一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统及方法与流程

本发明涉及钢轨检测，特别涉及一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统及方法。

背景技术：

1、目前，铁路是我国最重要的交通工具，是运输体系的骨干。随着社会及经济的进步，我国铁路在路网建设、科技创新、产业化能力等方面取得了巨大的成就，铁路基础设施发展迅猛。我国幅员广阔，铁路数量众多，水文地质条件复杂多变，如何保证铁路沿线的钢轨安全，进而保证行车安全也随之变得越来越重要。

2、我国无缝线路主要铺设的是温度应力式无缝线路，当外界温度变化时，温度力会转化为温度应力存储在了钢轨的内部，强大的温度应力会使钢轨产生纵向位移。当位移量超过允许的范围时，在夏季钢轨由于压应力过大会发生胀轨和跑道，冬季由于拉应力过大则会发生断轨，严重威胁行车安全。

3、通过国内外的钢轨爬行检测技术调研，当前的钢轨爬行检测存在如下问题：(1)传统检测手段主要通过线路旁的爬行观测桩，技术人员使用光学经纬仪或拉线方式手动检测，检测精度较低，容易产生数据误差和虚报的情况。且传统的方式需要人工长时间在铁路上工作，存在一定的安全隐患。(2)当前科研人员的研究方向主要在固定点监测上，即传感器安装在固定位置，通过测量轨道上标靶相对传感器的位置变化来判断钢轨爬行量值，无法满足规范中对全路大范围的检测需求。在检测装置移动过程中自动检测钢轨爬行的研究相对较少，现场实际检测过程中仍需要依赖人工检测方法来完成大量的检测工作。上述方式存在效率低、成本高、作业人员工作程序复杂、安全性差等缺点。

4、因此，如何实现钢轨爬行的自动化、高精度检测，解决现有钢轨爬行检测中存在的人工巡检误差大、效率低、成本高以及不安全等问题，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述技术问题，本发明提供至少解决上述部分技术问题的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统及方法，通过立体视觉技术自动测量钢轨爬行位移，并可进行移动式检测，便于对全路大范围钢轨爬行进行快速、精准测量，减少误差的同时也降低了人工操作的安全风险，有助于提高工作效率以及提升对钢轨故障预防和铁路安全风险管理水平。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，该系统包括：轨道小车和观察桩，其中：

4、所述轨道小车搭载有激光传感器、双目相机和主控装置；所述观察桩作为基准安装于钢轨外侧的预设位置处，所述观察桩上设置有标志点；其中：

5、所述激光传感器，用于在轨道小车运行于钢轨上时，实时检测钢轨上预设位置处涂覆的标志线；

6、所述双目相机，用于在所述激光传感器检测到标志线结束位置时，采集所述观察桩上的标志点图像，并将采集的标志点图像发送至所述主控装置；

7、所述主控装置中加载有立体视觉测量模块，所述立体视觉测量模块用于处理所述标志点图像，基于双目视觉测量方法计算得到钢轨相对于观察桩的空间位置信息，并利用相邻两次测量同一观察桩的空间位置信息，获取钢轨爬行量信息。

8、优选的，所述观察桩上还设置有记录观察桩相关信息的二维码；所述双目相机在所述激光传感器检测到标志线结束位置时，还用于采集所述观察桩上的二维码图像，并将采集的二维码图像发送至所述主控装置；所述主控装置中还加载有二维码识别模块，所述二维码识别模块用于解析采集到的二维码图像，获取观察桩的相关信息。

9、优选的，所述轨道小车内部设置有双导轨直线运动模组，所述双导轨直线运动模组与所述双目相机机械连接，在所述激光传感器检测到标志线起始位置时，推动所述双目相机从轨道小车中伸出与钢轨密贴，保证所述双目相机在钢轨上相对位置不变。

10、优选的，所述主控装置为工业控制计算机。

11、优选的，所述立体视觉测量模块通过双目视觉测量方法计算钢轨相对于观察桩的空间位置信息，其计算过程包括：相机标定、图像处理、特征提取、立体匹配和三维测量。

12、优选的，所述立体视觉测量模块进行图像处理的过程包括：使用自适应阈值算法对灰度图像进行二值化处理以突出目标特征；将灰度图像转换为二值图像。

13、第二方面，本发明还提供一种基于立体视觉的钢轨爬行检测方法，应用于上述的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，进行钢轨爬行检测，该方法包括：

14、s1、使用搭载有激光传感器、双目相机、主控装置的轨道小车在钢轨上运动，其搭载的激光传感器实时检测钢轨上由反光涂料制作的标志线；

15、s2、当激光传感器检测到钢轨标志线起始位置时，轨道小车开始运动减速，并使双目相机与钢轨密贴，保证双目相机在钢轨上相对位置不变；

16、s3、当激光传感器检测到钢轨标志线结束位置时，触发双目相机采集观察桩上的标志点图像，并将采集的标志点图像发送至主控装置进行处理；

17、s4、主控装置中使用立体视觉测量模块处理采集到的标志点图像，基于双目视觉测量方法计算得到钢轨相对于观察桩的空间位置信息，并利用相邻两次测量同一观察桩的空间位置信息，获取钢轨爬行量信息。

18、优选的，所述步骤s3中，所述双目相机在所述激光传感器检测到标志线结束位置时，还采集观察桩上的二维码图像，并将采集的二维码图像发送至主控装置；主控装置中使用二维码识别模块解析采集到的二维码图像，获取观察桩的相关信息。

19、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益技术效果：

20、本发明提供了一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统及方法，通过轨道小车和立体视觉技术自动测量钢轨爬行位移，并可进行移动式检测，便于对全路大范围钢轨爬行进行快速、精准测量，减少误差的同时也降低了人工操作的安全风险，有助于提高工作效率以及提升对钢轨故障预防和铁路安全风险管理水平。

21、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

22、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，其特征在于，该系统包括：轨道小车和观察桩，其中：

2.根据权利要求1所述的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，其特征在于，所述观察桩上还设置有记录观察桩相关信息的二维码；所述双目相机在所述激光传感器检测到标志线结束位置时，还用于采集所述观察桩上的二维码图像，并将采集的二维码图像发送至所述主控装置；所述主控装置中还加载有二维码识别模块，所述二维码识别模块用于解析采集到的二维码图像，获取观察桩的相关信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，其特征在于，所述轨道小车内部设置有双导轨直线运动模组，所述双导轨直线运动模组与所述双目相机机械连接，在所述激光传感器检测到标志线起始位置时，直线运动模组推动所述双目相机从轨道小车中伸出与钢轨密贴，保证所述双目相机在钢轨上相对位置不变。

4.根据权利要求1所述的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，其特征在于，所述主控装置为工业控制计算机。

5.根据权利要求1所述的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，其特征在于，所述立体视觉测量模块通过双目视觉测量方法计算钢轨相对于观察桩的空间位置信息，其计算过程包括：相机标定、图像处理、特征提取、立体匹配和三维测量。

6.根据权利要求5所述的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，其特征在于，所述立体视觉测量模块进行图像处理的过程包括：使用自适应阈值算法对灰度图像进行二值化处理以突出目标特征；将灰度图像转换为二值图像。

7.一种基于立体视觉的钢轨爬行检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任一项所述的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统，进行钢轨爬行检测，该方法包括：

8.根据权利要求7所述的一种基于立体视觉的钢轨爬行检测方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述双目相机还采集观察桩上的二维码图像，并将采集的二维码图像发送至主控装置；主控装置中使用二维码识别模块解析采集到的二维码图像，获取观察桩的相关信息。

技术总结本发明公开了一种基于立体视觉的钢轨爬行检测系统及方法，系统包括：轨道小车和观察桩，轨道小车搭载有激光传感器、双目相机和主控装置；观察桩作为基准安装于钢轨外侧的预设位置处；观察桩上设置有标志点；其中：激光传感器检测到钢轨上标志线的结束位置时；双目相机采集观察桩上的标志点图像并发送至主控装置；主控装置中加载有立体视觉测量模块，基于双目视觉测量方法计算得到钢轨相对于观察桩的空间位置信息，并利用相邻两次测量同一观察桩的空间位置信息获取钢轨爬行量信息。本发明通过轨道小车和立体视觉技术自动测量钢轨爬行位移，并可进行移动式检测，便于对全路大范围钢轨爬行进行快速精准测量，减少误差的同时也降低了安全风险。技术研发人员：刘心成,张勇,梁志广,胡在良,骆德渊,周雨杭,杨维一,刘伯奇,宋楠,单宇,王静受保护的技术使用者：铁科检测有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9