具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要说明的是，本发明的实施例中，基准靶标4安装在相对路基或桥梁不动的固定基准物2上，作为参考基准。

需要说明的是，本发明的实施例中，目标靶标3安装在待测钢轨1上，通过监测目标靶标3相对于基准靶标4的位置，可以监测待测钢轨1的纵向位移。

需要说明的是，将图像获取设备5和基准靶标4分别设置在待测钢轨1的两侧，上述设置对于有砟轨道而言，存在很大的不便，基准靶标4需要安装在相对大地固定不动的基准物体上，而有砟轨道很少有该满足要求的物体，需要人工建造。因此，本发明的实施例提供了一种钢轨纵向位移监测装置，上述钢轨纵向位移监测装置能够将图像获取设备5和基准靶标4设置在待测钢轨1的同一侧，并且将目标靶标3和基准靶标4分别设置在图像获取设备5的不同侧，以使基准靶标4可以沿待测钢轨1延伸的方向布置，从而可以使基准靶标4布置在待测钢轨1的一侧的接触网电杆上。

如图1和图2所示，本发明的实施例提供了一种钢轨纵向位移监测装置。钢轨纵向位移监测装置包括目标靶标3、基准靶标4、图像获取设备5和光路折转系统。其中，目标靶标3具有能够反射光线的目标反射面；基准靶标4具有能够反射光线的基准反射面；光路折转系统，包括光路折转构件70和透射构件60，基于反射原理，经目标反射面反射出的第一光线31经光路折转构件70反射折转后，垂直入射至成像面形成第一图像；基于透射原理，经基准反射面反射出的第二光线41经透射构件60透射后垂直入射至图像获取设备5的成像面，形成第二图像；图像获取设备5还用于获取第一图像和第二图像，基准靶标4、光路折转系统和图像获取设备5均位于目标靶标3的同一侧；位移监测部50与图像获取设备5连接，位移监测部50位于图像获取设备5的一侧，位移监测部50根据第一图像和第二图像的相对位置对待测钢轨1的位移进行监测。

上述技术方案中，通过设置光路折转构件70和透射构件60，这样，目标靶标3所反射的第一光线31可以经过光路折转构件70反射折转后垂直射入图像获取设备5的成像面，以形成第一图像(目标靶标的像)，基准靶标4所反射的第二光线41可以直接通过透射构件60透射后垂直射入图像获取设备5的成像面，以形成第二图像(基准靶标的像)，从而使图像获取设备5可以获取不同视场的图像，即图像获取设备5可以同时获取目标靶标3的像和基准靶标4的像，这样，位移监测部50可以监测第一图像和第二图像的相对位置来监测待测钢轨1的纵向位移；这样，在能够实现监测钢轨纵向位移的情况下，基准靶标4和图像获取设备5均位于目标靶标3的同一侧，即基准靶标4和图像获取设备5位于线路的同一侧，从而可以方便检修人员对线路进行养护维修。

进一步地，目标靶标3和基准靶标4可以位于图像获取设备5的不同侧，这样，目标靶标3可以设置在待测钢轨1上，基准靶标4可以安装在沿待测钢轨1的延伸方向布置的接触网电杆上，从而有效解决了基准靶标4的不方便固定的难题，并且根据现场情况可大范围调整基准靶标4的位置，减小了线路两侧的占用空间。

具体地，本发明的实施例中，光路折转系统可以将图像获取设备5监测的目标视场与基准视场叠加，即可以使目标靶标和基准靶标出现在同一视场，以使图像获取设备5可以获取不同视场的图像，即图像获取设备5可以对叠加视场中的目标靶标3和基准靶标4同时监测，从而同时获取目标靶标3和基准靶标4的成像。

具体地，本发明的实施例中，目标靶标3可根据需要制作成具有标记的铭牌，固定在待测钢轨1的轨腰或轨底上表面，或者在钢轨的轨腰涂画标记作为目标靶标3。

具体地，本发明的实施例中，固定基准物2可以为接触网电杆，或者其他固定不动的物体，也可以根据要求后期设置为固定不动的物体。

如图3所示，本发明的实施例中，光路折转构件70包括第一棱镜71，第一棱镜71具有呈夹角设置的第一反射面72和第二反射面73，第一光线31垂直入射至第一棱镜71，并依次经第一反射面72和第二反射面73反射后入射至成像面，沿第二光线41的光路方向，透射构件60和第一棱镜71依次布置。

通过上述设置，第一棱镜71可以改变第一光线31的路径，在图3中沿水平方向进入第一棱镜71的第一光线经第一反射面72和第二反射面73反射后可以在图3中沿竖直方向进入到成像面，即使光路经两次反射后实现90°折转，以使图像获取设备5可以监测到位于其镜头所能够监测的视场之外的目标靶标3，从而可以增加图像获取设备5的监测视场，进而使图像获取设备5可以获取第一图像。

优选地，如图3所示，本发明的实施例中，第一反射面72和第二反射面73之间的夹角A满足：A＝45°。

通过上述设置，第一光线31经第一反射面72反射后实现一个角度的折转，然后第一光线31再经第二反射面73反射后再折转另一个角度，这样，第一光线31可以经过两次折转，以改变第一光线31的路径，这样，可以使第一光线31经过90°折转后射入图像获取设备的成像面，即第一光线31的入射路径和第一光线31的出射路径垂直，从而使位于图像获取设备5的视场外的目标靶标3可以在图像获取设备5的成像面成像。

具体地，如图3所示，本发明的实施例中，第一棱镜71的入射面垂直设置于第一棱镜71的出射面74，这样，第一光线31经过两次反射后，可以实现90°转折。这样，可以使图1中的第一光线31与第二光线41垂直，从而可以使基准靶标4沿待测钢轨1延伸的方向布置，以使基准靶标4布置在待测钢轨1的一侧的接触网电杆上。

优选地，如图3所示，本发明的实施例中，夹角A为45°，且第一反射面72和第一棱镜71的出射面74之间的夹角与第二反射面73和第一棱镜71的入射面之间的夹角相等，这样，第一光线31经第一反射面72反射后实现45°的折转，然后第一光线31再经第二反射面73反射后再折转45°，这样，就可以实现第一光线31的90°折转。

如图1和图3所示，本发明的实施例中，透射构件60包括第二棱镜61，第二棱镜61位于基准靶标4和第一棱镜71之间，第二棱镜61的入射面62和第一棱镜71的出射面74相互平行，第二光线41垂直射入入射面62，并经第二棱镜61和第一棱镜71透射后经出射面74射出。

上述技术方案中，第二棱镜61的入射面62和第一棱镜71的出射面74相互平行，这样，可以使垂直射入第二棱镜61的第二光线41能够从第一棱镜71的出射面74垂直射出，从而可以使第二光线41能够垂直射入成像面，以使图像获取设备5能够获取第二图像，这样，图像获取设备5不仅能够获取位于图像获取设备5的一侧的目标靶标3的图像，还能够获取位于图像获取设备5的另一侧的基准靶标4的图像，以使位移监测部50可以通过监测第一图像和第二图像的相对位置来监测待测钢轨1的纵向位移。

如图3所示，本发明的实施例中，第一棱镜71的与第二反射面73对应的外表面设有半透半反膜80，且半透半反膜80位于第二棱镜61和第一棱镜71之间，以使第二光线41能够依次透过第二棱镜61、半透半反膜80和第二反射面73后垂直射入成像面。

上述技术方案中，当第二光线41先垂直射入第二棱镜61，然后再以一定入射角射入第二反射面73时，通过设置半透半反膜80，可以使一部分第二光线41穿过半透半反膜80和第二反射面73进入到第一棱镜71中，并且从第一棱镜71的出射面74垂直射出，直至垂直射入图像获取设备5的成像面，并形成第二图像。

优选地，本发明的实施例中，半透半反膜80为金属层镀膜。

本发明的实施例中，在第二光线41以一定入射角射入第二反射面73时，半透半反膜80可以使一部分第二光线41在第二反射面73上发生反射，并且使另一部分第二光线41穿过第二反射面73并且射入第一棱镜71；进一步地，半透半反膜80也可以保证一部分第一光线31在第二反射面73发生反射，从而可以使第一光线31和第二光线41均可以射入图像获取设备5的成像面。

如图2所示，本发明的实施例中，位移监测部50包括图像分析模块53、数据传输模块54和显示部。图像分析模块53用于将第一图像和第二图像的相对位置与预设位置进行比较；数据传输模块54与图像分析模块53连接；显示部与数据传输模块54连接，数据传输模块54将图像分析模块53传递的结果信息传输至显示部。

通过上述设置，当目标靶标3在视场中的位置发生变化时，对比预设位置，图像分析模块53可以计算出目标靶标3的位移，以实现对待测钢轨1的位移监测，进一步地，数据传输模块54可以将图像分析模块53所分析的结果信息传递至显示部，从而方便技术人员读取。

优选地，本发明的实施例中，预设位置即为目标靶标3相对于基准靶标4的初始位置。

如2图所示，本发明的实施例中，钢轨纵向位移监测装置还包括电源55，图像分析模块53、数据传输模块54和图像获取设备5均与电源55电连接。

通过上述设置，电源55可以为图像分析模块53、数据传输模块54和图像获取设备5供电。

优选地，本发明的实施例中，光路折转系统、图像获取设备5和基准靶标4在竖直平面内的高度相同。

通过上述设置，可以使基准靶标4位于图像获取设备5的视觉中心，这样，更加方便监测目标靶标3相对于基准靶标4的位置。

当然，在替代实施例中，光路折转系统、图像获取设备5和基准靶标4在竖直平面内的高度相同也可以不同，只要基准靶标4在摄像头的视野范围内就行。

具体地，本发明的实施例中，图像获取设备5通过支架固定在待测钢轨1的一侧，且满足铁路限界要求。

具体地，本发明的实施例中，图像获取设备5在竖直方向上的高度可以调整。优选地，图像获取设备5一般与待测钢轨1的轨腰平齐或高于待测钢轨1。

如图1和图2所示，本发明的实施例中，目标靶标3、基准靶标4和图像获取设备5呈三角形结构布置，且光路折转系统位于基准靶标4和图像获取设备5之间。当然，在附图未示出的替代实施例中，光路折转系统可以位于目标靶标3和图像获取设备5之间。

优选地，如图3所示，本发明的实施例中，第一棱镜71为五棱镜，第二棱镜61为三棱镜。这样，可以使第一棱镜至少具有两个反射面，以实现对第一光线31的折转并使第一光线31可以垂直射入成像面，进一步地，这样也可以使第二棱镜61的入射面62与第一棱镜71的出射面74平行，以使第二光线41可以垂直射入入射面62并垂直射出出射面74。

具体地，如图3所示，本发明的实施例中，五棱镜和三棱镜通过胶合组成光路折转系统。

优选地，本发明的实施例中，图像获取设备5为相机。

优选地，本发明的实施例中，相机可根据需要自动调整焦距，因此，基准靶标4与图像获取设备5的距离不受限制，即固定基准物2与图像获取设备5的距离不受限制。

如图4所示，本发明的实施例提供了一种钢轨纵向位移的监测方法。钢轨纵向位移的监测方法采用上述的钢轨纵向位移监测装置对待测钢轨1的位移进行监测，监测方法包括：获取目标反射面反射的第一光线31经光路折转构件70折转后在成像面上形成的第一图像的第一获取步骤；获取基准反射面反射的第二光线41经透射构件60透射后在成像面上形成的第二图像的第二获取步骤；根据第一图像和第二图像获取待测钢轨1的纵向位移的第三获取步骤。

上述技术方案中，图像获取设备5可以同时获取目标靶标3的像和基准靶标4的像，从而使图像获取设备5可以获取不同视场的图像，这样，位移监测部50可以监测第一图像和第二图像的相对位置来获取待测钢轨1的纵向位移，从而以使目标靶标3和基准靶标4可以位于图像获取设备5的不同侧，从而可以实现对钢轨的纵向位移的实时监测；进一步地，可以使基准靶标4、图像获取设备5可以位于目标靶标3的同一侧，即使基准靶标4和图像获取设备5位于线路的同一侧，进而更方便检修人员对线路进行养护维修。

本发明的实施例中，第一获取步骤包括第一光线31垂直射入第一棱镜71并依次经第一反射面72和第二反射面73反射后在成像面上形成第一图像的第一成像步骤。

上述技术方案中，图像获取设备5可以监测到位于其镜头所能够监测的视场之外的目标靶标3，从而可以增加图像获取设备5的监测视场，进而使图像获取设备5可以获取第一图像。

本发明的实施例中，第二获取步骤包括第二光线41依次经第二棱镜61、半透半反膜80和第一棱镜71透射后在成像面上形成第二图像的第二成像步骤。

上述技术方案中，图像获取设备5能够获取第二图像，这样，图像获取设备5不仅能够获取位于图像获取设备5的一侧的目标靶标3的图像，还能够获取位于图像获取设备5的另一侧的基准靶标4的图像，以使位移监测部50可以通过监测第一图像和第二图像的相对位置来监测待测钢轨1的纵向位移。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过设置光路折转构件和透射构件，这样，目标靶标所反射的第一光线可以经过光路折转构件反射折转后垂直射入图像获取设备的成像面，以形成第一图像(目标靶标的像)，基准靶标所反射的第二光线可以直接通过透射构件透射后垂直射入图像获取设备的成像面，以形成第二图像(基准靶标的像)，从而使图形获取设备可以获取不同视场的图像，即图像获取设备可以同时获取目标靶标的像和基准靶标的像，这样，位移监测部可以监测第一图像和第二图像的相对位置来监测待测钢轨的纵向位移；这样，在能够实现监测钢轨纵向位移的情况下，基准靶标和图像获取设备均位于目标靶标的同一侧，即基准靶标和图像获取设备位于线路的同一侧，从而可以方便检修人员对线路进行养护维修。

以上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。