一種基于圖形比對技術的路軌位移監測裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種基于圖形比對技術的路軌位移監測裝置，用于在線測量鐵路鋼軌因應力變化導致的鋼軌縱向水平位移情況。該裝置由數字式圖像傳感器（1）、帶有高速串行輸出接口的嵌入式計算機采集處理板（2）、帶有外接直流供電和RS485串行接口電纜插座的堅固防水金屬外殼（3）、與路基混凝土牢牢連接的固定基座（4）、帶有RS485接口和GPRS無線通信網絡功能的監測站（5）和監測中心服務器(6)組成。本實用新型專利技術采用數字圖像處理技術，非接觸式測量，數據無線上傳，并入路網安全管理系統之中，安裝使用十分方便。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種基于圖形比對技術的路軌位移監測裝置，用于在線測量鐵路鋼軌因應力變化導致的鋼軌縱向水平位移情況，并通過無線通信網絡與上級監測中心服務器聯網。屬于鐵路安全監測與智能信息處理

技術介紹
現代的鐵路對路基、枕木和路軌的要求都很高。為了減小輪軌力對鋼軌的沖擊，利于列車高速運行，大量采用無縫線路消滅了鋼軌接頭軌縫。而無縫線路受溫度、沉降以及應力等因素的影響，會導致路軌與路基之間的相對位移，特別是在無縫線路中，鋼軌不能自由伸縮，軌溫變化產生的溫度力將使鋼軌沿鐵軌方向縱向水平位移，而過大的溫度力和位移將使鋼軌發生臌曲甚至斷裂，導致線路失穩而危害行車安全。傳統的人工量具測量方式在鐵路上沿用多年，不僅費時費力工作量大，不可避免的存在人為誤差，而且占用路軌時間過長，不利縮短車輛行駛間隔，影響運輸效率，已經不能滿足高速鐵路測量維護工作的需要。對于軌道的振動位移和縱向位移測量，相關的道路與交通工程單位、科研院校都有相應的研究，出現了多種解決方法。對于近年來的監測系統中采用了接觸式位移傳感器和激光位移傳感器檢測位移(CN200720029136.0)等方案來說，前者因環境和震動等因素對傳感器壽命有所影響；而后者成本過高且對環境要求較高，不適合強光、雨雪、沙塵等天氣，難以大量推廣。本技術采用了已經普及應用的數字圖像信息技術，屬于非接觸式測量，結合嵌入式處理器的數字處理技術和通信技術，將鋼軌縱向水平位移的測量數據直接上傳，并入路網安全管理系統之中，使用十分方便
技術實現思路
本技術的主要特征為該裝置由圖像傳感器(I)、帶有高速串行輸出接口的嵌入式計算機采集處理板(2)、帶有外接直流供電和串行接口電纜插座的堅固防水金屬外殼(3 )、與路基混凝土牢牢連接的固定基座(4)、帶有串行接口和無線通信網絡功能的監測站(5)和監測中心服務器(6)組成。如上所述的圖像傳感器(I)和嵌入式計算機采集處理板(2)安放在防水金屬外殼(3)的內部，外殼(3)上的插座通過多芯電纜與監測站(5)的串行總線連接，并且可一起組網，構成多個局部監測點，例如可構成4個局部監測點，采集4條鋼軌位移信息。如上所述的鐵路鋼軌位移監測裝置的防水金屬外殼(3)與鋼軌邊路基埋設的帶有螺桿的混凝土路基上的固定基座(4)連接，還可通過金屬架和定位螺絲調整采集圖像的位置，在進行圖像幾何中心校準后安裝固定在路軌旁邊的固定基座(4)上，作為測量和比較鋼軌位移量的基準。使用如上的路軌位移檢測裝置監測路軌縱向水平位移的方法，其特征在于，檢測的步驟如下1、鐵路鋼軌位移監測裝置的監測站(5)，通過串口控制監測部位的上行、下行4條鋼軌的4個圖像采集點。(3a) (3b) (3c) (3d)，控制圖像傳感器(I)實時采集路基上鋼軌腰部的標記圖形。2、嵌入式計算機采集處理板(2)對圖像傳感器(I)采集的有標記圖形的圖像進行預處理后，與校準的基準圖形或歷史數據庫圖像進行比對，計算出圖像標記的錯動量，進而計算出此監測站點鋼軌的位移狀況。3、經無線傳輸網絡將監測點地址和位移數據上傳到監測中心服務器(6)。4、中心服務器通過預先設置的位移合理范圍對上傳的位移數據進行比對，監測各點位移是否超限，若超限則進行報警，并調出觀測點的地址信息，反饋至路網安全管理系統，請求其作相應的調度和檢修等工作。通過本技術可克服現有技術存在的問題，對鐵路的路基、枕木和鋼軌相互間的相對縱向水平位移進行實時監測，且位移數據可以實時顯示和存儲，方便測量人員的觀察和提高后續工作的效率，且測量工作進行時基本不受外部環境影響，可提高鐵路系統安全控制能力，安全系數高。附圖說明圖1系統結構框圖圖2四點監測示意圖具體實施方式下面以圖2為本專利技術的一種實施例進行詳細說明。本技術的主要特征為鐵路鋼軌位移監測裝置由圖像傳感器(I)、帶有高速串行輸出接口的嵌入式計算機采集處理板(2 )、帶有外接直流供電和串行接口電纜插座的堅固防水金屬外殼(3)、與路基混凝土牢牢連接的固定基座(4)、帶有串行接口和無線通信網絡功能的監測站(5)和監測中心服務器(6)組成。所述的圖像傳感器(I)和嵌入式計算機采集處理板(2)安放在防水金屬外殼(3)的內部，外殼(3)上的插座通過多芯電纜與監測站(5)的串行總線連接，并且可一起組網，可構成多個局部監測點，例如4個局部監測點，采集4條鋼軌位移信息。如上所述的高速串行輸出接口可采用RS485串行接口。防水金屬外殼(3)可外接DC5V直流供電并帶有RS485串行接口多芯電纜插座。安放金屬外殼(3)中的圖像傳感器(I)可采用數字式CMOS或CCD圖像傳感器，還可安裝輔助照明設備，如閃光燈，以利于光線不足時對圖像效果的影響。安放金屬外殼(3)中的嵌入式計算機采集處理板可采用DSP處理器為核心芯片，與數字式CMOS或CXD圖像傳感器的圖像輸入輸出通道連接，并通過RS485串行接口與金屬外殼(3)的RS485串行接口電纜插座相連。如上所述的防水金屬外殼(3)通過RS485串行接口電纜與帶有RS485接口和采用GPRS無線通信網絡功能的監測站(5)連接。如上所述的帶有RS485接口和采用GPRS無線通信網絡功能的監測站(5)與鋼軌邊路基埋設的帶有螺桿的混凝土路基上的固定基座(4)連接，還可通過金屬架和定位螺絲調整采集圖像的位置，在進行圖像幾何中心校準后安裝固定在路軌旁邊的固定基座(4)上，作為測量和比較鋼軌位移量的基準。使用如上的路軌位移檢測裝置監測路軌縱向水平位移的方法，其特征在于，檢測的步驟如下1、鐵路鋼軌位移監測裝置的監測站(5)，通過串口控制監測部位的上行、下行4條鋼軌的4個圖像采集點。(3a) (3b) (3c) (3d)，根據監測站(5)發出的系統設置的監測周期(如以I秒為一個監測周期)點觸發信號，控制圖像傳感器(1)，實時采集路基、枕木和鋼軌三者腰部上標記圖形，并通過圖像通道傳輸至嵌入式計算機采集處理板(2 )。2、嵌入式計算機采集處理板(2)對圖像傳感器(I)采集的有標記圖形的圖像利用DSP系統將彩色圖像灰度化，并利用預置算法對圖像進行去噪、二值化、邊緣提取、形狀擬合、質心計算等預處理后，與校準的基準圖形的標記質心或歷史數據庫圖像中的標記質心進行比對，計算出圖像間路基、枕木和鋼軌三者腰部上標記的錯動量，進而計算出此監測站點鋼軌縱向水平位移的數據狀況。3、將此位移數據壓縮并按GPRS無線傳輸協議編碼，通過帶GPRS無線傳輸網絡功能監測站(5)將監測點地址和位移數據上傳到監測中心服務器(6)。4、中心服務器通過預先設置的位移合理范圍(如相對位移在±50mm，分辨率O.1毫米內)對上傳的位移數據進行比對，監測各點位移是否超限，若超限則進行報警，并調出觀測點的地址信息，反饋至路網安全管理系統，請求其作相應的調度和檢修等工作。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于圖形比對技術的路軌位移監測裝置，用于在線測量鐵路鋼軌因應力變化導致的鋼軌縱向水平位移情況，并通過無線通信網絡與上級監測中心服務器聯網，其主要特征為：該裝置由數字式CMOS圖像傳感器（1）、帶有高速串行輸出接口的嵌入式計算機采集處理板（2）、帶有外接直流供電和RS485串行接口電纜插座的堅固防水金屬外殼（3）、與路基混凝土牢牢連接的固定基座（4）、帶有RS485接口和GPRS無線通信網絡功能的監測站（5）和監測中心服務器(6)組成，其中所述圖像傳感器（1）和采集處理板（2）安裝于防水金屬外殼（3）中，防水外殼通過固定基座（4）安裝于路基上，防水金屬外殼（3）通過RS485串行接口電纜與帶有RS485接口和采用GPRS無線通信網絡功能的監測站（5）連接，監測站（5）將監測點地址和位移數據上傳到監測中心服務器(6)。

【技術特征摘要】
1.一種基于圖形比對技術的路軌位移監測裝置，用于在線測量鐵路鋼軌因應力變化導致的鋼軌縱向水平位移情況，并通過無線通信網絡與上級監測中心服務器聯網，其主要特征為該裝置由數字式CMOS圖像傳感器(1)、帶有高速串行輸出接口的嵌入式計算機采集處理板(2)、帶有外接直流供電和RS485串行接口電纜插座的堅固防水金屬外殼(3)、與路基混凝土牢牢連接的固定基座(4)、帶有RS485接口和GPRS無線通信網絡功能的監測站(5)和監測中心服務器(6)組成，其中所述圖像傳感器(I)和采集處理板(2)安裝于防水金屬外殼(3)中，防水外殼通過固定基座(4)安裝于路基上，防水金屬外殼(3)通過RS485串行接口電纜與帶有RS485接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王鐵流，蔡衛華，周超，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：實用新型
國別省市：