阅读说明：本技术 一种轨检数据采集装置及方法 (Rail inspection data acquisition device and method ) 是由 刘鹏 李永江 赵齐乐 朱惊雷 李光允 陈小朋 王虹博 曾建勇 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轨检数据采集装置及方法,涉及轨道检测技术领域。轨检数据采集装置包括：里程传感器、轨距传感器、惯导传感器以及控制电路板；控制电路板上设置有控制单元和通信串口；里程传感器和轨距传感器分别用于采集里程数据和轨距数据；惯导传感器用于采集位姿数据和时间信息；里程传感器、轨距传感器和惯导传感器的数据接口分别与控制单元的采集接口通信连接,以分别将各自采集的数据传输至控制单元；控制单元将轨道数据信息与时间信息整合后通过通信串口发送给处理终端,实现了轨道检测结果与时间的同步,使处理终端可以实时获取采集的数据和时间信息,减轻了事后收集、处理、修复定位数据等工作。(The invention discloses a rail inspection data acquisition device and method, and relates to the technical field of rail inspection. The track inspection data acquisition device comprises: the system comprises a mileage sensor, a track gauge sensor, an inertial navigation sensor and a control circuit board; the control circuit board is provided with a control unit and a communication serial port; the mileage sensor and the track gauge sensor are respectively used for acquiring mileage data and track gauge data; the inertial navigation sensor is used for acquiring pose data and time information; data interfaces of the mileage sensor, the track gauge sensor and the inertial navigation sensor are respectively in communication connection with an acquisition interface of the control unit so as to respectively transmit the acquired data to the control unit; the control unit integrates the track data information and the time information and then sends the track data information and the time information to the processing terminal through the communication serial port, so that the synchronization of the track detection result and the time is realized, the processing terminal can acquire the acquired data and the time information in real time, and the work of collecting, processing, repairing and positioning data and the like after the work is reduced.)

一种轨检数据采集装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道检测技术领域，具体而言，涉及一种轨检数据采集装置及方法。

背景技术

近年来，随着我国轨道交通行业高速发展，运行线路的里程增长迅速且日益繁忙，列车运行的安全性和舒适性变得愈来愈重要。轨道不平顺严重影响了列车高速、平稳运行，甚至危及行车安全。检查轨道状态、指导维护、保障行车安全的维护检测任务日趋繁重。

现有技术中的轨道采集设备可以采集轨枕、里程、轨距、惯导等信息，但是无法现场实时观测、输出数据。技术人员无法即时获取采集的数据信息进行分析，需要在信息采集完成后，使用U盘将数据信息从轨道采集设备中导出。导出的数据信息无法与采集时间和采集位置相对应，因此，技术人员还需要对采集到的数据信息进行处理、修复，重新定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨检数据采集装置及方法，以解决现有技术中，轨道采集设备的数据无法即时输出且与时间不对应的技术问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种轨检数据采集装置，包括：里程传感器、轨距传感器、惯导传感器以及控制电路板；控制电路板上设置有控制单元和通信串口；

里程传感器和轨距传感器分别用于采集里程数据和轨距数据；惯导传感器用于采集位姿数据和时间信息；里程传感器、轨距传感器和惯导传感器的数据接口分别与控制单元的采集接口通信连接，以分别将各自采集的数据传输至控制单元；

控制单元通过通信串口与处理终端通信连接，用以将里程数据、轨距数据、位姿数据以及时间信息传输至处理终端。

可选地，轨检数据采集装置，还包括：激光传感器；

激光传感器用于采集轨道轮廓数据；激光传感器的数据接口还与控制单元的采集接口通信连接，以将轨道轮廓数据传输至控制单元，使得控制单元将轨道轮廓数据传输至处理终端。

可选地，激光传感器的控制接口还与控制单元的控制接口通信连接，以使得控制单元控制激光传感器根据时间信息进行数据采集。

可选地，激光传感器的控制接口通过外部触发电路与控制电路板的控制接口通信连接。

可选地，控制电路板上还设置有第一降压电路、第二降压电路；

第一降压电路的输入端用于连接供电电源，用以对供电电源的电压进行第一降压处理；第一降压电路的输出端连接第二降压电路的输入端，以将第一降压处理得到的第一电压进行第二降压处理；第二降压电路的输出端连接控制单元的供电端，以采用第二降压处理后的第二电压为控制单元供电。

可选地，第二降压电路的输出端还分别连接轨距传感器、惯导传感器、激光传感器，以及通信串口的供电端，以采用第二电压为轨距传感器、惯导传感器、激光传感器，以及通信串口供电。

可选地，控制电路板上还设置有：升压电路，升压电路的输入端连接第二降压电路的输出端，以将第二电压进行升压处理；升压电路的输出端连接里程传感器的供电端，以采用升压处理后的第三电压为里程传感器供电。

可选地，控制电路板上还设置有：三组第一隔离单元、第二隔离单元，每组第一隔离单元包括采集隔离电路和供电隔离电路；第二隔离单元包括：数据隔离电路和供电隔离电路；

控制单元的采集接口通过三组第一隔离单元中的采集隔离电路分别与轨距传感器、惯导传感器和激光传感器的数据接口通信连接；第二降压电路的输出端通过三组第一隔离单元中的供电隔离电路分别与轨距传感器、惯导传感器和激光传感器的供电端连接；

控制单元的输出接口通过第二隔离单元的数据隔离电路与通信串口的数据端通信连接，第二降压电路的输出端通过第二隔离单元的供电隔离电路与通信串口的供电端连接。

可选地，控制电路板上还设置有：第三隔离单元；第三隔离单元包括：采集隔离电路和供电隔离电路；

控制单元的采集接口通过第三隔离单元中的采集隔离电路连接里程传感器的数据接口通信连接；

升压电路的输出端通过第三隔离单元中的供电隔离电路连接里程传感器的供电端。

本发明实施例的另一方面，提供一种轨检数据采集方法，方法应用于上述任一的轨检数据采集装置中的控制单元，方法包括：

获取里程传感器采集的里程数据、轨距传感器采集的轨距数据、惯导传感器采集的位姿数据和时间信息；

将里程数据、轨距数据、位姿数据以及时间信息通过通信串口传输至处理终端。

本发明的有益效果是：

本申请实施例提供一种轨检数据采集装置及方法，装置包括：里程传感器、轨距传感器、惯导传感器以及控制电路板；控制电路板上设置有控制单元和通信串口；里程传感器和轨距传感器分别用于采集里程数据和轨距数据；惯导传感器用于采集位姿数据和时间信息；里程传感器、轨距传感器和惯导传感器的数据接口分别与控制单元的采集接口通信连接，以分别将各自采集的数据传输至控制单元；控制单元通过通信串口与处理终端通信连接，用以将里程数据、轨距数据、位姿数据以及时间信息传输至处理终端。上述轨检数据采集装置整合了里程传感器、轨距传感器和惯导传感器，控制单元在接收到上述传感器采集的数据和时间信息后，将采集的数据与时间对应并通过通信串口即时发送至处理终端，解决了对多数据实时采集时间不准确的技术问题，使处理终端可以实时获取采集的数据和时间信息，同时，大大减轻了事后收集、处理、修复定位数据等工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的轨检数据采集装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的轨检数据采集装置的结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的轨检数据采集装置的结构示意图之三；

图4为本发明实施例提供的轨检数据采集装置的结构示意图之四；

图5为本发明实施例提供的轨检数据采集方法的流程图。

图标：100-轨检数据采集装置；101-里程传感器；102-轨距传感器；103-惯导传感器；104-激光传感器；105-控制电路板；1051-控制单元；1052-第一降压电路；1053-第二降压电路；1054-升压电路；1055-第一隔离单元；1056-第二隔离单元；1057-第三隔离单元；1058-通信串口；200-处理终端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的轨检数据采集装置100的结构示意图之一；如图1所示，轨检数据采集装置100包括：里程传感器101、轨距传感器102、惯导传感器103以及控制电路板105；控制电路板105上设置有控制单元1051和通信串口1058；里程传感器101和轨距传感器102分别用于采集里程数据和轨距数据；惯导传感器103用于采集位姿数据和时间信息；里程传感器101、轨距传感器102和惯导传感器103的数据接口分别与控制单元1051的采集接口通信连接，以分别将各自采集的数据传输至控制单元1051；控制单元1051通过通信串口1058与处理终端200通信连接，用以将里程数据、轨距数据、位姿数据打上时间戳后通过通信串口1058按照预设频率传输至处理终端200。

在本实施例中，可选的，里程传感器101为霍尔传感器，安装于轨道检测车车轮上，通过对里程传感器101供电，采集里程传感器101发出的高频脉冲信号，可以精准判断轨道检测车的方向和车轮滚动里程，在非打滑的情况下，误差可以保持在0.2％内。轨距传感器102为滑动变阻器，滑动变阻器可以将位移里程转变为电阻变化，通过对滑动变阻器供电，并采集滑动变阻器的电压变化，即可测量轨距变化信息。惯导传感器103包括加速度计、陀螺仪、倾角计和定位传感器，通过设置在轨道检测车上的定位设备和加速度计、陀螺仪、倾角计、里程传感器101、轨距传感器102同时采集待检轨道的信息，并发送给控制单元1051，控制单元1051将待检轨道的信息打上时间戳后发送给处理终端200，处理终端200将采集的信息进行多源信息融合，获取待检轨道高精度、高稳定性的位置、速度和姿态信息，从而更准确的评估轨道的几何状态。

可选的，处理终端200可以为具有数据分析功能的电脑、手机等装置，处理终端200对采集的与时间同步的轨道数据进行分析，使处理终端200可以实时展示待检轨道的健康情况。处理终端200还可以通过建立待检轨道不平顺和组合导航误差模型，并通过卡尔曼滤波进行测量值的最优估计，在保证亚毫米级相对测量精度的同时，极大地提高了对待检轨检进行检测的效率，缩短作业时间，并有效提高了轨道检测车的检测效率。

可选的，控制单元1051可以为MCU(Microcontroller Unit)，即微控制单元。控制单元1051还可以为嵌入式STM32，利用嵌入式STM32高速响应的优势，控制单元1051控制各传感器以μs级响应进行数据采集，控制单元1051同步收集相关数据并发送至处理终端200。

综上所述，本申请实施例提供一种轨检数据采集装置100，该装置包括：里程传感器101、轨距传感器102、惯导传感器103以及控制电路板105；控制电路板105上设置有控制单元1051和通信串口1058；里程传感器101和轨距传感器102分别用于采集里程数据和轨距数据；惯导传感器103用于采集位姿数据和时间信息；里程传感器101、轨距传感器102、惯导传感器103的数据接口分别与控制单元1051的采集接口通信连接，以分别将各自采集的数据传输至控制单元1051；控制单元1051通过通信串口1058与处理终端200通信连接，用以将里程数据、轨距数据、位姿数据以及时间信息传输至处理终端200。上述轨检数据采集装置100整合了里程传感器101、轨距传感器102和惯导传感器103，控制单元1051在接收到上述传感器采集的数据和时间信息后，通过通信串口1058即时发送至处理终端200，使处理终端200可以即时获取采集的数据和时间信息，解决了对多数据实时采集时间不准确的技术问题，同时，大大减轻了事后收集、处理、修复定位数据等工作。

可选的，在上述图1的基础上，本发明实施例还提供一种轨检数据采集装置100的可选实施方式。图2为本发明实施例提供的轨检数据采集装置100的结构示意图之二；如图2所示，轨检数据采集装置100还包括：激光传感器104；激光传感器104用于采集轨道轮廓数据；通过对待检轨道进行拍照，即可获取轨道轮廓数据，无需与待测轨道直接接触；激光传感器104的数据接口还与控制单元1051的采集接口通信连接，以将轨道轮廓数据传输至控制单元1051，使得控制单元1051将轨道轮廓数据传输至处理终端200。

在本实施例中，例如，激光传感器104可以是两个二维激光传感器104，两个二维激光传感器104分别朝向待检测轨道的两侧，发出连续的激光，连续的扫描出待检测轨道两侧的轨道轮廓数据，更全面的获取待检测轨道两条轨道的信息。

数据采集要求高精度的同步，即在同一时间点，采集各类数据，以此进行数据的分析计算。在上述任一技术方案中，可选的，激光传感器104的控制接口还与控制单元1051的控制接口通信连接，控制单元1051控制激光传感器104与里程传感器101、轨距传感器102和惯导传感器103在相同的位置和时间处对待测轨道进行拍照，采集待测轨道的轮廓数据，并确保激光传感器104在同一时刻采集两侧轨道的轮廓信息，解决了现有技术中的轨检设备无法同步激光传感器104的技术问题。

在上述任一技术方案中，可选的，激光传感器104的控制接口通过外部触发电路与控制电路板105的控制接口通信连接。外部触发电路用于按照预设频率向激光传感器104提供控制极电流使其导通。

可选的，在上述图2的基础上，本发明实施例还提供一种轨检数据采集装置100的可选实施方式。图3为本发明实施例提供的轨检数据采集装置100的结构示意图之三；如图3所示，由于轨距传感器102、惯导传感器103、激光传感器104以及处理终端200的工作电压较低，无法直接使用供电电源提供的电压，因此，在上述任一技术方案中，可选的，控制电路板105上还设置有第一降压电路1052、第二降压电路1053；第一降压电路1052和第二降压电路1053用于对供电电源提供的电压逐级降压。

第一降压电路1052的输入端用于连接供电电源，用以对供电电源的电压进行第一降压处理；第一降压电路1052的输出端连接第二降压电路1053的输入端，以将第一降压处理得到的第一电压进行第二降压处理；第二降压电路1053的输出端连接控制单元1051的供电端，以采用第二降压处理后的第二电压为控制单元1051供电。

第一降压电路1052对供电电源提供的电压进行第一降压处理后得到第一电压，然后将第一电压输送给第二降压电路1053，第二降压电路1053对第一电压进行第二降压处理后得到满足待供电装置所需供电电压的第二电压，然后采用第二电压对各待供电装置供电。

在上述任一技术方案中，可选的，第二降压电路1053的输出端还分别连接轨距传感器102、惯导传感器103、激光传感器104，以及通信串口1058的供电端，以采用第二电压为轨距传感器102、惯导传感器103、激光传感器104，以及通信串口1058供电。

在本实施例中，可选的，供电电源为控制电路板105提供7v～55v的电压，第一降压电路1052对该电压进行降压处理后得到5v的电压，将5v的电压输送给第二降压电路1053，第二降压电路1053对5v的电压再次进行降压处理后得到3.3v的电压，用于对控制单元1051、轨距传感器102、惯导传感器103、激光传感器104，以及通信串口1058供电。

另外，由于里程传感器101所需供电电压可高于其他传感器的供电电压，因此，在上述任一技术方案中，可选的，控制电路板105上还设置有：升压电路1054，升压电路1054用于将第二降压电路1053输出的第二电压升压至待供电装置所需的供电电压。

升压电路1054的输入端连接第二降压电路1053的输出端，以将第二电压进行升压处理；升压电路1054的输出端连接里程传感器101的供电端，以采用升压处理后的第三电压为里程传感器101供电。

在本实施例中，可选的，升压电路1054将经过两次降压处理后为3.3v的电压重新升压至12v后为里程传感器101供电。

可选的，在上述图3的基础上，本发明实施例还提供一种轨检数据采集装置100的可选实施方式。图4为本发明实施例提供的轨检数据采集装置100的结构示意图之四；如图4所示，控制电路板105上还设置有：三组第一隔离单元1055、第二隔离单元1056，每组第一隔离单元1055包括采集隔离电路和供电隔离电路；第二隔离单元1056包括：数据隔离电路和供电隔离电路。

控制单元1051的采集接口通过三组第一隔离单元1055中的采集隔离电路分别与轨距传感器102、惯导传感器103和激光传感器104的数据接口通信连接；通过采集隔离电路，实现了对测量现场各种噪声信号的隔离，保证了采集到的轨距数据、位姿数据、轮廓数据的准确性。

第二降压电路1053的输出端通过三组第一隔离单元1055中的供电隔离电路分别与轨距传感器102、惯导传感器103和激光传感器104的供电端连接；供电隔离电路保证了控制电路板105的安全性，且通过切断接地回路，使轨距传感器102、惯导传感器103、和激光传感器104免受瞬态高电压冲击，保证了轨检数据采集装置100的可靠运行。

控制单元1051的输出接口通过第二隔离单元1056的数据隔离电路与通信串口1058的数据端通信连接，第二降压电路1053的输出端通过第二隔离单元1056的供电隔离电路与通信串口1058的供电端连接。数据隔离电路实现了轨距数据、位姿数据、轮廓数据之间的隔离，防止轨距数据、位姿数据、轮廓数据相互干扰，保证了处理终端200获取的轨距数据、位姿数据、轮廓数据的准确性。

在上述任一技术方案中，可选的，控制电路板105上还设置有：第三隔离单元1057；第三隔离单元1057包括：采集隔离电路和供电隔离电路；控制单元1051的采集接口通过第三隔离单元1057中的采集隔离电路连接里程传感器101的数据接口通信连接；通过采集隔离电路，实现了对测量现场各种噪声信号的隔离，保证了采集到的里程数据的准确性。

升压电路1054的输出端通过第三隔离单元1057中的供电隔离电路连接里程传感器101的供电端。供电隔离电路保证了控制电路板105的安全性，且通过切断接地回路，使里程传感器101免受瞬态高电压冲击，保证了轨检数据采集装置100的可靠运行。

图5为本发明实施例提供的轨检数据采集方法的流程图；如图5所示，本实施例还提供一种轨检数据采集方法，方法应用于上述任一的轨检数据采集装置100中的控制单元1051，方法包括：

S100：获取里程传感器101采集的里程数据、轨距传感器102采集的轨距数据、惯导传感器103采集的位姿数据和时间信息；

S200：将里程数据、轨距数据、位姿数据以及时间信息通过通信串口传输至处理终端200。

采用上述方法，能够将采集到的里程数据、轨距数据、位姿数据与时间信息对应后即时发送给处理终端200，解决了对多数据实时采集时间不准确的技术问题，同时，也减轻了事后收集、处理、修复定位数据等工作。

在本实施例中，可选的，通信串口可以为232通信串口，通过232通信串口将里程数据、轨距数据、位姿数据以及时间信息即时传输至处理终端200。

在本实施例中，可选的，处理终端200在接收到与时间相对应的里程数据、轨距数据、位姿数据后对其进行分析，实时展示待检轨道的相关情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。