[发明专利]铁路机车车辆运行姿态测量方法

说明书

技术领域

本发明属于列车运行时机车车辆各种振动形式引起的偏移量测试及测量技术，具体涉及一种能够检测机车车辆的动态包络线，并进行超限预警或报警的铁路机车车辆运行姿态测量方法。

背景技术

在保证铁路运行安全前提下，合理利用限界空间运输超限货物，必须制定符合当前实际情况的超限列车运行条件，包括超限列车通过建筑物或设备的运行条件和超限列车与邻线列车交会时的运行条件。而这取决于超限列车与建筑限界之间的距离以及超限列车与邻线列车间的距离，这两个距离与货物外形尺寸、机车车辆限界、建筑限界、线间距以及车辆在运行过程中的横向偏移量密切相关。车辆在线路上运行时，由于轮轨之间的相互作用，在各种垂向和横向力的作用下，车辆系统会产生垂向和横向振动。因此，研究车辆系统各种振动型式下的偏移量是合理确定超限车运行条件的基础。

相对无偏移限界和静偏移限界，机车车辆的动偏移限界的空间利用率最高。我国的机车车辆限界横向基本属于无偏移限界，垂向基本属于静偏移限界，为尽可能利用限界空间，有必要逐步建立我国机车车辆的动偏移限界。动偏移限界的建立需要考虑机车车辆的振动偏移量。由于影响振动偏移量的因素多且复杂，在机车车辆运行过程中进行检测是最能反映实际情况的研究手段。

可见，检测铁路机车车辆运行姿态，获得机车车辆运行过程中的振动偏移量是建立我国机车车辆的动偏移限界、合理利用限界空间的需要。国家标准(GB146.1-83，GB146.2-83)中对限界的定义如下：限界是一个和轨道中心线垂直的断面轮廓，水平尺寸自中心线算起，以限界半宽表示；垂直尺寸自轨面算起。曲线段按相关运规定义的计算宽度加宽。由于直线坡度和曲线外轨超高等问题，偏移量也必须相对于轨面进行定义与测量。

检测车辆动态偏移量(运行姿态)的最终目的是获得机车车辆的动偏移限界，并判断机车车辆在运行过程中是否会与临线车辆发生刮碰现象或是否超限。目前国内外研发的各种铁路货车装载超限检测或横向偏移量检测装置，都只能对机车车辆(装载货物)静态或通过固定点时的超限情况进行检测，不能随机车车辆运动实时监控其运行姿态。如采用激光测距技术检测装载的货物是否超限、检测机车车辆的动态横向偏移量；利用双光幕拼接与图像处理技术对货车端部超限进行实时自动检测；采用漫反射、激光偏振光反射及具有背景屏蔽功能的激光漫反射检测相结合的组合式检测模式进行超限货物的检测；采用红外技术或CCD摄像和图像处理技术检测超限情况；采用结构光和CCD摄像相结合的方式进行铁路货车超限检测。以上方法都是在铁路上选取某一截面架设龙门架安装检测设备，当列车通过龙门架时，检测其是否超限。而影响动态偏移量的因素很复杂，必须在机车车辆运行过程中实时监控、检测其动态偏移量，才能获得规律性的数据。

发明内容

本发明提供了一种以轨面和轨道中心线为基准的非接触式的基于机器视觉的铁路机车车辆运行姿态测量方法，其能够对机车车辆的动态偏移量进行实时测量，通过对车体上测点(不少于3个)相对轨道的偏移量的测量，分析得到车体运行姿态(点头、摇头、侧滚、横摆、浮沉)的动态测量，进一步得到车体上任意位置相对于轨面坐标系的动态偏移量，并根据车体轮廓上关键点的动态偏移量，综合得到车体的动态包络线，将车体动态包络线与建筑限界轮廓进行比较，若有监控点接近甚至超出建筑限界，将进行超限预警和报警。在实时在线测量车辆动态位移的同时，保证了测量精度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种铁路机车车辆运行姿态测量方法，采用高速摄像仪获取列车运行时的轨道顶面图像序列，其特征在于所述测量方法包括：

以轨面为测量基准，在被测车体的非共线的至少三个点上固定安装高速摄像仪；

随着被测车体的运动，高速摄像仪将得到的轨道顶面相对高速摄像仪的运动图像序列；

对所述运动图像序列进行处理和分析，得到每个点相对于轨道的偏移量；

综合其中三个测点上的偏移量，确定被测车体相对于两条轨道的空间姿态 和偏移量，进一步分析得到固连于车体的任意点的动态偏移量；

根据前述方法得到车体轮廓关键点的动态偏移量，进一步得到车体的动态包络线；

将车体的动态包络线与铁路建筑限界轮廓进行比较，若有监控点接近或超出限界，进行报警和预警。

具体的讲，所述固定安装高速摄像仪的点为四个，每个高速摄像仪的镜头外固定设置两块棱镜，使处于视场范围内的被测物体经过两个棱镜的多次反射，投射到高速摄像仪上时，成为两个间隔一定距离的图像。

所述测量方法还包括通过一同步装置控制所述各高速摄像仪进行时间同步的数据采集。