一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统及方法。系统包括多台激光扫描测距仪和上位机；多台激光扫描测距仪分别安装在铁路隧道限界检测车车体内部同一铁路隧道断面的不同位置；各激光扫描测距仪通过以太网与上位机连接。方法包括：实时获取同一铁路隧道断面的不同位置信号；根据激光扫描测距仪中心到铁路隧道断面某测量点的距离，换算出钢轨平面中心点到该测量点的距离；存储钢轨平面中心点到同一铁路隧道断面不同测量点的距离和角度；生成每一个铁路隧道断面的成像。激光扫描测距仪同时检测隧道洞壁同一断面不同位置，保证覆盖全隧道洞壁；激光扫描测距仪发射出的激光光束就可以覆盖隧道轮廓360°的限界测量范围。
【专利说明】
一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及隧道检测技术领域，具体涉及一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]为了确保机车车辆在铁路线路上运行的安全，防止机车车辆撞击邻近线路的建筑物和设备，而对机车车辆和接近线路的建筑物、设备所规定的不允许超越的轮廓尺寸线，称为限界。在铁路《技规》中更是做出了明确规定:一切建筑物、设备，在任何情况下均不得侵入铁路的建筑限界。铁路建筑限界测量的精确性十分重要，直接关系到铁路扩大货物运输的安全性和运输收入的增长。以往某些区段限界尺寸测量不准确，导致一些扩大货物运输必须绕行或拒运，造成铁路运能的浪费和运输收入的损失。
[0003]铁路线路周围的地理形态、建筑形态，甚至线路本身的形态在一定条件下都会发生不同程度的变化。过去，铁路建筑限界大多使用如“吊绳”、“触杆”、“皮尺”等手工方法进行测量，费时费力，测量精度低。随着铁路电气化线路迅速发展，传统的测量手段已经无法适应快速、准确、安全的建筑限界检测要求;手持激光扫描测距仪可以实现非接触式测量，但只是单点测量，连续性差，且测量基准点无法固定;隧道检测车测量速度快、精度较高，但只适用于桥隧限界测量，而且占用运输成本，设备造价昂贵。针对国内现状，急需一种新型的铁路建筑限界检测机具，能够经济、便捷、准确、灵活地对各种铁路建筑限界进行测量，为铁路生产运输安全保驾护航。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统及方法。
[0005]本发明的技术方案是:
一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统，包括多台激光扫描测距仪和采集各台激光扫描测距仪信号的上位机;多台激光扫描测距仪分别安装在铁路隧道限界检测车车体内部同一铁路隧道断面的不同位置;各激光扫描测距仪通过以太网与上位机连接。
[0006]所述上位机包括激光扫描测距信号采集单元、距离换算单元、数据存储单元、扫描成像单元；
激光扫描测距信号采集单元:用于实时获取各台激光扫描测距仪信号；
距离换算单元:根据激光扫描测距仪测得的激光扫描测距仪中心到铁路隧道断面某测量点的距离，换算出钢轨平面中心点到该测量点的距离；
数据存储单元:以铁路隧道断面编号命名，以360°为一个存储周期，存储钢轨平面中心点到同一铁路隧道断面不同测量点的距离和角度； 扫描成像单元:根据数据存储单元存储的数据生成每一个铁路隧道断面的成像。
[0007]利用所述的铁路隧道限界动态检测系统进行铁路隧道限界动态检测的方法，包括:
铁路隧道限界检测车行进过程中，各台激光扫描测距仪实时获取同一铁路隧道断面的不同位置信号；
根据激光扫描测距仪测得的激光扫描测距仪中心到铁路隧道断面某测量点的距离，换算出钢轨平面中心点到该测量点的距离；
以铁路隧道断面编号命名，以360°为一个存储周期，存储钢轨平面中心点到同一铁路隧道断面不同测量点的距离和角度；
根据存储的数据生成每一个铁路隧道断面的成像。
[0008]有益效果:
1、激光扫描测距仪同时检测隧道洞壁同一断面不同位置，保证覆盖全隧道洞壁；
2、激光扫描测距仪发射出的激光光束就可以覆盖隧道轮廓360°的限界测量范围；
3、采用高精度激光扫描测距仪，配合上位机，可对铁路各种建筑限界进行非接触式测量及数据分析。
[0009]4、整套检测系统携带方便、操作简单，测量精度高，对铁路扩大货物运输的发展有重要意义。
【附图说明】
[0010]图1是本发明【具体实施方式】的基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统结构框图；
图2是本发明【具体实施方式】的铁路隧道限界动态检测方法流程图；
图3是本发明【具体实施方式】的激光扫描测距仪测量原理；
图4是本发明【具体实施方式】的铁路隧道断面的成像。
【具体实施方式】
[0011 ]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0012]一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统，如图1所示，包括多台激光扫描测距仪和采集各台激光扫描测距仪信号的上位机;多台激光扫描测距仪分别安装在铁路隧道限界检测车车体内部同一铁路隧道断面的不同位置;各激光扫描测距仪通过以太网与上位机连接。
[0013]上位机包括激光扫描测距信号采集单元、距离换算单元、数据存储单元、扫描成像单元；
激光扫描测距信号采集单元:用于实时获取各台激光扫描测距仪信号；
距离换算单元:根据激光扫描测距仪测得的激光扫描测距仪中心到铁路隧道断面某测量点的距离，换算出钢轨平面中心点到该测量点的距离；
数据存储单元:以铁路隧道断面编号命名，以360°为一个存储周期，存储钢轨平面中心点到同一铁路隧道断面不同测量点的距离和角度；
扫描成像单元:根据数据存储单元存储的数据生成每一个铁路隧道断面的成像。
[0014]激光扫描测距信号采集单元的输入端连接激光扫描测距仪的输出端，激光扫描测距信号采集单元的输出端连接距离换算单元的输入端，距离换算单元的输出端连接数据存储单元的输入端，数据存储单元的输出端连接扫描成像单元的输入端。
[0015]利用铁路隧道限界动态检测系统进行铁路隧道限界动态检测的方法，如图2所示，包括:
步骤1、铁路隧道限界检测车行进过程中，各台激光扫描测距仪实时获取同一铁路隧道断面的不同位置信号；
步骤2、根据激光扫描测距仪测得的激光扫描测距仪中心到铁路隧道断面某测量点的距离，换算出钢轨平面中心点到该测量点的距离；
本方法进行的是二维空间测量，即测量点与钢轨平面中心的水平距离和垂直距离。如图3所示，A为激光扫描测距仪中心点，O为钢轨平面中心点，B为目标测量点。激光扫描测距仪测得AB长度为L，角度为α，则B点相对于A点的水平距离m=L X cosa，垂直距离n=L X sina。激光扫描，激光扫描测距仪中心点距钢轨平面垂直高度为247.5毫米，与钢轨中心水平距离为747.5毫米，从而可以得出O点距与B点之间的水平距离为m-747.5毫米，垂直距离为η+247.5晕米。
[0016]步骤3、以铁路隧道断面编号命名，以360°为一个存储周期，存储钢轨平面中心点到同一铁路隧道断面不同测量点的距离和角度；
激光扫描测距仪通过以太网与上位机链接，数据传输速率最高可达lOMbit/s，并自带通讯协议，方便用户编程。
[0017]步骤4、根据存储的数据生成每一个铁路隧道断面的成像，如图4所示。上位机以VB6.0为平台，可实时扫描成像，并做数据存储。
【主权项】
1.一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统，其特征在于，包括多台激光扫描测距仪和采集各台激光扫描测距仪信号的上位机;多台激光扫描测距仪分别安装在铁路隧道限界检测车车体内部同一铁路隧道断面的不同位置;各激光扫描测距仪通过以太网与上位机连接。2.根据权利要求1所述的基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统，其特征在于，所述上位机包括激光扫描测距信号采集单元、距离换算单元、数据存储单元、扫描成像单元； 激光扫描测距信号采集单元:用于实时获取各台激光扫描测距仪信号； 距离换算单元:根据激光扫描测距仪测得的激光扫描测距仪中心到铁路隧道断面某测量点的距离，换算出钢轨平面中心点到该测量点的距离； 数据存储单元:以铁路隧道断面编号命名，以360°为一个存储周期，存储钢轨平面中心点到同一铁路隧道断面不同测量点的距离和角度； 扫描成像单元:根据数据存储单元存储的数据生成每一个铁路隧道断面的成像。3.利用权利要求2所述的铁路隧道限界动态检测系统进行铁路隧道限界动态检测的方法，其特征在于，包括: 铁路隧道限界检测车行进过程中，各台激光扫描测距仪实时获取同一铁路隧道断面的不同位置信号； 根据激光扫描测距仪测得的激光扫描测距仪中心到铁路隧道断面某测量点的距离，换算出钢轨平面中心点到该测量点的距离； 以铁路隧道断面编号命名，以360°为一个存储周期，存储钢轨平面中心点到同一铁路隧道断面不同测量点的距离和角度； 根据存储的数据生成每一个铁路隧道断面的成像。
【文档编号】B61K9/08GK105946897SQ201610532113
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】范宇, 杨赫, 丁道祥, 赵辉, 王伟, 陶毅, 崔高峰, 周文波
【申请人】沈阳铁路局科学技术研究所