[发明专利]一种基于线阵红外摄像机的铁轨扣件异常检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁路基础设施检测领域的设备，具体指一种基于线阵红外摄像机的铁轨扣件异常检测系统。

背景技术

扣件是连接钢轨和轨枕使之形成轨排的部件，在保证轨道稳定性、可靠性方面起着重要作用。在铁路基础设施检测上，我国长期以人工和静态检测为主，养护费用高，强度高，安全性差，近年我国高速铁路迅猛发展，对铁路检测的自动化、实时性提出了更高的要求。国内外已有的扣件检测技术为：基于线阵激光的连续扫描装置，如德国Sick公司；基于面阵图像传感器的计算机视觉检测装置，如美国ENSCO公司的VIS系统、德国Atlas Electronic公司开发的光电式轨道检测系统以及北京福斯达公司高速车载式轨道图像识别系统等。但两者的缺点在于检测速度较低，通用性不高，有时需要过多人工干预，而且不能在扣件丢失之前自动判断扣件是否产生松动并进行预警。

经检索，专利Z.201210192641.2介绍一种基于红外热成像的铁路扣件松动高速探测系统与方法：利用内置红外摄像机直接获取扣件取扣件与钢轨的接触应力产生的红外热成像图，通过红外图像灰度值，判断扣件是否松动或缺失并进行自动预警。但是，该方法存在以下缺点：1)采用面阵红外摄像机，存在扣件成像区域对准困难、采集图像数据量大的问题，并且面阵红外摄像机的成像分辨率低、设备成本高；2)直接利用红外图像观察值与最小、最大应力值对应的温度值做比较的检测方法，在实际应用中还存在着两个问题：首先，在不同的列车运行速度下，扣件所受到的挤压力大小不同，所产生的热量也不同，因此，难以采用相同的检测阈值用于不同速度水平扣件松动检测；其次，该方法不能检测扣件裂纹异常。

因此，如何减小铁轨扣件异常检测数据量，实现扣件缺失、松动、裂纹等异常检测，提高检测精度，是急需解决的问题。

发明内容

为了解决现有扣件松动检测系统所存在的上述问题，本发明提供一种基于线阵红外摄像机的高精度铁轨扣件异常检测装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于线阵红外摄像机的铁轨扣件异常检测系统，由一个车轮编码器、两台线阵红外摄像机、一个工控机组成，其中，两台线阵红外摄像机固定在列车车厢下方，分别正对左右两根铁轨正上方，对铁轨及其两侧扣件进行红外热成像，车轮编码器固定于一侧车轮转轴上，在列车运行时，对车轮转动角度编码，用于列车运行里程计数，并产生脉冲触发信号；车轮编码器输出的脉冲触发信号与两台线阵红外摄像机连接，用于控制线阵红外摄像机成像；工控机位于车厢内，与两台线阵红外摄像机连接，用于采集、存储和处理线阵红外摄像机拍摄的红外热图像，工控机与车轮编码器连接，用于采集角度编码信号，并计算列车行驶里程；在工控机中，通过背景模型比对方法判断扣件是否异常；

优选地，线阵摄像机的成像平面垂直于铁轨和路面，以保证拍摄图像中扣件尺寸相同。

优选地，所述铁轨扣件异常检测装置在实际使用时，在列车头部和尾部各安装一套，当列车以头部在前行驶时，利用安装于尾部的检测装置进行检测；当列车以尾部在前行驶时，利用安装于头部的检测装置进行检测。以延长车轮碾压铁轨对扣件做功时间，获取高质量扣件红外热图像。

所述线阵红外摄像机的成像分辨率不小于1024像素，温度分辨率不低于0.1℃，成像区域覆盖铁轨两侧扣件区域。

所述扣件异常包括扣件松动、扣件缺失和扣件裂纹。

所述铁轨扣件异常检测装置工作流程是：

(1)列车运行时，固定在车轮轴上的车轮编码器检测车轮转动角度，并产生角度编码信号和脉冲信号，工控机采集角度编码信号，进行列车行驶里程计数；

(2)线阵红外摄像机接受脉冲信号拍摄线阵红外图像；

(3)工控机采集并保存线阵红外摄像机输出的红外热图像；

(4)工控机上，根据扣件在红外热图像中宽度，对拍摄的线阵红外图像进行切割，获得覆盖扣件、且扣件位于中心位置的扣件红外热图像I，图像尺寸为h*w，h、w的取值范围1～10000；

(5)工控机对当前采集的扣件红外热图像I进行背景模型比对，完成扣件异常检测。

所述背景模型比对方法是：

(1)建立背景模型