可得出标定板的相对位移；最终根据标定板的相对位移即可得到钢轨的应变数据，相对于现有技术的方法，图像识别方法更加准确简便。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，摄像头I固定在摄像头固定装置上，摄像头固定装置与摄像头固定平台铰连接，这使摄像头固定装置可相对摄像头固定平台在YZ平面进行左右摆动，便于调整摄像头使图片中标定板的位移保持在水平方向，目的是方便计算、减小误差，摄像头固定平台与摄像头支架活动连接，摄像头支架用于沿方向Y和方向Z移动摄像头固定平台，方向Y和方向Z相互垂直，二者同时垂直于钢轨试件轨腰的侧面。
如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，摄像头支架的底部装有开关式磁力座，摄像头支架放置在铁质工作平台上。
如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，摄像头支架由14条杆组成，其中12条杆连成立方体框架，其他2条杆相互平行，都固定在立方体框架中，同时与立方体框架中的4条杆相互平行。
如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，摄像头支架的顶部安装有照明光源固定装置，当环境光线不足时，可添加照明光源对光照进行补偿。
本实用新型还提供一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，包括如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，还包括相互连接的应力采集***和数据处理***，应力采集***用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据，监测***中的图像处理***I与数据处理***连接，数据处理***用于将应变数据和应力数据绘制成一一对应的表格，选择相应的方法对应变数据与应力数据进行分析，输出分析结果；具体地，数据处理***将得到的应变数据与应力数据加以整合，按照时间顺序两两匹配起来，可以输出为包含详细数据的Excel文件以及应力--应变曲线图，然后使用数据分析软件分析应力数据的增减趋势，并记录应力开始减小的时间、最大值以及同一时间应变数值，即可输出分析结果。
本实用新型在前述的基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***的基础上，进一步地采用了应力采集***和数据处理***，通过应力采集***采集试验过程中的应力数据，再通过数据处理***将前述的应变数据和应力采集***采集的应力数据进行处理，得到一一对应的数据，最后对该数据进行分析，输出试验结果；
由于当两物体之间的静摩擦转为动摩擦时，动摩擦力小于等于静摩擦力，而测试钢轨纵向阻力即测试钢轨开始滑移时的最大纵向阻力值，本实用新型中的分析***就是在监测***的基础上，准确钢轨的应变不断增大，但是摩擦力却保持不变或开始减小时的值，也意味着该值为最大纵向阻力值，即测试得到的试验结果。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，应力采集***主要由相互连接的应变片和应力传感器显示屏以及顺序连接的摄像头II、图像提取***II和图像处理***II组成，图像处理***II与数据处理***连接；
应变片安装在钢轨试件上，用于测量钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；
应力传感器显示屏用于实时显示钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；
应力传感器显示屏位于摄像头II的视野范围内，摄像头II固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头II的拍摄视角固定；
图像提取***II用于按帧数提取摄像头II的录像中的图片；
图像处理***II用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。
如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，摄像头I和摄像头II为同一个摄像头，图像提取***I和图像提取***II为同一个图像提取***，图像处理***I和图像处理***II为同一个图像处理***。
如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，应力采集***主要由顺序连接的应变片、数据采集仪和PC机组成；应变片安装在钢轨试件上，用于测量钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；数据采集仪用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；PC机用于实时记录和储存钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据。
如上所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，分析结果为应力--应变曲线图。
有益效果：
(1)本实用新型的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，可以有效的实现用图像处理方法监测钢轨纵向阻力试验中的钢轨应变，且测试结果准确，高效；
(2)本实用新型的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，在准确测试钢轨纵向阻力试验中的钢轨应变的基础上，可以进行数据分析的功能；
(3)本实用新型的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，设备重量轻，结构简单、易于拆卸、维护成本低，对试验环境的要求不高，适合推广使用。
附图说明
图1是本实用新型中实施例2中的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***的示意图；
图2是本实用新型中实施例3中的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***的示意图；
图3是摄像头支架的结构示意图；
图4是摄像头固定装置的结构示意图；
其中，1-摄像头I，2-钢轨试件，3-铁质工作平台，4-数据采集仪，5-应变片，6-摄像头支架，7-摄像头固定平台，8-开关式磁力座，9-照明光源固定装置，10-摄像头固定装置，11-图像提取***I，12-图像处理***I，13-数据处理***，14-标定板，15-应力传感器显示屏，16-PC机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，包括标定板以及顺序连接的摄像头I、图像提取***I和图像处理***I；
标定板的数量为一个，固定在钢轨试件轨腰的侧面上；标定板位于摄像头I的视野范围内，摄像头I固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头I的拍摄视角固定；
摄像头I固定在如图4所示的摄像头固定装置10上，摄像头固定装置10与摄像头固定平台7铰连接，摄像头固定平台7与摄像头支架6活动连接，如图3所示，摄像头支架6用于沿方向Y和方向Z移动摄像头固定平台7，方向Y和方向Z相互垂直，二者同时垂直于钢轨试件轨腰的侧面，其中，摄像头支架6的底部装有开关式磁力座8，摄像头支架6放置在铁质工作平台上；摄像头支架6由14条杆组成，其中12条杆连成立方体框架(立方体框架是摄像头支架6的一部分)，其他2条杆相互平行，都固定在立方体框架中，同时与立方体框架中的4条杆相互平行；摄像头支架6的顶部安装有照明光源固定装置9；
图像提取***I用于按帧数提取摄像头I的录像中的图片；
图像处理***I用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。
实施例2
一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，如图1所示，包括实施例1中的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***(图中1为摄像头I，2为钢轨试件，3为铁质工作平台，11为图像提取***I，12为图像处理***I，14为标定板)、相互连接的应力采集***和数据处理***13；
应力采集***用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；
应力采集***由相互连接的应变片5和应力传感器显示屏15以及顺序连接的摄像头II、图像提取***II和图像处理***II组成，图像处理***II与数据处理***13连接；
应变片5安装在钢轨试件上，用于测量钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；
应力传感器显示屏15用于实时显示钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；
应力传感器显示屏15位于摄像头II的视野范围内，摄像头II固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头II的拍摄视角固定；
图像提取***II用于按帧数提取摄像头II的录像中的图片；
图像处理***II用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据；
摄像头I和摄像头II为同一个摄像头，图像提取***I和图像提取***II为同一个图像提取***，图像处理***I和图像处理***II为同一个图像处理***；数据处理***13、图像提取***I11和图像处理***I12安装在同一台PC机16上；
监测***中的图像处理***I与数据处理***13连接，数据处理***13用于将应变数据和应力数据绘制成一一对应的表格，选择相应的方法对应变数据与应力数据进行分析，输出应力--应变曲线图。
实施例3
一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，如图2所示，包括实施例1中的基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***、相互连接的应力采集***和数据处理***13；
应力采集***用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据，监测***中的图像处理***I 12与数据处理***13连接，应力采集***由顺序连接的应变片5、数据采集仪4和PC机16组成；应变片5安装在钢轨试件上，用于测量钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；数据采集仪用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；PC机16用于实时记录和储存钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；
数据处理***13用于将应变数据和应力数据绘制成一一对应的表格，选择相应的方法对应变数据与应力数据进行分析，输出应力--应变曲线图。
实施例4
将实施例2中的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***用于测试，测试的步骤如下：
(1)将标定板粘贴在钢轨试件轨腰的侧面，调整摄像头I使得标定板位于摄像头I的视野范围内后固定摄像头I；
(2)将应变片安装在钢轨试件上，同时将应变片与应力传感器显示屏连接，调整摄像头II使得应力传感器显示屏位于摄像头II的视野范围内后固定摄像头II；
(3)开启摄像头I和摄像头II的录像功能，开始钢轨纵向阻力试验；
(4)结束试验，由图像提取***I按帧数提取摄像头I的录像中的图片后，由图像处理***I对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据并发送至数据处理***，同时，由图像提取***II用于按帧数提取摄像头II的录像中的图片后，由图像处理***II对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据并发送至数据处理***；
(5)由数据处理***将应变数据和应力数据绘制成一一对应的表格，输出应力--应变曲线图，选择相应的方法对应变数据与应力数据进行分析，应力不变或开始减小时，应变仍持续增大，可判断此时钢轨出现滑移，计算最大应力值，即可得出试验结果。
对比例1
一种传统的测试装置进行试验，测试过程为：将接触式应变采集***、应力采集***分别与钢轨试件相连接，将两个采集***的各项数据调零，试验开始后，由应变采集***记录和储存试验过程的应变数据，由应力采集***记录和储存试验过程的应力数据，直至试验结束。
使用数据处理***将应变数据和应力数据绘制成一一对应的表格，根据相关试验标准，人工对照表格数据，判断得出试验结果。
将对比例1与实施例4进行对比可以看出，实施例4中的测试过程中对钢轨的滑移(产生误差的滑移情况)进行了记录，且依据该记录，可以更准确地判断出应力应变的对应关系，方便快捷。
Claims (10)
1.一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，其特征是：包括标定板以及顺序连接的摄像头I、图像提取***I和图像处理***I；
标定板的数量为一个，固定在钢轨试件轨腰的侧面上，或者，标定板的数量为两个，一个固定在钢轨试件轨腰的侧面上，另一个固定在钢轨试件与纵向阻力试验机之间的固定支架上，二者的水平高度相同；
标定板位于摄像头I的视野范围内，摄像头I固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头I的拍摄视角固定；
图像提取***I用于按帧数提取摄像头I的录像中的图片；
图像处理***I用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，其特征在于，摄像头I固定在摄像头固定装置上，摄像头固定装置与摄像头固定平台铰连接，摄像头固定平台与摄像头支架活动连接，摄像头支架用于沿方向Y和方向Z移动摄像头固定平台，方向Y和方向Z相互垂直，二者同时垂直于钢轨试件轨腰的侧面。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，其特征在于，摄像头支架的底部装有开关式磁力座，摄像头支架放置在铁质工作平台上。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，其特征在于，摄像头支架由14条杆组成，其中12条杆连成立方体框架，其他2条杆相互平行，都固定在立方体框架中，同时与立方体框架中的4条杆相互平行。
5.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，其特征在于，摄像头支架的顶部安装有照明光源固定装置。
6.一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，其特征是：包括如权利要求1～5任一项所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***，还包括相互连接的应力采集***和数据处理***，应力采集***用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据，监测***中的图像处理***I与数据处理***连接，数据处理***用于将应变数据和应力数据绘制成一一对应的表格，选择相应的方法对应变数据与应力数据进行分析，输出分析结果。
7.根据权利要求6所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，其特征在于，应力采集***主要由相互连接的应变片和应力传感器显示屏以及顺序连接的摄像头II、图像提取***II和图像处理***II组成，图像处理***II与数据处理***连接；
应变片安装在钢轨试件上，用于测量钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；
应力传感器显示屏用于实时显示钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；
应力传感器显示屏位于摄像头II的视野范围内，摄像头II固定在钢轨试件的侧方，用于在钢轨纵向阻力试验过程中录像，录像过程中摄像头II的拍摄视角固定；
图像提取***II用于按帧数提取摄像头II的录像中的图片；
图像处理***II用于对图片进行处理得到钢轨纵向阻力试验过程钢轨的应变数据。
8.根据权利要求7所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，其特征在于，摄像头I和摄像头II为同一个摄像头，图像提取***I和图像提取***II为同一个图像提取***，图像处理***I和图像处理***II为同一个图像处理***。
9.根据权利要求6所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，其特征在于，应力采集***主要由顺序连接的应变片、数据采集仪和PC机组成；应变片安装在钢轨试件上，用于测量钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；数据采集仪用于采集钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据；PC机用于实时记录和储存钢轨纵向阻力试验过程中时刻变化的应力数据。
10.根据权利要求6所述的一种基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的分析***，其特征在于，分析结果为应力--应变曲线图。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201922297291.6U CN211347693U (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***及分析*** |
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| CN201922297291.6U CN211347693U (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***及分析*** |
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| CN211347693U true CN211347693U (zh) | 2020-08-25 |
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| CN (1) | CN211347693U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110849720A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-02-28 | 上海工程技术大学 | 基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***及分析*** |
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2019
- 2019-12-19 CN CN201922297291.6U patent/CN211347693U/zh active Active
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| CN110849720A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-02-28 | 上海工程技术大学 | 基于图像识别的钢轨纵向阻力试验的监测***及分析*** |
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