一种道砟颗粒劣化指数分析仪及分析方法与流程

本发明涉及轨道检测领域，具体涉及一种道砟颗粒劣化指数分析仪及分析方法。

背景技术：

道床即铁路轨枕下面，路基面上铺设的石碴(道碴)垫层，主要由道砟颗粒构成，其主要作用是支撑轨枕，将轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面，并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，大大减少路基变形的同时还缓和了机车车辆轮对钢轨的冲击，便于排水。

道砟颗粒是构成散体道床的碎石颗粒，散体道床承受轨枕荷载，并将荷载分散传递至下部结构。对道砟颗粒的三维廓形研究具有重要意义，具体体现在如下两个方面：一方面做道床评估，级配优化；另一方面用作散粒体力学仿真的输入。

专利cn107169981a公开了提供了一种道砟颗粒三维廓形的检测方法及装置，包括：获取道砟颗粒在多个旋转角度下的多张二维图像；根据二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取每一张二维图像中道砟颗粒的二维廓形边界图像；根据预设角度采样点以及预设三维廓形边界半径，构建用于描述道砟颗粒的三维廓形表面点的球坐标系；根据球坐标系中任意一个点在多个旋转角度下投射到二维平面上的二维投影点与二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定道砟颗粒的三维廓形边界半径；每一个经纬度以及与每一组经纬度匹配的三维廓形边界半径组成三维廓形；其获取二维图片的测量方式简单，应用设备成本极低，用户操作简单。

但其检测过程复杂，需要提取多张照片的道砟特征参数，同时只有轮廓特征提取方法，没有对轮廓特征进一步分析和评价。

现需一种道砟颗粒劣化指数分析仪可以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中检测过程复杂，需要提取多张照片的道砟特征参数，只有轮廓特征提取方法，没有对轮廓特征进一步分析和评价的问题，提供了一种道砟颗粒劣化指数分析仪，通过特征分析得出了道砟颗粒的劣度系数，从而导出道砟颗粒形状特征的评价结果，解决了上述问题。

本发明提供一种道砟颗粒劣化指数分析仪，包括壳体、位置调节装置、成像装置和检测仪，位置调节装置设置于壳体上，成像装置和检测仪通过位置调节装置搭载，检测仪功能区设置于成像装置成像范围内，检测仪用于检测道砟劣化指数并分析劣化状况。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪，作为一种优选方式，检测仪包括数据采集装置和检测分析仪，数据采集装置采集区与成像装置成像区重叠，检测仪接收数据采集装置采集的图像数据。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪，作为一种优选方式，位置调节装置包括角度调节装置、垂直调节装置和纵向调节装置，角度调节装置用于调节成像装置的角度，垂直调节装置连接壳体和成像装置，用于调节成像装置高度，纵向调节装置连接检测仪和壳体，用于调节检测仪到成像装置的距离，纵向调节装置移动延长线穿过垂直调节装置垂心。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪，作为一种优选方式，成像装置包括双面镜组、双面镜安装架和照明底座，照明底座设置于垂直调节装置顶端，照明底座水平设置，双面镜安装架以垂直调节装置轴线为中心在水平方向上呈放射状排布，双面镜安装在双面镜安装架上，角度调节装置设置在双面镜安装架轴心位置，用于调节双面镜安装架角度。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪的分析方法，作为一种优选方式，包括以下步骤：

s1、打开壳体，将道砟颗粒放入道砟颗粒放置区，开启照明底座；

s2、移动道砟颗粒至成像装置中显示道砟颗粒的3个视角轮廓；

s3、调节垂向调节装置和纵向调节装置至显示效果清晰；

s4、通过数据采集装置采集道砟颗粒的轮廓特征信息，传输至检测仪；

s5、检测仪从细观角度对道砟颗粒的形状特征进行提取，通过劣度公式，得到道砟颗粒的劣度系数；

s6、当劣化系数大于等于0小于等于α时，导出道砟颗粒劣化度为优良的结果；当劣化系数大于α小于等于β时，导出道砟颗粒劣化度为轻度劣化的结果；当劣化系数大于β小于等于δ时，导出道砟颗粒劣化度为中等劣化；当劣化系数大于δ小于等于1时，导出道砟颗粒劣化度为严重劣化；

s7、导出劣化度作为指导清筛的指标。

本发明从细观角度对道砟颗粒的形状特征进行分析，结合道砟颗粒形状特征的量化方法，得出了道砟颗粒的劣度系数，依据道砟颗粒形状特征的评价标准，按照劣度系数对道砟颗粒进行评价分析。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪的分析方法，作为一种优选方式，步骤s4具体包括：

s41、数据采集装置拍摄道砟颗粒在双面镜组内的二维图像，获得一张道砟颗粒在同一时刻多角度的成像；

s42、根据二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取二维图像中道砟颗粒各个角度的二维廓形边界图像。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪的分析方法，作为一种优选方式，步骤s5具体包括：

s51、根据预设角度采样点以及道砟颗粒的预设三维廓形边界半径，构建用于描述道砟颗粒的三维廓形表面点的坐标系；

s52、根据坐标系中任意一个点在多个旋转角度下投射到二维平面上的二维投影点与二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定道砟颗粒的三维廓形边界半径；

s53、根据每一个预设角度采样点对应的经纬度以及与每一组经纬度匹配的三维廓形边界半径，确定道砟颗粒的三维廓形；

s54、根据道砟颗粒的三维廓形提取针状系数ai和片状系数ci；

s55、根据第一劣度公式得到第一劣化系数，第一劣度公式为：

a1*ai+b1*ci＝db1，a1+b1＝1，

其中a1为第一针状系数权重、b1为第一片状系数权重，db1为第一劣化系数，

若db1≤α或db1≥δ则输出第一劣化系数db1至步骤s58，作为最终劣化系数db，若不是则进行步骤s56；

s56、根据道砟颗粒的三维廓形提取棱角系数ni和球形度si；

s57、根据第二劣度公式得到第二劣化系数，第二劣度公式为：

a2*ai+b2*ci+c*ni+d*si＝db2，a2+b2+c+d＝1，

其中c为棱角系数权重，d为球形度权重，db2为第二劣化系数，将第二劣化系数db2输送出步骤s58，作为最终劣化系数db；

s58、输出最终劣化系数db。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪的分析方法，作为一种优选方式，包括以下步骤：

s1、打开壳体，将道砟颗粒放入道砟颗粒放置区，开启照明底座；

s2、移动道砟颗粒至成像装置中显示道砟颗粒的5个视角轮廓；

s3、调节垂向调节装置和纵向调节装置至显示效果清晰；

s4、通过数据采集装置采集道砟颗粒的轮廓特征信息，传输至检测仪；

s5、检测仪从细观角度对道砟颗粒的形状特征进行提取，通过劣度公式，得到道砟颗粒的劣度系数；

s6、当劣化系数大于等于0小于等于α时，导出道砟颗粒劣化度为优良的结果；当劣化系数大于α小于等于β时，导出道砟颗粒劣化度为轻度劣化的结果；当劣化系数大于β小于等于δ时，导出道砟颗粒劣化度为中等劣化；当劣化系数大于δ小于等于1时，导出道砟颗粒劣化度为严重劣化；

s7、导出劣化度作为指导清筛的指标。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪的分析方法，作为一种优选方式，步骤s4具体包括：

s41、数据采集装置拍摄道砟颗粒在双面镜组内的二维图像，获得一张道砟颗粒在同一时刻多角度的成像；

s42、根据二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取二维图像中道砟颗粒各个角度的二维廓形边界图像。

本发明所述的一种道砟颗粒劣化指数分析仪的分析方法，作为一种优选方式，步骤s5具体包括：

s51、根据预设角度采样点以及道砟颗粒的预设三维廓形边界半径，构建用于描述道砟颗粒的三维廓形表面点的坐标系；

s52、根据坐标系中任意一个点在多个旋转角度下投射到二维平面上的二维投影点与二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定道砟颗粒的三维廓形边界半径；

s53、根据每一个预设角度采样点对应的经纬度以及与每一组经纬度匹配的三维廓形边界半径，确定道砟颗粒的三维廓形；

s54、根据道砟颗粒的三维廓形提取针状系数ai和片状系数ci；

s55、根据第一劣度公式得到第一劣化系数，第一劣度公式为：

a1*ai+b1*ci＝db1，a1+b1＝1，

其中a1为第一针状系数权重、b1为第一片状系数权重，db1为第一劣化系数，

若db1≤α或db1≥δ则输出第一劣化系数db1，若不是则将第一劣化系数db1赋值为0，输出第一劣化系数db1；

s56、根据道砟颗粒的三维廓形提取棱角系数ni和球形度si；

s57、根据第二劣度公式得到第二劣化系数，第二劣度公式为：

a2*ai+b2*ci+c*ni+d*si＝db2，a2+b2+c+d＝1，

其中c为棱角系数权重，d为球形度权重，db2为第二劣化系数，输出第二劣化系数db2；

s58、比较第一劣化系数db1和第二劣化系数db2，取大值作为最终劣化系数db。

在成像装置中显示道砟颗粒的3个视角轮廓，对道砟颗粒的特征提取速度较快，对劣度系数的分析评价时间短。但是结果准确较低。二是成像装置中显示道砟颗粒的5个视角轮廓，具有较高的还原精度，对道砟颗粒的特征提取速度较慢，对劣度系数的分析评价时间长，结果准确较高。

本发明有益效果如下：

检测仪通过提取道砟颗粒的特征信息，基于理论算法进行道砟颗粒的三维模型重建。将道砟颗粒外形函数化，提取道砟颗粒的形状特征进行分析。分别给出针状系数、片状系数、棱角系数和球形度，并通过加权系数得出道砟颗粒的劣化系数和评价标准。

附图说明

图1是一种道砟颗粒劣化指数分析仪示意图；

图2是一种道砟颗粒劣化指数分析仪检测仪示意图；

图3是一种道砟颗粒劣化指数分析仪位置调节装置示意图；

图4是一种道砟颗粒劣化指数分析仪成像装置示意图；

图5是一种道砟颗粒劣化指数分析仪的快速分析方法流程图；

图6是一种道砟颗粒劣化指数分析仪的精确分析方法流程图。

附图标记：

1、壳体；2、位置调节装置；21、角度调节装置；22、垂直调节装置；23、纵向调节装置；3、成像装置；31、双面镜组；32、双面镜安装架；33、照明底座；4、检测仪；41、数据采集装置；42、检测分析仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种道砟颗粒劣化指数分析仪，包括壳体1、位置调节装置2、成像装置3和检测仪4，位置调节装置2设置于壳体1上，成像装置3和检测仪4通过位置调节装置2搭载，检测仪4功能区设置于成像装置3成像范围内，检测仪4用于检测道砟劣化指数并分析劣化状况。

如图2所示，检测仪4包括数据采集装置41和检测分析仪42，数据采集装置41采集区与成像装置3成像区重叠，检测仪4接收数据采集装置41采集的图像数据。

如图3所示，位置调节装置2包括角度调节装置21、垂直调节装置22和纵向调节装置23，角度调节装置21用于调节成像装置3的角度，垂直调节装置22连接壳体1和成像装置3，用于调节成像装置3高度，纵向调节装置23连接检测仪4和壳体1，用于调节检测仪4到成像装置3的距离，纵向调节装置23移动延长线穿过垂直调节装置22垂心。

如图4所示，成像装置3包括双面镜组31、双面镜安装架32和照明底座33，照明底座33设置于垂直调节装置22顶端，照明底座33水平设置，双面镜安装架32以垂直调节装置22轴线为中心在水平方向上呈放射状排布，双面镜安装在双面镜安装架32上，角度调节装置21设置在双面镜安装架32轴心位置，用于调节双面镜安装架32角度。

如图5所示，本装置在快速分析的使用条件下，包括以下步骤：

s1、打开壳体1，将道砟颗粒放入道砟颗粒放置区，开启照明底座33；

s2、移动道砟颗粒至成像装置3中显示道砟颗粒的3个视角轮廓；

s3、调节垂向调节装置和纵向调节装置23至显示效果清晰；

s4、数据采集装置41拍摄道砟颗粒在双面镜组31内的二维图像，获得一张道砟颗粒在同一时刻多角度的成像；

s5、根据二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取二维图像中道砟颗粒各个角度的二维廓形边界图像；

s6、根据预设角度采样点以及道砟颗粒的预设三维廓形边界半径，构建用于描述道砟颗粒的三维廓形表面点的坐标系；

s7、根据坐标系中任意一个点在多个旋转角度下投射到二维平面上的二维投影点与二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定道砟颗粒的三维廓形边界半径；

s8、根据每一个预设角度采样点对应的经纬度以及与每一组经纬度匹配的三维廓形边界半径，确定道砟颗粒的三维廓形；

s9、根据道砟颗粒的三维廓形提取针状系数ai和片状系数ci；

s10、根据第一劣度公式得到第一劣化系数，第一劣度公式为：

a1*ai+b1*ci＝db1，a1+b1＝1，

其中a1为第一针状系数权重、b1为第一片状系数权重，db1为第一劣化系数，

若db1≤α或db1≥δ则输出第一劣化系数db1至步骤s13，作为最终劣化系数db，若不是则进行步骤s11；

s11、根据道砟颗粒的三维廓形提取棱角系数ni和球形度si；

s12、根据第二劣度公式得到第二劣化系数，第二劣度公式为：

a2*ai+b2*ci+c*ni+d*si＝db2，a2+b2+c+d＝1，

其中c为棱角系数权重，d为球形度权重，db2为第二劣化系数，将第二劣化系数db2输送出步骤s13，作为最终劣化系数db；

s13、输出最终劣化系数db；

s14、根据劣度系数对道砟颗粒劣化程度进行分析；

s15、导出所述劣化度作为指导清筛的指标。

实施例2

如图6所示，在实施例1的基础上，本装置在精确分析的使用条件下，包括以下步骤：

s1、打开壳体1，将道砟颗粒放入道砟颗粒放置区，开启照明底座33；

s2、移动道砟颗粒至成像装置3中显示道砟颗粒的5个视角轮廓；

s3、调节垂向调节装置和纵向调节装置23至显示效果清晰；

s4、数据采集装置41拍摄道砟颗粒在双面镜组31内的二维图像，获得一张道砟颗粒在同一时刻多角度的成像；

s5、根据二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取二维图像中道砟颗粒各个角度的二维廓形边界图像；

s6、根据预设角度采样点以及道砟颗粒的预设三维廓形边界半径，构建用于描述道砟颗粒的三维廓形表面点的坐标系；

s7、根据坐标系中任意一个点在多个旋转角度下投射到二维平面上的二维投影点与二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定道砟颗粒的三维廓形边界半径；

s8、根据每一个预设角度采样点对应的经纬度以及与每一组经纬度匹配的三维廓形边界半径，确定道砟颗粒的三维廓形；

s9、根据道砟颗粒的三维廓形提取针状系数ai和片状系数ci；

s10、根据第一劣度公式得到第一劣化系数，第一劣度公式为：

a1*ai+b1*ci＝db1，a1+b1＝1，

其中a1为第一针状系数权重、b1为第一片状系数权重，db1为第一劣化系数，

若db1≤α或db1≥δ则输出第一劣化系数db1，若不是则将第一劣化系数db1赋值为0，输出第一劣化系数db1；

s11、根据道砟颗粒的三维廓形提取棱角系数ni和球形度si；

s12、根据第二劣度公式得到第二劣化系数，第二劣度公式为：

a2*ai+b2*ci+c*ni+d*si＝db2，a2+b2+c+d＝1，

其中c为棱角系数权重，d为球形度权重，db2为第二劣化系数，输出第二劣化系数db2；

s13、比较第一劣化系数db1和第二劣化系数db2，取大值作为最终劣化系数db；

s14、当劣化系数大于等于0小于等于α时，导出道砟颗粒劣化度为优良的结果；当劣化系数大于α小于等于β时，导出道砟颗粒劣化度为轻度劣化的结果；当劣化系数大于β小于等于δ时，导出道砟颗粒劣化度为中等劣化；当劣化系数大于δ小于等于1时，导出道砟颗粒劣化度为严重劣化；

s15、导出所述劣化度作为指导清筛的指标。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。