[发明专利]基于面阵黑白相机的实时铁路轨道宽度测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于面阵黑白相机的实时铁路轨道宽度测量方法，其特征在于：提供一种基于面阵黑白相机的实时铁路轨道宽度测量系统，包括空间定位模块、轨道宽度测量模块、中央控制模块；

所述空间定位模块包括GPS定位器、增量型光电编码器，以提供列车里程数据和空间地理位置信息传输给所述中央控制模块；

所述轨道宽度测量模块包括面阵黑白相机、红外线性激光器、加速度计，以实现铁路轨道的拍照及轨道宽度的测量、列车水平晃动的测量，并将所得数据传输给中央控制模块；

所述中央控制模块包括便携式数据处理器及与该便携式数据处理器连接且用于与空间定位模块和轨道宽度测量模块通信的无线局域网交换机、用于触发所述轨道宽度测量模块进行测量的同步控制器；

所述方法，具体实现如下，

对于面阵黑白相机，设其离地高度为h₁，设面阵黑白相机视角为θ₁，过面阵黑白相机镜头中心作一条射线，与地面相交于O，射线与地面的夹角为α，面阵黑白相机镜头中心到O点的距离为物距d₁，则可得面阵黑白相机的最大拍摄宽度L₁的函数关系表达式如(1)

对于红外线性激光器，设其离地高度为h₂，激光器发散角为θ₂，过红外线性激光器出光口作一条射线，与地面相交于O，射线与地面的夹角为β，激光器出光口到O点的距离为d₂：则可得激光亮线长度L₂函数关系表达式如(2)

设铁路轨道宽度为L，根据设计需求，即相机拍摄的最大拍摄宽度、激光亮线长度和铁路轨道宽度关系表达式如(3)

L₁＞L₂＞L (3)

由L₂L得表达式如(4)

由L₁L₂得表达式如(5)

对于上述函数关系，当面阵黑白相机和红外线性激光器型号选定后，θ₁和θ₂随即确定；则面阵黑白相机、红外线性激光器的安装高度h₁，h₂和安装角度α，β需满足上述的条件；

依据相机的成像原理，设激光亮线的实际长度为L₁’，靶面到镜面的距离为d₀，d₀由面阵黑白相机型号决定，靶面上虚像的长度为L₀’，关系表达式如(6)

代入(1)，即得表达式如(7)

通过滤波处理，滤除面阵黑白相机拍摄的灰度图像的铁轨影像，并采用纵向遍历和横向遍历的方法，对灰度图像进行进一步处理，得到仅有激光线的二值图像，由于L₂L，因此需将激光线照射于铁轨外部的部分的线段滤除，得到表明铁路轨道间距的激光线的二值图像；

对该表明铁路轨道间距的激光线线段进行横向计数，即可得到该线段横向所占的像素个数，假设其为n₀；

由于面阵黑白相机的型号选定后，像素的大小随即确定，假设每个像素的尺寸为a×a，则靶面上虚像的长度L₀’关系表达式如(8)：

L₀’＝n₀*a (8)

将(8)带入(7)即可得到实际的铁路轨道间距：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述GPS定位器安装于列车车顶顶部无遮挡处。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述增量型光电编码器与列车车轮同轴固定连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述面阵黑白相机、红外线性激光器安装于列车底部。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述面阵黑白相机镜头中心与红外线性激光器出光口中心的连线与地面垂直。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述滤波处理采用图像二值化算法。