[发明专利]基于视觉测量技术的接触网几何参数测量仪器及检测方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于视觉测量技术的铁路接触网几何参数测量仪器及检测方法。

背景技术

在我国铁路基础建设中用到不少的国外先进的测绘仪器，多为全站仪。但在铁路接触网的三维空间中，通用测绘仪器则不再适用，无法将轨道的状态变化与测绘工作有机结合起来，所以轨道与接触网的测量需要专门的仪器来完成。接触网空间的位置状态的好坏直接决定着电力机车的受流质量，最终影响列车的运行速度和安全。据统计分析，铁路行车事故中，70％的事故是由于接触网状态不良引起的，电力机车沿接触网高速滑行取流，两者在相对的高速滑行磨擦运动中完成输电和受电的任务。这种紧密的联系和相对的高速运动日夜存在从不间断，所以接触网的状态需要频繁的测量和维修。

在国外对轨道、接触网的测量往往是使用大型的检查车(就是一节火车)，进行全面检查，而且欧洲国家的铁路运行模式与我国不同，比如德国和法国一般都是双向三条铁路，两条运营，一条备用，如需维修，启用备用线路，故障铁路断电封闭进行维修。而我国铁路的一般都是“天窗点”进行维护，也就是在没有列车通过的时间段进行作业。大型检查车因其造价高在我国一般只用于铁路大修，不适用于“天窗点”工作。

近年来，国内也有高校和科研机构在做车载视觉测量方式的研究，即将相机(或单目或双目，或可见光或红外)置于检测车、作业车或机车车顶对接触网的拍照来检测接触网参数，但都因其不能克服机车的颠簸、冲击和震动，测量结果误差大，数据仅作为参考，不能成为可靠的计量数据，这样的设备也不便于接触网的施工和应急抢修使用。加之我国高速铁路已居世界领先地位，要求的测量精度也最高，目前国内外还没有适合日常维护用的精密测量小车。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺陷，本发明公开了一种基于视觉测量技术的接触网几何参数测量仪器，以便携小车为直接测量载体，以计算机视觉测量为核心的全新的接触网状态精密测量方式，实现了对接触网状态的连续测量；且本发明将连续测量与静态定点测量相结合，方便作业现场维修与验证，能够应用于接触网建设和应急抢修。本发明应用接触网点云数据分析接触网状态几何参数的方法，对接触网状态进行深层精确测量。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于视觉测量技术的接触网几何参数测量仪器，包括一个测量小车，在所述的测量小车上水平设有一个与其相连的基线，在基线的两端各安装一个与其相连的且用于采集接触网信息的相机，在所述的测量小车上垂直设有一个与其相连的竖杆，在所述的竖杆的顶部安装一个角度可调的且与相机进行通讯的工业电脑。

在所述的测量小车还上安装一个线形激光光源。

所述的测量小车的底部安装有导向轮和行走轮。

所述的竖杆的顶部安装一个推把，在所述的推把与工业电脑通过一个调整手轮相连。

在所述的测量小车上还设有轨距测量、里程测量、水平测量的传感器，用于测量所行进的里程及铁路轨道的轨距和水平两个几何参数。为接触网的测量提供真实的轨道面基准。

所述的基线，其材料采用50mmX5mm硬铝合金厚壁方管，强度高、刚性好，可以承受2100N.m的弯矩不会产生永久变形，基线搭建在测量小车上，与之刚性连接。

所述的两相机通过千兆网线分别与工业电脑的两个千兆网口连接，工业电脑为整个系统的数据处理中心，用于采集的两个相机的图像并做图像预处理识别接触网，采集各个传感器的数据，利用双目视觉测量的原理，根据预先标定的相机参数，解算出所测目标(接触网)相对于轨道面坐标系的空间三维坐标。(注在铁路轨道坐标系中的三维坐标X,Y,Z.其中X值即为接触网的拉出值，Z值为接触网的高度值，Y值铁路部门测量不需要)

工业电脑为测量系统的人机界面，工作状态时实时显示两相机所拍摄的接触网附件的视频图像。同时显示接触网的三维坐标值，绘制坐标值的变化曲线。工业电脑内置固态硬盘，用于数据存储，固体硬盘表现出良好的野外现场使用特性。

视频图像上有瞄准指示线，用于静态定点测量模式下精确对准目标，只输出目标点的参数。

本发明主要测量组件由两台高分辨率数字相机、线形激光光源、工业电脑所组成，两相机集成在基线上，小车可以测量轨道基本参数(轨距、水平、里程等)。白天时候，利用自然光进行照明(镜头可加滤光片)，通过图像处理解算特征；夜晚时候，利用线形激光光源进行照明，相机拍照时同时触发照明光源。

本发明的检测方法如下：