阅读说明：本技术 一种基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置及其工作方法 (Vehicle-mounted steel rail disease monitoring device based on visual analysis and working method thereof ) 是由 周运来 毕纪元 于 2021-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置及其工作方法,属于轨道交通钢轨病害健康监测技术领域。包括数据处理及分析模块、里程定位装置、高速相机和补光灯；高速相机和补光灯设置在钢轨上方并通过悬挂装置与行进中列车的车体连接；里程定位装置、高速相机和补光灯分别与数据处理及分析模块连接。本发明基于视觉分析的原理,用高速相机代替人眼,大大提高了检测效率；同时,该装置可以设置在列车车体的下方,不需要专门的大型专业检测车,可以随列车的行进及时的发现问题并进行后续处理,不会影响正常的列车运行,实现运检一体,提高了轨道交通的安全性和稳定性,具有良好的应用前景。(The invention discloses a vehicle-mounted steel rail disease monitoring device based on visual analysis and a working method thereof, and belongs to the technical field of rail traffic steel rail disease health monitoring. The system comprises a data processing and analyzing module, a mileage positioning device, a high-speed camera and a light supplementing lamp; the high-speed camera and the light supplement lamp are arranged above the steel rail and are connected with a train body of a running train through a suspension device; the mileage positioning device, the high-speed camera and the light supplementing lamp are respectively connected with the data processing and analyzing module. Based on the principle of visual analysis, the invention uses a high-speed camera to replace human eyes, thereby greatly improving the detection efficiency; meanwhile, the device can be arranged below the train body, a special large-scale professional detection vehicle is not needed, problems can be found timely along with the advancing of the train and can be subjected to subsequent processing, normal train operation cannot be influenced, the operation and detection are integrated, the safety and the stability of rail transit are improved, and the device has a good application prospect.)

一种基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置及其工作方法

技术领域

本发明属于轨道交通钢轨病害健康监测

技术领域

，具体涉及一种基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置及其工作方法。

背景技术

轨道交通经过长期的运营，钢轨病害问题日益凸显出来，轨头剥离是当今重载铁路运输中常出现的一种钢轨损伤，主要发生在轨头内侧圆角处，发生的主要原因是由于轨头内侧圆角处的轮轨接触应力较大，钢轨表面下几毫米处的剪应力使得钢轨产生剪切疲劳，产生裂纹后，钢轨表面掉块，轨面出现凹坑，进一步加剧轮轨表面不平顺，产生更为严重的高频振动与噪声问题。

目前，对于轨道的运营状况监测主要分为大型专业检测车的周期性检测、小型设备检测与人工检测；大型专业检测车的周期性检测对于轨道病害不能及时发现；小型检测设备灵活性好，但针对日益加剧的检测任务，检测效率相对较低；人工检测主要凭肉眼观察及经验进行病害检测，检测效率极低，检测质量因人而异。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置及其工作方法，能够实现对钢轨病害的准确定位和高效识别，提高轨道交通的安全性和稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置，包括数据处理及分析模块、里程定位装置、高速相机和补光灯；高速相机和补光灯设置在钢轨上方并通过悬挂装置与行进中列车的车体连接；里程定位装置、高速相机和补光灯分别与数据处理及分析模块连接。

优选地，高速相机包括顶部高速相机和内侧高速相机，补光灯包括顶部补光灯和内侧补光灯；顶部高速相机和顶部补光灯正对钢轨顶部，内侧高速相机和内侧补光灯正对钢轨顶部内侧。

进一步优选地，顶部高速相机通过球铰与悬挂装置连接，顶部补光灯与顶部高速相机固定连接；内侧高速相机通过球铰与悬挂装置连接，内侧补光灯与内侧高速相机固定连接。

优选地，补光灯为摄影补光灯。

优选地，悬挂装置固定在车体后侧转向架的前端。

进一步优选地，悬挂装置与后侧转向架可拆卸地连接。

优选地，数据处理及分析模块连接有数据存储模块和通讯模块，通讯模块与上位机连接。

优选地，高速相机外部设有球形防护罩。

本发明公开的上述基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置的工作方法，包括：

基于钢轨病害的数据，数据处理及分析模块设置报警阈值；车体行进过程中，补光灯对高速相机进行补光，高速相机采集钢轨的图像数据发送至数据处理及分析模块，数据处理及分析模块对采集到的图像数据进行处理及分析，与里程定位装置采集到的定位数据进行匹配；对于超出报警阈值的数据信息进行报警。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置，基于视觉分析的原理，用高速相机代替人眼，大大提高了检测效率；同时，该装置可以设置在列车车体的下方，不需要专门的大型专业检测车，可以随列车的行进及时的发现问题并进行后续处理，不会影响正常的列车运行，实现运检一体。高速相机采集到的图像数据，经数据处理及分析模块处理及分析后，与里程定位装置采集到的定位数据进行匹配，能够高效识别钢轨病害并准确定位，提高了轨道交通的安全性和稳定性。

进一步地，通过顶部高速相机和内侧高速相机结合的方式，可以同时对钢轨上表面包含光带范围和轨头内侧圆角处的钢轨表面进行图像采集，提高了监测范围。

更进一步地，顶部高速相机和内侧高速相机分别通过球铰与悬挂装置连接，便于调整角度；顶部补光灯和内侧补光灯分别与顶部高速相机和内侧高速相机固定连接，保证其之间的匹配度。

进一步地，补光灯为摄影补光灯，避免白天检测时不同色光交叉致使图像信息失真。

进一步地，悬挂装置固定在车体后侧转向架的前端，可更好对钢轨进行图像采取。

更进一步地，悬挂装置与车体底部的转向架可拆卸地连接，便于安装拆卸及调整位置。

进一步地，数据处理及分析模块连接有数据存储模块和通讯模块，能够将数据进行存储，便于后续对历史数据进行分析研究；并能够将数据信息通过通讯模块及时传递给上位机，保证监测的及时性。

进一步地，能够防水防尘，保护高速相机不受管道内残留介质等侵害；同时能够防止反光影响图像数据的采集。

本发明公开的上述基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置的工作方法，基于大数据的机器学习方法，可以对钢轨病害进行准确定位，高效识别，不依赖操作者的技能水平和经验，具有良好地应用前景。

附图说明

图1为本发明的整体结构纵向示意图；

图2为本发明的整体结构横向示意图；

图3为本发明的工作状态监测原理示意图。

图中：1为数据处理及分析模块，2为里程定位装置，3为高速相机，31为顶部高速相机，32为内侧高速相机，4为补光灯，41为顶部补光灯，42为内侧补光灯，5为悬挂装置，6为车体，7为转向架，8为钢轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1和图2，为本发明的基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置，包括数据处理及分析模块1、里程定位装置2、高速相机3和补光灯4；高速相机3和补光灯4设置在钢轨8上方并通过悬挂装置5与正常运行的列车的车体6连接，具体地，悬挂装置5采用不锈钢材料焊接而成，固定在车体6后侧转向架7行进方向的前端。数据处理及分析模块1和里程定位装置2设置在车体6的车厢内；里程定位装置2、高速相机3和补光灯4分别与数据处理及分析模块1连接。

在本发明的一个较优的实施例中，高速相机3包括顶部高速相机31和内侧高速相机32，补光灯4包括顶部补光灯41和内侧补光灯42；顶部高速相机31和顶部补光灯41正对钢轨8顶部，内侧高速相机32和内侧补光灯42正对钢轨8顶部内侧。上述设备总共两组，分别对称地设在两条钢轨8上方。

在本发明的一个较优的实施例中，高速相机3外部设有球形防护罩。

在本发明的一个较优的实施例中，顶部高速相机31通过球铰与悬挂装置5连接，顶部补光灯41与顶部高速相机31固定连接；内侧高速相机32通过球铰与悬挂装置5连接，内侧补光灯42与内侧高速相机32固定连接。

在本发明的一个较优的实施例中，补光灯4为摄影补光灯。

在本发明的一个较优的实施例中，悬挂装置5与车体6底部的转向架7可拆卸地连接。如通过螺栓、卡扣或者电磁铁，均能够实现与车体6底部的转向架7便捷且可靠的连接。

在本发明的一个较优的实施例中，数据处理及分析模块1连接有数据存储模块和通讯模块，通讯模块与轨道交通控制中心的上位机连接。数据存储模块能够将数据进行存储，便于后续对历史数据进行分析研究；通讯模块能够将数据信息通过通讯模块及时传递给上位机，保证监测的及时性。

如图3，上述基于视觉分析的车载钢轨病害监测装置的工作方法：

基于钢轨病害的大数据，利用机器学习建立评价模型，对大量钢轨病害图像预处理并且加以分类，然后提取图像的像素级信息对数据处理及分析模块1进行训练与学习，并设定报警阈值；

车体6行进过程中，补光灯4对高速相机3进行补光，高速相机3采集钢轨8的图像数据发送至数据处理及分析模块1，顶部高速相机31和内侧高速相机32分别对钢轨8上表面包含光带范围和轨头内侧圆角处的钢轨8表面进行图像采集。数据处理及分析模块1对采集到的图像数据进行处理及分析，与里程定位装置2采集到的定位数据进行快速匹配；对于超出设定的报警阈值的数据信息进行报警，快速确定钢轨8病害的种类及位置信息，从而达到钢轨8病害的动态检测目的，实现运检一体。

以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。