一种轨道表观伤损巡检小车及检测方法与流程

本发明涉及轨道交通铁轨轨道检查检测，具体涉及一种轨道表观伤损巡检小车及检测方法。

背景技术：

1、轨道是铁道线路的重要组成部分，由于铁路轨道在长期使用过程中，一方面会受到雨露、严寒、霜冻、风沙等气候因素影响，另一方面会受到行驶在轨道上的车辆带来的冲击和磨损，从而产生各种缺陷，如裂纹、变形、磨损等。这些缺陷如果不及时发现和处理，会对列车的行驶安全造成威胁，直接影响到铁路运输的安全性。因此，对于铁路轨道的准确检测是保证列车行车安全的重要一环。

2、铁路轨道检测可以及时发现和排除轨道缺陷。铁路轨道检测可以通过各种检测手段及时发现轨道缺陷，并采取相应的维修措施，保证铁路运输的安全和可靠性。

3、目前，对铁路轨道的检测主要采用人工巡检和时速80km/h的大型巡检车。但是人工巡检方式存在以下不足：效率低；检测结果受人员影响，无客观标准，检测误差大，准确率低；原始数据无详细记录，无电子化记载；夜间作业环境下易发生漏检；人员在不平整的轨道路基上行走，存在安全隐患。采用大型巡检车进行检测也存在以下不足：识别准确率低；资金投入大，成本较高；需要配置专门的司乘人员，工务成本高。

4、申请号为cn 202221231541.1的中国发明专利申请公开了一种轨道巡检车，在轨道小车上搭载有轨道检测设备，通过轨道小车在铁轨上运行的同时，利用轨道检测设备实现轨道检测，其中，轨道检测设备的原理为：在轨道小车运行过程中，通过2d相机和3d相机对轨道拍照，并将拍摄的图像传输至工控机进行处理，从而得出轨道检测结果并展示在显示器上，同时，编码器可实时得出轨道小车车轮的转速，而工控机则可基于转速得出小车行驶里程，并与rfid读写器相结合，实现轨道小车的位置定位，从而得出里程和轨枕号，以便在检测出病害铁轨时，进行精确定位。但是在实际应用中，该方法并未考虑到车身在行驶过程中存在震动，刚性连接震动传递对装在车上的传感器测量会造成较大的误差；其次，并未对搭载摄像机进行保护，设备存在损坏风险，且该方法的巡检车体积较大，移动较为笨重，搬运难度较大；另外，该方法并未考虑对采集平台的坐标进行测量并矫正，补偿外部振动所引起的测量误差，影响检测的准确率，数据来源单一，仅通过2d相机和3d相机对轨道拍照，并未考虑采集轨道周围环境信息，获取轨道结构整体图像信息，难以准确获取轨道结构空间信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种轨道表观伤损巡检小车及检测方法，提高检测效率，减少检测误差，提高检测的准确性，实现对轨道可视病害的定性识别和定量测量。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种轨道表观伤损巡检小车，包括轨道巡检小车本体、安装在所述轨道巡检小车本体上的作业传感器系统；

4、所述轨道巡检小车本体包括车身系统、刹车系统、车桥系统、电控系统，所述刹车系统与所述车桥系统共同组成所述轨道巡检小车本体的底部走行部分，所述车身系统安装在所述刹车系统与所述车桥系统的上方，所述电控系统安装在所述车身系统内部，所述电控系统包括工控机，所述工控机用以处理所述作业传感器系统采集的数据；

5、所述作业传感器系统包括用以检测行驶里程的编码器、用以测量并矫正所述轨道巡检小车本体坐标的惯性测量单元imu、用以采集轨道结构3d图像的第一图像采集装置、用以采集周围环境3d图像的第二图像采集装置以及用以采集轨道结构2d图像的第三图像采集装置，所述编码器安装在车桥系统上，所述惯性测量单元imu安装在车身系统内，所述第一图像采集装置、所述第二图像采集装置、所述第三图像采集装置均安装在所述车身系统上。

6、进一步，还包括固定在所述轨道巡检小车本体顶部的防雨棚，所述防雨棚完全覆盖轨道巡检小车本体。

7、进一步，所述车身系统还包括防震作业平台，所述防震作业平台安装在所述车身系统的尾部；所述防震作业平台包括平台支架、以及安装在所述平台支架上的相机支架，所述平台支架与所述相机支架之间通过弹簧减震器相连；所述第一图像采集装置、所述第二图像采集装置、所述第三图像采集装置均安装在所述相机支架上，所述相机支架上间隔设置有多个所述第一图像采集装置。

8、进一步，所述车桥系统还包括阻尼减震器，所述车桥系统通过阻尼减震器与所述车身系统相连。

9、本发明还包括一种采用上述所述轨道巡检小车本体实现轨道表观伤损检测的检测方法，包括：

10、s1、对所述第一图像采集装置进行标注，采集待检测轨道结构的3d图像数据；

11、s2、对所述3d图像数据进行数据特征点提取，得到特征点矩阵；

12、s3、获取所述特征点矩阵后，将所述特征点矩阵中的每个特征点与其周围的8个特征点对比，提取9个特征点数值中的最大值所对应的特征点，设为图像关键点，以此类推，得到每个3d图像数据的关键点矩阵；

13、s4、对多个所述关键点矩阵进行特征点匹配，获取图像拼接所需的映射矩阵，得到图像拼接结果；

14、s5、根据所述图像拼接结果，检测轨道表观伤损。

15、优选地，步骤s1中，采用tsai法，对所述第一图像采集装置完成标注。

16、优选地，步骤s2中，采用尺度不变特征转换法进行数据特征点提取，具体实现过程包括：

17、d(x，y，z，σ)＝l(x，y，z，kiσ)-l(x，y，z，kjσ)；

18、其中，l(x，y，z，kσ)表示，在高斯采样尺度为k的情况下，原始图像iorg(x，y，z)与尺度可变高斯核ig(x，y，z，kσ)的卷积，即l(x，y，z，kσ)＝iorg(x，y，z)*ig(x，y，z，kσ)；下标i、j表示像素在二维图形中的行列坐标，d(x，y，z，σ)表示所述特征矩阵中的点。

19、优选地，步骤s4中，采用以三维欧式距离为度量的k临近算法进行特征点匹配。

20、优选地，步骤s4中，采用随机取样拟合方式，获取图像拼接所需的映射矩阵，具体表现为：

21、

22、其中，为相机的投影矩阵；所述第一图像采集装置(33)设置有两组，其中，表示第一组第一图像采集装置中的像素坐标，表示第二组第一图像采集装置中的像素坐标。

23、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

24、(1)本发明采用模块化、轻量化设计，在不使用或者搬运过程时进行拆卸分体搬运，只需两个作业人员，即可实现快速组装和拆卸；同时，设计防雨棚，对车内设备进行保护，防止车内设备淋雨受损。

25、(2)车身与车桥支架均采用油性减震器避震，能够有效减轻轨道对车身的震动影响；在防震作业平台内部，也在支撑架与相机安装支架之间采用减震器连接，对精密器件进行第二道减震，提高设备数据采集精度。

26、(3)本发明通过惯性测量单元imu采集轨道巡检小车本体的姿态定位数据，用于轨道巡检小车本体的坐标矫正，补偿外部振动所引起的测量误差，提高测量精度；通过编码器和轨道轮共同组成里程计，为系统提供定位信息，以便在检测出病害铁轨时，进行精确定位。

27、(4)本发明利用3d激光扫描仪采集轨道结构3d图像，利用激光雷达采集周围环境3d图像，利用360全景相机采集轨道结构2d图像，能够准确获取轨道结构空间信息，通过多源数据的比对，保证采集数据的可靠精准；并结合轨道表观伤损检测方法，实现对轨道可视病害的定性识别和定量测量，自动给出病害的位置、类型、数值等关键信息，极大地提高了检测效率，工业实用性强。