一种道岔监测系统及方法与流程

本发明涉及铁路设备安全领域，具体而言，涉及一种道岔监测系统及方法。

背景技术：

1、位移是铁轨运营过程中的重点监测量，实现对位移的实时监测能够解决诸多铁路养护过程遇到的难题。线路常见的形变包括轨道纵向位移(爬行)和竖向位移(沉降)，纵向位移即线路爬行是钢轨在动载荷作用下的波浪形挠曲，列车制动、列车运行阻力、钢轨温度变化、轨道几何状态不良都会造成线路爬行，轨道爬行危害极其严重，甚至可能造成断轨危及行车安全。轨道维护过程中，位移监测十分重要的，施工过程中需要密切监测轨道几何尺寸、位移、沉降等参数，以保证施工对于安全营运未造成有害影响。道岔作为线路的关键组成部分，是线路设备中的薄弱环节。

2、目前，在对道岔位移形变等进行监测的方法主要采用观测桩、cpⅲ测量、静力水准仪、传统图像法、gnss等，观测桩及cpⅲ测量是基于人工测量来实现的，需要人工参与且受环境影响因素较多；静力水准仪可以实现沉降的自动测量但对复杂结构形变无法监测；传统图像法及gnss测量方法可以实现自动测量但是测量精度无法保证。

技术实现思路

1、本发明提供一种道岔监测系统及方法，用以自动监测道岔，提高道岔位移形变等的监测精度。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种道岔监测系统，包括：标靶、监测头、供电系统、云端服务器；所述标靶安装于铁轨轨腰处，所述标靶上印有高反射性材料制成的容错性编码图案；所述监测头中包含激光补光灯、图像传感器和算法控制单元；所述监测头安装在铁轨附近，所述监测头用于采集到包含所述标靶的图像；

3、所述激光补光灯用于在需要对道岔进行监测时为标靶提供照明，使标靶上的图案反射激光；

4、所述监测头中的图像传感器用于采集包含标靶的图像；

5、所述算法控制单元用于对采集到的图像进行识别，确实标靶上的图案在图像中的位置信息；将所述图案的位置信息与预设图案位置信息进行对比得到所述图案在图像中的位移，并将所述位移通过相机矩阵换算得到所述标靶的实际位移；将所述标靶的实际位移发送至云端服务器；

6、所述供电系统用于对监测头进行供电。

7、可选的，所述标靶的材料为柔性材料。

8、可选的，所述预设图案位置信息为初始图案位置信息；或者

9、所述预设图案位置信息为上一次对道岔进行监测时确定的图案位置信息。

10、可选的，所述监测头中还包含继电器；所述继电器用于控制所述激光补光灯在需要对道岔进行监测时为标靶提供照明，并在所述图像传感器采集到包含标靶的图像后关闭所述激光补光灯。

11、可选的，所述监测头还包括定时继电器，所述激光补光灯用于在需要对道岔进行监测时为标靶提供照明，包括：

12、通过定时继电器确定预设监测时间对道岔进行监测，所述激光补光灯用于对标靶提供照明；和/或

13、在接收到监测指令时对道岔进行监测，所述激光补光灯用于对标靶提供照明；其中，所述监测指令包括通过云端服务器发送的监测指令，或者通过设置于监测头上的按钮触发的监测指令。

14、可选的，所述监测头中包含窄带滤波片，所述窄带滤波片对接收到的光线进行滤光，使特定波长的光线传输至所述图像传感器；其中，所述窄带滤波片能够使所述标靶反射的激光补光灯发射的激光通过。

15、可选的，所述图像传感器为高清cmos。

16、可选的，所述监测头还包含无线模块；所述将所述标靶的实际位移发送至云端服务器包括：

17、通过所述无线模块将所述标靶的实际位移发送至所述云端服务器。

18、可选的，所述监测头还包括传感器温度和/或加速度传感器，所述温度传感器和所述加速度传感器分别用于获取监测时刻的温度数据和加速度数据，并将监测时刻的温度数据和加速度数据通过无线模块发送给所述云端服务器。

19、可选的，所述供电系统为蓄电池供电系统和/或太阳能供电系统。

20、可选的，所述容错性编码图案的编码方式为：qrcode；或者apriltag；或者aruco；或者artag。

21、根据本发明实施例的第二方面，提供一种道岔监测方法，所述方法应用于道岔监测系统；所述道岔监测系统包括标靶、监测头、云端服务器；所述监测头中包含激光补光灯、图像传感器和算法控制单元；该方法包括：

22、在需要对道岔进行监测时通过激光补光灯为标靶提供照明，使标靶上的图案反射激光；其中，所述标靶安装于铁轨轨腰处，所述标靶上印有高反射性材料制成的容错性编码图案；

23、通过图像传感器采集包含标靶的图像；其中，所述监测头安装在铁轨附近，所述监测头用于采集到包含标靶的图像；

24、通过算法控制单元对采集到的图像进行识别，确定标靶上的图案在图像中的位置信息；将所述图案的位置信息与预设图案位置信息进行对比得到所述图案在图像中的位移，并将所述位移通过相机矩阵换算得到所述标靶的实际位移；将所述标靶的实际位移发送至云端服务器。

25、可选的，所述标靶的材料为柔性材料。

26、可选的，所述预设图案位置信息为初始图案位置信息；或者

27、所述预设图案位置信息为上一次对道岔进行监测时确定的图案位置信息。

28、可选的，所述监测头中还包含继电器；该方法包括：

29、在需要对道岔进行监测时，通过继电器控制所述激光补光灯为标靶提供照明，并在图像传感器采集到包含标靶的图像后关闭所述激光补光灯。

30、可选的，所述监测头中还包含定时继电器；所述在需要对道岔进行监测时，通过继电器控制所述激光补光灯为标靶提供照明，包括：

31、通过定时继电器确定预设监测时间对道岔进行监测，通过继电器控制所述激光补光灯为标靶提供照明；和/或

32、在接收到监测指令时对道岔进行监测，通过继电器控制所述激光补光灯为标靶提供照明；其中，所述监测指令包括通过云端服务器发送的监测指令，或者通过设置于监测头上的按钮触发的监测指令。

33、可选的，所述监测头中包含窄带滤波片；所述窄带滤波片对接收到的光线进行滤光，使特定波长的光线传输至所述图像传感器；其中，所述窄带滤波片可以使所述标靶反射的激光补光灯发射的激光通过。

34、可选的，所述图像传感器为高清cmos。

35、可选的，所述监测头还包括无线模块；所述将所述标靶的实际位移发送至云端服务器包括：

36、通过所述无线模块将所述标靶的实际位移发送至所述云端服务器。

37、可选的，所述监测头还包括温度传感器和/或加速度传感器；该方法还包括：

38、通过温度传感器和加速度传感器分别获取监测时刻的温度数据和加速度数据；并将监测时刻的温度数据和加速度数据通过无线模块发送给所述云端服务器。

39、可选的，所述道岔监测系统还包括供电系统；该方法还包括：

40、通过供电系统为监测头进行供电，其中，所述电系统为蓄电池供电系统和/或太阳能供电系统。

41、可选的，所述容错性编码图案的编码方式为：qrcode；或者apriltag；或者aruco；或者artag。

42、本发明实施例提供的道岔监测系统，通过设置在铁轨附近的监测头采集安装于铁轨轨腰处的标靶的图像，标靶上印有高发射性材料制成的容错性编码图案，可以反射监测头中激光补光灯发射的激光，采集到的图像包含清晰的编码图案，根据图像中图案的位移确定标靶的位移，实现对道岔的监测。与现有技术相比，本发明实施例通过单波长照明高反射性标靶采集标靶图案，基于高精度图像算法，利用监测头的边缘计算能力自动实现道岔位移监测，提高道岔位移形变等的监测精度。

43、本发明实施例的创新点包括：

44、1、本发明实施例提供的道岔检测系统，采用全反射标靶反射光束，光源和图像传感器集成在监测头内，监测头设置在铁轨附近可以采集到标靶图像的位置即可，标靶与监测头之间无需严格的光学对准，安装简单，标靶无需供电，这是本发明实施例的创新点之一。

45、2、本发明实施例提供的道岔监测系统，不需要在钢轨上安装传感器等坚硬设备，而是将柔性材料制成的定位标靶安装在轨腰上，安全性较高，通过监测头采集定位标靶的图像，实现无接触远程测量，这是本发明实施例的创新点之一。

46、3、本发明实施例提供的道岔监测系统，标靶上印有高反射性材料制成的容错性编码图案，在部分损坏的情况下仍可以自动辨识，可以抗干扰、污损，在污损或干扰情况下不影响测量，保证监测精度，这是本发明实施例的创新点之一。