[发明专利]一种轨道几何参数的摄像测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路建设工程领域，以及数字摄影测量、数字图像处理、计算机视觉等学科范围，进一步是指通过固定在测量车车内一端的摄像装置采集车内另一端固定于标志杆上并随轨道起伏而运动的合作标志物的图像，通过对图像的自动分析及数据处理高精度获得轨道几何参数的方法。

背景技术

轨道几何参数的测量对改进轨道部件设计、探索轨道整体特性、确定轨道合理结构、改善轨道及机车车辆相互作用和影响，以及延长轨道部件和机车车辆使用寿命等都有重要的指导作用。

在铁路养护维修中，通常由捣固车检测装置测量出轨道的几何参数，然后进行捣固夯实以及起、拨道作业，矫正轨道形状。对新修铁路的验收也需要测量出轨道的几何参数。长期以来，轨道几何参数的检测通常采用激光矫直装置，通过锁定在轨道上的激光发射小车直接瞄准线路检测车上的激光接收器，激光束经光学系统扩束准直后，再经柱面镜扩展成一个宽度约为20mm垂直扇面射出到达激光接收器，由激光接收器上接收到的光束位置合成出轨道几何参数。对操作人员来说，调整激光束是一项要求很高的工作，一旦激光束脱离了靶面，则无法进行测量。特别是随着铁路向高速、重载方向发展，线路验收、养护维修的作业量不断增加，可供验收、养护维修作业的时间却越来越短，运输与检测维修的矛盾日益突出。在这种情况下，传统的基于激光矫直装置的轨道几何参数测量系统的精度和自动化程度都不能满足现代铁路高速发展的要求。

近年来，以计算机技术和数字图像处理技术为核心的信息技术得到飞速发展，数字摄像机制造工艺水平大幅度提高，这些科技进步使得利用摄像测量方法实施轨道几何参数的检测成为可能。

其中上述轨道几何参数主要包括4项。

●轨距：两股钢轨轨头内侧顶面下16mm处两作用边的距离。

●超高：同一轨道断面两轨顶之高差。控制超高误差的目的是使两股钢轨受力均匀，并保证车辆平稳行驶。

●纵偏：也称前后高低，即钢轨顶面纵向起伏变化量。控制纵偏误差对降低轮轨间的动力作用，减小对轨道的破坏是十分重要的。

●正矢：钢轨内侧面轨距点沿轨向水平位置变化量。控制正矢误差，对行车的安全和平稳具有特别重要的意义。在无缝线路地段，若轨道方向不良，到了高温季节，还可能会引起胀轨跑道，严重威胁行车安全。

如图1所示，A1和B1为左钢轨的2个轨头点，对应右钢轨的轨头点分别为A2和B2，则|B1 B2|为轨距。B1和B2与地平面的交点分别为T1和T2。则|B1T1|和|B2T2|分别为左右钢轨的纵偏，|B1T1-B2T2|为超高。A3、B3、C3分别为轨道中心线上的轨距点，由B3向A3C3作垂线，垂足为K，则|B3K|为正矢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种轨道几何参数的摄像测量方法，它将摄像测量运用于轨道几何参数检测，系统数字化程度高，可满足高速铁路要求高精度、高可靠度、高自动化程度检测的需要，从而大大提高轨道几何参数水平，以适应现代高速铁路建设发展要求。

本发明的技术方案是，所述轨道几何参数的摄像测量方法包括如下步骤：

a.将测量车置于待测轨道上，在所述测量车车内一端固定安装一摄像装置，其光轴平行于车底平面，在车内另一端轨道上垂直车底平面相隔r距离两侧分别安置2个高度不同的标志杆，标志杆的顶端各设置一合作标志，标志杆只可以在垂直车底平面方向及横向运动，标志杆底部的车轮紧贴钢轨内侧运动；

b.所述测量车在待测轨道上运行时，用所述摄像装置拍摄测量车运行过程中不同时刻的合作标志的图像；

c.上述图像通过图像及数据处理实时获得轨道几何参数。

本发明为一种轨道几何参数的摄像测量方法，它可满足高速铁路要求高精度、高可靠度、高自动化程度检测的需要，大大提高了轨道几何参数水平；应用本发明方法时，只需测量前一次性标定好相机，使合作标志处于摄像装置视场范围内即可，因此在实际使用中，操作简单，测量装置的可操作性好；实施本发明，可采用以摄像装置和个人计算机(或DSP处理器)及陀螺仪为核心的硬件设备，对硬件依赖程度低，数字化程度和自动化程度高，可以方便地采用计算机对摄像装置获得的图像数据进行存储、复制、传输和自动化处理。

以下结合附图和实施例对本发明的工作原理及过程作进一步描述：

附图说明

图1为轨道几何参数示意图；

图2为摄像测量方法原理示意图；

图3为合作标志点样式，其中(a)为圆形，(b)为十字丝，(c)为对顶角；

图4为摄像机纵向测量关系图；

图5为离散数据拟合曲线示意图；