[发明专利]一种铁路道砟厚度无损快速测量方法

权利要求书

1.一种铁路道砟厚度无损快速测量方法，其通过铁路道砟厚度无损快速测量系统按以下步骤进行：

S₁、将搭载小车放置在铁轨上，所述搭载小车(1)上设置或安装有GPS接收天线(5)、光学摄像机(6)、操控台(8)、探地雷达主机(4)、笔记本电脑(13)、悬挂杆(3)和测距轮(7)；其中：

所述搭载小车(1)放置在铁轨(10)上；

所述GPS接收天线(5)用于获取GPS卫星信号，得到位置信息；

所述光学摄像机(6)用于记录前方道砟的表面情况；

所述操控台(8)用于控制搭载小车(1)的移动及速度调节；

所述测距轮(7)安装于搭载小车车轮的轴承上，用于测量搭载小车的移动距离，与通过GPS接收天线获取的位置信息配合使用；

在所述搭载小车(1)左右两侧中部各水平安装一个所述悬挂杆(3)，在每个悬挂杆(3)上各安装一探地雷达天线(2)，分别用于向地下发射电磁波和接收来自地下反射的电磁波；所述探地雷达主机(4)与两根探地雷达天线(2)以及GPS接收天线(5)各通过一通讯电缆(11)连接，用于电磁波扫描信号的发射和接收以及GPS信号的接收；所述笔记本电脑(13)与所述探地雷达主机(4)、光学摄像机(6)、测距轮(7)之间各通过一通讯电缆(12)连接，用于采集光学摄像机采集的图像信息、测距轮采集的距离信息、小车移动速度并对探地雷达主机采集的数据进行处理；

S₂、多参数数据采集：

将笔记本电脑、探地雷达主机和光学摄像机开机，通过探地雷达主机采集左右两侧探地雷达天线发射和接收的电磁波数据以及GPS接收天线采集的卫星定位数据，通过光学摄像机(6)和测距轮(7)分别采集道砟表面的光学影像和搭载小车(1)的移动距离；

S₃、距离校准：以时间信息为基准，将步骤S₂中采集的GPS、测距轮和探地雷达数据进行位置标定，然后将探地雷达数据按照定位信息进行距离归一化，得到在小车移动范围内测点平均分布的探地雷达数据；

S₄、零时标定及时间深度转换：输入探地雷达天线高度、道砟层介电常数，选择零时刻后进行零时标定，然后根据介电常数进行时间深度转换，得到道砟层的厚度及定位信息；其中，进行时间深度转换的公式为：

v＝C/(ε_r)^1/2

其中：

C为电磁波在真空中的传播速度，为3×10⁸m/s；

S₅、在步骤S₄得到的道砟层厚度及定位信息基础上，进行道砟层厚度人机交互自动化解译，得到道砟层厚度数据序列；其中，进行道砟层厚度人机交互自动化解译的步骤为：

(1)标志层选择：

在经过距离校准和零时标定处理后的探地雷达数据基础上，在探地雷达图像找到第一反射层，即道砟层底，该反射层表现为能量最强，同向轴振幅较大，从图像上整体观察，选择处于中间时段的数据序列，并记录该数据序列的第一反射层旅行时t₀；

(2)设定搜寻时间区段和积分滑动窗口：

围绕旅行时t₀设定搜寻区段和积分滑动窗口，搜寻区段为t₀±5ns；积分滑动窗口设定为2ns或积分滑动窗口的1/10；

(3)区间内滑动积分找寻最大值：

从第1观测道开始，在搜寻区段内，滑动积分窗口不断积分，并保存积分最大值Δ₁和相应时间t₁；

(4)相邻道选定时间区段内按积分窗口滑动积分：

在步骤(2)设定的搜寻时间区段内，对相邻的第2观测道开展滑动窗口积分，并记录积分最大值Δ₂和相应时间t₂；

(5)判断是否与选定测道积分值接近：

判断步骤(4)中积分最大值Δ₂与步骤(3)中积分最大值Δ₁是否接近：

1)当时，认为两者接近，保存积分最大值位置的时间t₂；

2)当时，认为该位置与相邻道积分最大值不是同一层的反射信号，则返回步骤(4)，并扩大时间区段为原来的2倍，重新滑动窗口进行积分，查找与步骤(3)中的积分最大值接近的位置，并保存该位置的时间t₂；如无法找到接近值时，则保存扩大时间区段2倍后积分最大值位置的时间t₂；

(6)下一道寻找直至最后一道：

以上一道为基础，继续在下一道执行步骤(3)-(5)；

(7)输出层数据：

当所有道完成积分最大值查找后，输出所有测道的道砟层位数据；

S₆、依据步骤S₅得到的道砟层厚度数据序列和S₂得到的搭载小车(1)的移动距离绘制道砟层厚度随小车移动距离变化的曲线，在该曲线下方添加相应里程的道砟表面情况照片，并添加工程名称、制图者和审核者信息。