列车轮轨状态检测系统及检测方法与流程

本发明属于铁路安全检测技术领域，特别涉及一种列车轮轨状态检测系统和检测方法。

背景技术：

安全运行是轨道列车设计和运营的重中之重，而转向架系统稳定性是列车安全运行的主要问题之一，一旦系统出现了蛇行失稳，其运行品质将急剧恶化，运行平稳性大大降低，甚至会引发脱轨。为实时对轮轨状态进行检测，中国专利zl200580024026.9公开了一种用于检测轨道车辆轮组的蛇形和攻角的设备，其主要是通过：在轨道两侧的地面上，增设实时监测轮轨运行状态的检测装置，当列车行驶经过检测装置时，检测装置在车轮的下方，自下向上拍摄车轮与轨道的接触状态，或自左向右拍摄车轮与轨道的接触状态，通过检测装置拍摄的图像信息，经计算机处理计算，能够得到列车轮组的偏转角度等信息。

由于我国幅员辽阔，要在铁路沿线建立一套全线路监控系统成本高、施工复杂、建设周期长、维护困难。并且，检测装置设置在地面上，只有到达指定监测地点才能得知轮轨接触状态，无法实行实时监测。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的问题，提供一种能够实时监测轮轨接触状态的检测系统。

本发明的技术方案是，一种列车轮轨状态检测系统，包括：

至少一对图像采集装置，安装在列车转向架上，用于采集和监测列车轮缘与轨道之间的实时图像信息；

处理器，与所述至少一对图像采集装置信号相连，接收所述的图像采集装置采集的实时图像信息，所述的处理器被配置成用于：识别所述的实时图像信息中的列车轮缘以及轨道，并计算轮缘与轨道之间的位置关系；

输出装置，用于输出上述轮缘与轨道之间的位置关系；

所述的至少一对图像采集装置包括分别位于所述的转向架左、右两侧的左侧图像采集装置和右侧图像采集装置，所述的左侧图像采集装置的视场至少覆盖部分左侧轮缘以及左侧轨道，所述的右侧图像采集装置的视场至少覆盖部分右侧轮缘以及右侧轨道。

优选地，所述的左侧图像采集装置包括沿平行于左侧轨道的方向设置的左前图像采集装置和左后图像采集装置，所述的右侧图像采集装置包括沿平行于右侧轨道的方向设置的右前图像采集装置和右后图像采集装置。

优选地，所述的图像采集装置包括图像采集模块、与图像采集模块同步的补光光源、用于将图像采集模块采集的实时图像信息传送至所述的处理器中的数据传输模块。

优选地，所述的列车轮轨状态检测系统包括与所述的处理器和输出装置信号连接的分析识别模块，所述分析识别模块通过分析所述轮缘与轨道之间的位置关系得到轮缘与轨道之间的位置关系数据。

优选地，所述的列车轮轨状态检测系统包括报警模块，所述报警模块用于将所述位置关系数据与其所对应的阈值范围进行比对，若所述位置关系数据超出对应的阈值范围时，则形成报警信息；所述报警模块与所述分析识别模块电性连接。

本发明的另一目的是提供一种列车轮轨状态检测方法。

本发明采用的技术方案是：一种列车轮轨状态检测方法，包括，

在列车转向架的左侧和右侧分别设置图像采集装置；

采集列车左侧轮缘与左侧轨道之间、以及右侧轮缘与右侧轨道之间的实时图像信息；

识别各所述实时图像信息中轮缘及轨道信息，并根据各所述实时图像信息计算各轮缘与轨道之间的位置关系；

将轮缘与轨道之间的位置关系信息输出。

优选地，所述的列车轮轨状态检测方法，包括：在列车转向架的左前、左后、右前、右后分别设置所述的图像采集装置，实时采集列车左侧轨道与左侧前轮轮缘以及左侧后轮轮缘之间、右侧轨道与右侧前轮轮缘以及右侧后轮轮缘之间的图像信息的步骤。

优选地，在列车转向架的左侧和右侧分别设置图像采集装置的步骤之后，还包括：采集并检测所述列车轮缘的表面状态图像信息的步骤。

优选地，所述各轮缘与轨道之间位置关系的计算步骤，包括：

将实时图像信息中轮缘信息进行点/线提取，形成轮线信息；

将实时图像信息中轨道信息进行点/线提取，形成轨线信息；

将所形成的轮线信息与轨线信息复合训练后形成所述轮缘与轨道之间的位置关系信息。

优选地，在将轮缘与轨道之间的位置关系信息输出的步骤后，还包括分析轮缘与轨道之间的位置关系并形成轮缘与轨道之间的位置关系数据的步骤，其中，所述位置关系数据包括：

所述轮线与其所对应所述轨线之间的夹角；

一对所述轮缘轮线中心连接轴线的位置信息；

一对所述轨线之间的中心连线的位置信息；

所述轮线中心连接轴线中点与所述轨线中心连线之间的偏移距离；及，

同一转向架上的两对所述轮线中心连接轴线之间的偏移距离的至少一种。

优选地，所述形成轮缘与轨道之间的位置关系数据的步骤后，还包括：将所述位置关系数据与阈值范围进行比对，并当所述位置关系数据超出对应的阈值范围时，进行异常报警的步骤。

本发明的检测系统安装在列车的转向架上，在列车运行状态下实时采集列车轮缘与轨道接触的图像信息，再通过处理器计算轮缘与轨道之间的位置关系，进而获得轮轨间隙、转向架冲角、横向偏移等车辆运行参数，为进一步的轮轨冲击状态分析提供依据。因此本发明与现有技术相比的优点是：能够实时监测列车的轮缘与轨道之间的配合状态，及时发现运行异常，提高故障检出率，保证列车安全运行。

附图说明

附图1为为本发明的轮轨状态检测方法的流程图；

附图2为本发明的轮轨状态检测系统的组成框图；

附图3为图像采集装置的结构示意图；

附图4为本发明的检测系统安装在列车转向架上的俯视示意图（转向架未示出）；

附图5为本发明的检测系统安装在列车转向架上的主视示意图；

附图6为本发明的检测系统安装在列车转向架上的左视示意图；

附图7a～图7f为轮线信息与轨线信息的复合位置关系示意图；

其中：11、左前图像采集装置；12、左后图像采集装置；13、右前图像采集装置；14、右后图像采集装置；2、处理器；21、分析处理模块；3、存储器；4、报警模块；5、输出装置；61、左前轮缘；62、左后轮缘；63、右前轮缘；64、右后轮缘；71、左侧轨道；72、右侧轨道；8、转向架；100、防护外壳；101、图像采集模块；102、补光光源；103、数据传输模块；104、防脱链。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见附图1所示，本发明公开了一种轮轨状态检测方法，旨在采用在线检测手法，对运行状态下的列车实现实时监控和检测。该方法包括：

s101）、在列车转向架的左侧和右侧分别设置图像采集装置；

s102）、实时采集列车左侧轮缘与左侧轨道之间、以及右侧轮缘与右侧轨道之间的实时图像信息；

s103）、采集并检测列车轮缘表面状态图像信息；

s200）、识别出实时图像信息中的左侧轮缘、右侧轮缘和左侧轨道、右侧轨道，并根据实时图像信息计算各轮缘与轨道之间的位置关系；

s301）、将实时图像信息中，轮缘信息进行点／线提取，形成轮线信息；将实时图像信息中轨道信息进行点／线提取，形成轨线信息；

s302）、将轮线信息与轨线信息复合训练形成轮缘与轨道之间的位置关系数据，该位置关系数据包括轮缘与其所对应的轨道之间的夹角、一对轮缘的轮线中心连接轴线的位置信息、一对轨线之间的中心连线的位置信息、轮线中心连接轴线中点与轨线中心连线之间的偏移距离，同一转向架上的两对轮线中心连接轴线中点之间的偏移距离，以及，同一转向架上的两对轮线中心连接轴线与一对轨线之间的夹角等；

s400）、将轮缘与轨道之间的位置关系、列车轮缘表面状态图像信息以及位置关系信息输出显示，该输出可以是通过终端显示设备实时呈现各轮缘与与其相配合的轨道之间的图像信息，以此来直观的显示列车轮轨配合情况，或者，该输出装置也可以通过输出和显示一系列的参数来表达；

s500）、将实时图像信息中的各轮缘与轨道之间的位置关系与一预设的阈值范围进行比较，根据比较结果识别异常信息，若当前列车轮缘与轨道之间的位置关系在阈值信息允许范围内，系统便不做任何动作，而若当前轮轨与轨道之间的位置关系超过阈值范围，则发出报警信息，提示工作人员轮轨状态异常。

从减少设备投入、降低成本的角度出发，转向架的左侧和右侧各设置一个所述的图像采集装置就够了，可以将上述图像采集装置设置在列车的同侧前后轮缘之间，使一个图像采集装置能够同时采集到位于同侧的前轮轮缘和后轮轮缘与轨道接触的图像。然而由于转向架上往往还有较多设备部件，因此很难同时将前后轮缘同时清晰的拍摄，因此优选技术方案中，在列车转向架的左前、左后、右前、右后分别设置所述的图像采集装置，实时采集列车左侧轨道与左侧前轮轮缘以及左侧后轮轮缘之间、右侧轨道与右侧前轮轮缘以及右侧后轮轮缘之间的图像。这样就可以获得各个轮缘和与其相配合的轨道之间接触的实时图像信息，进而得到各轮缘与轨道之间的位置关系。

附图2～6为本发明的一个具体实施例，其公开了一种列车轮轨状态检测系统，包括两对图像采集装置，安装在列车转向架8上，用于实时监测列车轮缘与轨道之间的动态图像和采集并检测列车轮缘表面状态图像信息；

处理器2，与图像采集装置信号相连，接收所述的图像采集装置采集的实时图像信息，所述的处理器2被配置成用于：识别所述的实时图像信息中的列车轮缘以及轨道，并计算轮缘与轨道之间的位置关系；

存储器3，存储器3中预先存储有轮缘与轨道之间位置关系的阈值范围；

分析识别模块21，与处理器2信号连接，用于通过分析轮缘与轨道之间的位置关系得到轮缘与轨道之间的位置关系数据；

输出装置5，用于输出上述轮缘与轨道之间的位置关系；

报警模块4，与分析识别模块21电连接，在当前列车轮缘与轨道之间的位置关系超出阈值范围时报警。

图像采集装置成对设置在列车首转向架（列车前进方向的第一个转向架）的四角和尾转向架（列车前进方向的最后一个转向架）的四角，即首转向架和尾转向架的前后以及两侧各设置4个图像采集装置，用于实时检测各车轮的运行状态。

参见附图4所示，两对图像采集装置包括用于对列车左前轮缘61、左后轮缘62和左侧轨道71进行图像采集的左前图像采集装置11和左后图像采集装置12，以及用于对列车右前轮缘63、右后轮缘64和右侧轨道72进行图像采集的右前图像采集装置13和右后图像采集装置14，所述的左前图像采集装置11和左后图像采集装置12位于所述的转向架8的左侧，所述的左前图像采集装置11的视场至少覆盖部分左前轮缘61以及左侧轨道71，所述的右前图像采集装置13的视场至少覆盖部分右前轮缘63以及右侧轨道72，左后图像采集装置12和右后图像采集装置14同理，视场覆盖部分后轮的轮缘以及与其配合的轨道。

上述左前图像采集装置11、左后图像采集装置12、右前图像采集装置13和右后图像采集装置14分别安装在列车转向架8的左前方、左后方、右前方、右后方，且所述的左前图像采集装置11和左后图像采集装置12布置在一条平行于左侧轨道71的直线上，所述的右前图像采集装置13和右后图像采集装置13布置在平行于右侧轨道72的直线上。

参见附图3，各图像采集装置均包括防护外壳100、以及设置在防护外壳100内的图像采集模块101、与图像采集模块101同步动作的补光光源102、用于将图像采集模块采集101的实时图像信息传送至所述的处理器2中的数据传输模块103。

为了减小风阻、避免积累灰尘，防护外壳100设计呈流线型，本实施例中，该防护外壳100呈两端收缩、中央隆起的橄榄形。为便于图像采集模块观测，防护外壳朝向列车轮缘的一侧具有透明罩，所述的透明罩的外表面上具有自清洁纳米涂层，其能够将透明罩表面污物进行分解，达到自清洁效果，减少脏污对成像效果的影响。

该图像采集模块101选择高清高分辨率的工业相机，每帧图像覆盖1/4车轮，通过补光光源102照射，即使在夜间也可以获得清晰的实时图像信息和轮缘表面状态图像信息。实时图像信息通过数据传输模块103传输给处理器2，通过处理器2将实时图像信息中，轮缘信息进行点／线提取，形成轮线信息；将实时图像信息中轨道信息进行点／线提取，形成轨线信息。上述轮线信息和轨线信息被送入分析识别模块21进一步分析，并将轮线信息与轨线信息复合训练形成轮缘与轨道之间的位置关系数据，该位置关系数据包括轮缘与其所对应的轨道之间的冲角a（图7a）、一对轮缘的轮线中心连接轴线的运行位置信息（图7b）、轮缘与一对轨线之间的中心连线的位置信息，即轴偏差（图7c）、轮缘中心连接轴线中点与轨线中心连线之间的偏移距离t2，也称运行偏差（图7d），以及同一转向架上的两对轮缘中心连接轴线之间的偏移角（图7e），同一转向架上的两对轮缘中心连接轴线之间的偏移距离，也称横向位移（图7f）等等。

上述位置关系数据再次被送入处理器2中，处理器2调用存储器3中预先存储的各参数的阈值范围并进行比较，若当前实时图像信息中的位置关系数据超出阈值范围，则判定为异常信息，报警模块4立即进行报警，若当前实时图像信息中的位置关系参数在阈值信息的范围内，系统则继续正常工作。

列车在运行时，震动无法避免，为防止长时间运行后，固定架折断或松脱，所述的防护外壳100与列车的转向架8之间还设置有一对防脱链条104，如图3所示，所述的防护外壳100上具有向外凸出的耳部，所述的防脱链条104的一端固定在该耳部上，另一端固定在所述的转向架8上。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。