一种列车车钩高度在线检测系统及方法与流程

本发明属于轨道车辆检测，涉及一种列车车钩高度检测系统及方法，具体涉及一种列车车钩高度通过式在线检测系统及其检测方法。

背景技术：

1、近年来，轨道交通以其运输量大、快捷、安全可靠性高等优点得到了迅猛的发展，轨道交通网络的建设成为了城市发展的一张名片，轨道交通也逐渐成为了市民出行的首选，有效地解决了各大城市公共交通拥堵的问题。

2、随着轨道交通的高速发展，轨道交通车辆为适应不同情况下乘车人员数量的变化，会在不同时段采用不同编组形式的车辆运行，比如列车的连挂、解编使用也越来越广泛。在列车连挂、解编过程中，车钩是列车中用于实现车辆连挂的重要部件，在运行过程中传递牵引力和制动力，为了连挂和行车安全须规定车钩高度需使其在一定的范围内。车辆运行过程中，车钩不可避免地存在磨耗与损伤，例如车体底架梁的弯曲、钩身的弯曲等，导致车钩高度下降，若车钩高度不符合要求，极易造成运行中的车辆脱钩，严重威胁行车安全，因此在车辆检修时需对车钩高度进行测量和调整，确保其高度在规定范围内，保证车辆安全运行。

3、当下我国的铁道车辆部门多数利用自制的车钩高度测量标尺来进行人工检测，少数采用红外或超声传感器对车钩高度进行测量。其中，人工检测大多采用自制的车钩高度测量标尺对车钩高度进行测量，由检修工人手持高度测量标尺，置于水平铁轨面上并垂直于铁轨平面，然后通过肉眼读取车钩中心线所在高度值，此种检测方式需要车辆停车检测，工作效率低下，且由于工具及视觉的误差等，车钩高度测量精度和稳定性也得不到有效的保证。其中，采用超声传感器进行车钩高度测量的方式是指在车钩中心线处安装一个可收缩悬臂梁，并将超声收、发探头固定于悬臂梁上，将悬臂梁伸至轨面正上方，超声发射探头发射超声波信号至轨面反射后由接收探头接收，根据超声波发射和接收回波的时间差，计算出车钩中心线到轨面的距离。其中，采用红外传感器测量方式为在车钩中心线处粘贴一条表面闪亮的贴条，通过安装于贴条正对处可上下移动的红外传感器探测贴条位置，并根据探测到贴条信号时的红外传感器高度计算车钩中心线的高度值。基于超声和红外传感器的测量方式均需在车钩上加装设备，容易脱落，影响行车安全，并且上述检测方式均需要停车检测，检测效率低下。

4、此外，也有少量通过式在线检测设备检测车钩高度的方法，通过在轨旁安装图像采集设备采集车钩侧部图像，检测图像中车钩的位置并进一步检测车钩中心线的位置，同时检测图像中轨面的位置，通过识别车钩中心线位置和轨面位置的方式计算分析得到车钩的高度，该方式可以实现快速通过式的检测车钩高度；但是该检测方式仅针对车钩表面画有明确中心线的车钩且中心线清晰未脱色，未被脏污或光斑遮挡的情况。但轨交车辆实际运行中风里来雨里去，车钩表面经常会出现油污、脏污、掉漆、脱色等情况，中心线常存在被油污光斑遮挡、脱色掉漆等情况而难以检测，部分型号车钩为喷涂有确定的中心线，因而该检测方式的使用场景受限。

5、因此，如何对现有的车钩高度检测技术进行改进，或者提出一种新的车钩高度检测系统和检测方法以适应中心线遮挡或无明显中心线的车钩高度检测成为了本领域技术人员亟待解决的课题之一。

技术实现思路

1、针对目前车钩高度检测技术的不足，本发明提供了一种列车车钩高度在线检测系统及方法，通过改进图像采集方法及数据处理方法，解决了传统的车钩高度检测方法存在的可靠性较低的问题。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、一种列车车钩高度在线检测系统，所述系统包括轨旁设备、现场控制中心和远程控制中心，现场控制中心分别与轨旁设备和远程控制中心通信连接，轨旁设备包括进线传感器、测速雷达、车号识别装置、车钩三维检测模组、车钩二维检测模组和离线传感器；

4、车钩三维检测模组位于第一支轨和第二支轨之间且靠近第一支轨，采用从下向上的方式对靠近的第一支轨的底部和车钩的底部采集图像；

5、车钩二维检测模组设置所述车钩三维检测模组靠近的第一支轨的外侧，采用侧拍的方式对第一支轨的侧部和车钩的侧部采集图像，且所述车钩三维检测模组在所述车钩二维检测模组的拍摄范围内。

6、进一步的，所述车钩二维检测模组包括一个面阵相机、一组辅助线激光和一组led白光源，面阵相机正对第一支轨的外侧，led光源与面阵相机平行且正对第一支轨的外侧，辅助线激光紧贴面阵相机放置与led光源分别位于相机两侧，辅助线激光的光截面垂直于地面和第一支轨的外侧面呈小于90°夹角，且激光线处于面阵相机的视野内；

7、所述车钩三维检测模组包括一个面阵相机和一组线激光，采用激光三角法采集运动列车的车钩底部和第一支轨底部的3d图像。

8、进一步的，所述进线传感器通过安装支架抱装在第一支轨的内侧部，作为整套系统的起始位置，检测进线列车的车轮，获得列车进线信号，控制系统启动；

9、所述离线传感器通过安装支架抱装在第一支轨的内侧部，作为整套系统的终止位置，检测列车的车轮离线，获得列车离开信号，控制系统关闭。

10、进一步的，所述测速雷达安装在轨旁安全限界以外的立柱上，检测进线列车的即时速度；所述车号识别装置安装在轨旁安全限界以外的立柱上，识别进线列车的车号。

11、进一步的，所述车钩三维检测模组、车钩二维检测模组均设置吹风除尘装置。

12、进一步的，所述进线传感器、测速雷达、车号识别装置、车钩三维检测模组、车钩二维检测模组和离线传感器的镜头均外镀防水膜。

13、使用上述任意一项所述的一种列车车钩高度在线检测系统对列车车钩高度在线检测的方法，包括：

14、(1)当列车接近所述检测系统，通过进线传感器获得列车进线信号启动所述检测系统工作；测速雷达获得列车实时过车速度，车号识别装置获得本次过车的车号，车钩三维检测模组和车钩二维检测模组根据测速雷达获得的实时车速调整采集帧率进而采集图像，使得图像在列车运动方向拉伸趋于一致；

15、(2)通过对采集的图像数据处理，得到列车车钩底部和支轨底部的3d图像以及车钩侧部和支轨侧部的2d图像；

16、(3)通过图像处理技术和深度学习技术对2d图像和3d图像智能识别分析可以检测出车钩位置、车钩高度c、车钩下表面最低点到支轨底面的距离h、支轨高度b，进一步分析处理得到车钩下表面最低点到支轨上表面的高度h1；将得到的所述h1与预设的h1报警阈值比较，若超出预设的h1报警阈值则进行预警提示。

17、进一步的，利用图像处理技术分析车钩二维检测模组采集的车钩侧部图像和支轨侧部图像，分析得到所述支轨高度b、所述车钩高度c和有中心线车钩中心线至车钩下表面最低点的高度a；

18、通过对车钩三维检测模组采集的3d图像得到所述车钩位置，特别是车钩最低点的高度值，同时车钩三维检测模组还采集到支轨的下边缘的高度值，将车钩最低点的高度值和支轨下边缘的高度做差，即为车钩下表面最低点到支轨底面的距离h；

19、所述车钩下表面最低点到支轨底面的距离h与所述支轨高度b做差，得到所述车钩下表面最低点到支轨上表面的高度h1。

20、进一步的，首先，采用棋盘格标定板对车钩二维检测模组采集的车钩侧部图像和支轨侧部图像进行标定，获得所述车钩侧部图像和支轨侧部图像的像素点和物理尺寸之间的关系；

21、然后，将车钩二维检测模组采集的车钩侧部图像和支轨侧部图像导入训练好的神经网络模型，输出结果为目标左上角和右下角的坐标、目标类别和目标类别的概率；通过所述概率的结果可筛选95％以上的结果进一步分析，通过目标类别可得到检测出的结果是车钩、车钩中心线、第一支轨侧部激光投射线；通过车钩检出框坐标做差得到车钩像素高度；通过车钩检出框坐标和车钩中心线检出框坐标做差可得到车钩中心线到车钩底部像素高度；通过第一支轨侧部激光投射线检出框坐标做差可得到第一支轨侧部激光投射线像素高度；

22、最后，结合所述车钩侧部图像和支轨侧部图像的像素点和物理尺寸之间的关系，从而得到所述支轨高度b、所述车钩高度c和有中心线车钩中心线至车钩下表面最低点的高度a。

23、进一步的，所述车钩下表面最低点到支轨上表面的高度h1与所述车钩中心线到车钩下表面最低点的高度a做和，得到车钩中心线到支轨上表面的高度h2；

24、所述车钩下表面最低点到支轨上表面的高度h1与所述车钩高度c做和，得到车钩最高点到支轨上表面的高度h3；

25、将得到的所述h2、h3与预设的h2报警阈值、h3报警阈值比较，若超出预设报警阈值则进行预警提示。

26、本发明的有益效果如下：

27、(1)采用本发明列车车钩高度在线检测系统及检测方法，能够采集到车钩底部和轨道底部3d图像、车钩侧部和轨道侧部2d图像；

28、(2)采用本发明列车车钩高度在线检测系统及检测方法，能够对2d图像和3d图像中的车钩自动识别；

29、(3)采用本发明列车车钩高度在线检测系统及检测方法，可检测到车钩底部最低点至轨道底部的距离h、车钩体高度c、轨道的高度b；

30、(4)采用本发明列车车钩高度在线检测系统及检测方法，可检测到车钩底部最低点距离轨道上表面的距离h1并跟设定的报警阈值做比较进行自动报警提示。

31、(5)采用本发明列车车钩高度在线检测系统及检测方法，能够解决车钩高度检测时车钩中心线遮挡或无明显车钩中心线的难题，检测场景扩大化，检测结果可靠性强。