[发明专利]一种基于数字图像处理的钢轨蠕变监测方法

说明书

本发明公开了一种基于计算视觉的钢轨蠕变监测方法。现场固定安装的相机采集图像后，通过网络传输到服务端进行蠕变监测。监测分为标定和蠕变检测两个过程。其中，标定过程实现钢轨待检区域的提取，并获取待检区域未蠕变时的标准点集及特征；检测过程从实时采集的钢轨图像中裁剪待检区域，预处理后获取实时点集及特征，而后通过配准算法对标准及实时点集进行配准，消除误匹配后获得蠕变点集。计算每个蠕变点在X和Y方向上的像素偏移，结合相机的安装和固有参数将像素偏移映射成公制偏移，分别获得钢轨的高低和轨向蠕变。本发明实现了钢轨蠕变多观测点的统一管理，具有准确、实时、快速、非接触、亚全天候的优势，是现有各检测方式的有益补充。

技术领域

本发明涉及铁路工务轨道平顺性检测领域，尤其是属于基于图像配准技术实现对钢轨蠕变的非接触实时检测领域。

背景技术

随着近年高速铁路的发展，列车运行时速大幅提高，列车运行时各项指标、要求更为严格，首当其冲便是轨道的平顺性。然而受到铁路建设、自然环境以及列车运行等因素影响，轨道难免会发生蠕变以导致平顺性出现问题，严重时可能会造成铁路断轨，甚至造成列车脱轨等重大事故。目前，对于钢轨蠕变的观测主要通过如下几种方式实现：完全人工式的定点测量，主要采用拉弦线的方法测量无缝线路钢轨的高低蠕变。此方式显著缺点是测量精度及效率低、不具备实时性，在低速既有线路尚有一定运用空间，但无法满足高速铁路蠕变检测的要求；人工和便携式精密测量仪器相结合的方式。虽然在测量精度上较第一种方式有了本质提高，但同样只能定点式测量，测量效率低、不具备实时性，受行车间隙及天窗期影响等问题，无法满足高铁工务作业快速高效的需求；人工携带并操作轨检仪或轨检小车的方式。该方式测量精度能满足工程实践需求，较前两种实时性有了提升但由于受人为因素影响实时性、效率并没有本质提升，同时存在无法检测由于路基冻胀引起的大幅突变性隆起问题；轨道检查车，不仅能检测钢轨蠕变，其已经成为对铁路进行综合轨检的重要途径。但其造价昂贵，只有路局及以上单位才配备，每次例行轨检需统一调度无法实时性检测，且存在着蠕变位置与给出蠕变位置的距离偏差问题，这使得人工复检必不可少；基于接触式传感器的在线实时监测方法，通过预先埋设传感器以检测钢轨实际蠕变。虽然此方式较上一种，其成本低廉、维修简便、实时性有较好提升，但存在前期工作量大、测量误差大、维修困难且可能影响铁路工务现场作业的问题；

综合以上分析，现有主要检测方式都可以直接或间接地实现轨道高低蠕变的检测，但对于轨向蠕变的检测却无能为力。同时，方式1~4存在着无法实时监测的问题，方式5存在着影响铁路工务现场作业的可能。而对于冻土、软土、桥梁等特殊路段，受气象条件、地址水文以及列车运行冲击等原因的影响，钢轨蠕变极易发生，且具有较强的突发性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于数字图像处理的钢轨蠕变监测方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种基于数字图像处理的钢轨蠕变监测方法，包括以下步骤：

1）将工业相机安置于轨道观测桩上，调整工业相机以恰好对焦于钢轨轨腰区域，将工业相机的现场安装参数、固有参数，传输并存储至服务器；

2）启动钢轨标定过程，选取某一时刻启动现场工业相机拍摄未蠕的变钢轨图像，并将所述图像传输并存储至服务器，记作标准图像A；

3）对A进行标定，标识出所述图像待检区域的范围R，以A_R表示；

4）对A_R进行滤波预处理，处理后记作图像S；

5）对S进行配准点特征提取，存储提取特征点序列，记作标准特征点集合F_R；

6）如需人为更换未蠕变钢轨图像，则重复执行步骤2）至步骤5）；

7）启动钢轨蠕变检测过程，启动定时器，触发检测过程；