一种基于精密触发分割的列车检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及列车检测领域，更具体地，涉及一种基于精密触发分割的列车检测系统。


背景技术：

2.列车作为现代社会中常用的一种交通工具，为现代人们的出行提供了便利，对社会发展起到重要作用。而作为一种常用的交通工具，列车的安全运行显得至关重要，所以列车需要在每趟或每天进行例行的安全检测。例行的安全检测步骤繁杂、检测频率高，自动化的安全检测是相关领域的重点研究对象。
3.列车具有较为复杂的结构和较多的关键零部件(受电弓、转向架)，而列车的运行过程中可能会因为环境、零件老化、人为操作等多种状况而引起车体的异常，如，异物漂落至车顶上、关键零部件缺失、变形或零部件位置发生变化等；而异物的干扰、关键零部件的缺失以及位置变化等都会对列车的安全运行产生影响。因此，在例行的安全检测中，列车外观的检查是必不可少的重要环节。
4.现有技术中，较为常见的一种列车外观检测方法是利用相机拍摄经过车辆，获得其外观图像，并通过人工或计算机软件对图像进行识别，进而判断列车外观是否发生异常。为了将外观图像与列车实际位置的相互挂钩，通常在轨道上还按一定间距依次排布多个车轮传感器。多个车轮传感器在列车的车轮通过时，产生一组具有时间间隔的触发信号。该触发信号通过系统时钟记录得到一组包括列车前进一个间距距离对应的时刻ti的时间戳集合。例如，时间戳t0代表车头位置，时间戳t1代表t0位置叠加一个间距距离的位置，时间戳t2代表t1位置叠加一个间距距离的位置，以此类推。同时，依靠外观图像的拍摄时间，可以轻松找到时间戳ti对应外观图像。因此，依靠时间戳分割外观图像集合，可以将列车经过的时间关系转化为其位置关系，进而实现外观图像与列车实际位置的关联。
5.现有技术中，另一种列车外观检测方法是利用激光雷达拍摄经过车辆，获得其外观信息并构建为外观模型，再通过计算机软件对其进行特征识别，进而判断列车外观是否发生异常。在构建外观模型时，需要通过速度传感器或位置传感器的数据对激光雷达的扫描结果进行匹配，也即像素点与单位物理长度之间的匹配。使用位置传感器时，通常也是在轨道上按一定间距依次排布多个车轮传感器，通过车轮传感器获得一组时间戳集合，进而使用时间戳集合分割激光雷达的扫描结果。
6.上述的列车外观检测方法中，均需要在轨道上按一定间距依次排布多个车轮传感器，且多个车轮传感器形成的触发区间需要大致涵盖一节列车的长度，进而导致需要较多数量的车轮传感器。因此，如何使用更少的车轮传感器实现上述的一组具有时间间隔的触发信号，成为需要解决的技术难题。


技术实现要素：

7.本实用新型旨在克服上述现有技术至少一项的不足，提供一种基于精密触发分割
的列车检测系统，用于解决车轮传感器的优化布置问题，达到使用更少的车轮传感器获得一组具有时间间隔的触发信号的效果。
8.本实用新型采取的技术方案是，一种基于精密触发分割的列车检测系统，包括第一传感器、分析模块、车轮传感器和触发区间，第一传感器用于连续获取运动的列车的外观信息，分析模块用于根据外观信息判断列车外观是否发生异常；列车设有转向架，转向架上设有车轮。所述触发区间包括第一区间和第二区间，若干个第一区间和若干个第二区间依次交替串接；所述车轮传感器只依次排布在第一区间内，若干个车轮传感器用于在列车的车轮驶过触发区间时，轮流产生一组具有时间间隔的触发信号。
9.本方案中，一个第一区间和一个第二区间组成一个单元触发区间。以单元触发区间为例，现有技术需要在单元触发区间内按一定间距排布多个车轮传感器，而本方案仅需要在第一区间内按一定间距排布即可，第二区间无车轮传感器。工作时，列车进入触发区间，转向架上较前的车轮先依次通过第一区间内的车轮传感器，多个车轮传感器轮流产生一组具有时间间隔的触发信号；转向架上较前的车轮离开第一区间后，转向架上较后的车轮进入第一区间，并依次通过第一区间内的车轮传感器，多个车轮传感器再次轮流产生一组具有时间间隔的触发信号；转向架上较后的车轮离开第一区间后，转向架上较前的车轮进入下一个单元触发区间的第一区间，并以此类推。本方案通过列车转向架上的不同车轮轮流触发同一组车轮传感器的方式，实现获得一组具有时间间隔的触发信号；由于第一区间设有车轮传感器，第二区间无车轮传感器，因而能大幅度减少车轮传感器的使用数量，解决车轮传感器的优化布置问题。
10.本方案中，第一传感器可以是上述的相机或激光雷达等，分析模块可以包括若干的子模块。现有技术中，采用车轮传感器实现获得一组具有时间间隔的触发信号的列车检测系统，均可以应用本方案的车轮传感器的布置方案。
11.优选地，所述转向架设有第一车轮和第二车轮，第一车轮与第二车轮的中心距为转向架轴距；所述车轮传感器依次排布的间距为第一间距，车轮传感器依次排布的数量为第一数值；所述转向架轴距l0、所述第一间距δ、所述第一数值n和第二数值a具有关系：l0＝(n-1)
×
δ+a，其中，第一数值n和第二数值a均大于0。
12.进一步，所述第一区间的长度d1为：d1＝(n-1)
×
δ；所述第二区间的长度d2为：d2＝l0+δ。
13.针对常见的两轴转向架，第一间距δ、第一数值n和第二数值a满足上述关系时，车轮传感器使用数量可减少1/2，且获得的具有时间间隔的触发信号较优。第一区间被n个车轮传感器均匀划分为n-1段，每小段的长度为第一间距δ。工作时，列车进入触发区间。第一车轮先依次通过第一区间内的n个车轮传感器，n个车轮传感器轮流产生第一组具有时间间隔的触发信号，该触发信号的每个时间间隔代表第一车轮走过一个第一间距δ。第一车轮离开第一区间后走过第二数值a时，第二车轮进入第一区间。第二车轮再依次通过第一区间内的n个车轮传感器，n个车轮传感器轮流产生第二组具有时间间隔的触发信号，该触发信号的每个时间间隔代表第二车轮走过一个第一间距δ。第二车轮离开第一区间后走过第一间距δ时，第一车轮进入下一个第一区间，并以此类推。获得的第一组和第二组触发信号都包括了列车每前进一个第一间距δ对应的时刻ti。相比于按相同的第一间距和第二数值依次布置的现有技术方案，本方案的车轮传感器使用数量仅为其数量的1/2。
14.进一步，所述第二数值a与所述第一间距δ相等时，第一组和第二组触发信号组成的整体的触发信号中任意两个时间间隔均代表列车走过一个第一间距δ，则该触发信号可以对第一传感器获得的外观信息按某一固定长度(第一间距δ)进行精准的分割。
15.进一步，所述第一间距δ为300mm至900mm。本方案应用于激光雷达时，第一间距δ在上述范围内选择，可以有效避免因列车速度波动带来的扫描失真，进一步从数据来源的角度保证了外观异常识别的准确性。列车在驶过激光雷达扫描时，速度难免会出现波动，但由于列车的惯性和加减速度大小的限制，列车在驶过小范围内的速度基本保持不变。即，列车在小范围距离内的行驶可视为匀速运动。通过反复实验测试可得，第一间距δ的范围应在300mm至900mm之间。
16.进一步，两组所述转向架的内侧的车轮的中心距为转向架内轮距，转向架内轮距≤所述触发区间的总长度。为了保证整列列车在通过第一传感器的过程中，由车轮传感器同步产生一组触发信号，则前一个转向架的第二车轮在离开触发区间时，后一个转向架的第一车轮必须进入触发区间。因此，触发区间应当不小于转向架内轮距。
17.优选地，所述车轮传感器使用夹具安装在列车行驶的轨道上。车轮传感器在列车的转向架上的车轮从其上方驶过时，产生一个触发信号。
18.可选地，还包括第二传感器，第二传感器设置在列车进入所述触发区间的前方，第二传感器用于发出系统的启动信号。
19.进一步，所述第二传感器为光栅或车轮传感器。
20.可选地，所述第一传感器为激光雷达，激光雷达固定在列车行驶的一侧，激光雷达用于在列车通过其扫描区域时获得列车外观的三维点数据集合。
21.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
22.本方案通过列车转向架上的不同车轮轮流触发同一组车轮传感器的方式，实现获得一组具有时间间隔的触发信号；由于第一区间设有车轮传感器，第二区间无车轮传感器，因而能大幅度减少车轮传感器的使用数量，解决车轮传感器的优化布置问题。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例1的第一示意图。
24.图2为本实用新型实施例1的第二示意图。
25.图3为本实用新型实施例1的第三示意图。
26.图4为本实用新型实施例1的车轮传感器的安装结构图。
27.图5为本实用新型实施例1的应用示意图。
28.标号说明：第一传感器1、第二传感器2、车轮传感器3、转向架4、第一车轮5、第二车轮6。
具体实施方式
29.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
30.实施例1
31.如图1、图5所示，本实施例为一种基于精密触发分割的列车检测系统，包括第一传感器、分析模块、车轮传感器和触发区间，第一传感器用于连续获取运动的列车的外观信息，分析模块用于根据外观信息判断列车外观是否发生异常；列车设有转向架，转向架上设有车轮。所述触发区间包括第一区间和第二区间，若干个第一区间和若干个第二区间依次交替串接；所述车轮传感器只依次排布在第一区间内，若干个车轮传感器用于在列车的车轮驶过触发区间时，轮流产生一组具有时间间隔的触发信号。
32.本方案中，一个第一区间和一个第二区间组成一个单元触发区间。以单元触发区间为例，现有技术需要在单元触发区间内按一定间距排布多个车轮传感器，而本方案仅需要在第一区间内按一定间距排布即可，第二区间无车轮传感器。工作时，列车进入触发区间，转向架上较前的车轮先依次通过第一区间内的车轮传感器，多个车轮传感器轮流产生一组具有时间间隔的触发信号；转向架上较前的车轮离开第一区间后，转向架上较后的车轮进入第一区间，并依次通过第一区间内的车轮传感器，多个车轮传感器再次轮流产生一组具有时间间隔的触发信号；转向架上较后的车轮离开第一区间后，转向架上较前的车轮进入下一个单元触发区间的第一区间，并以此类推。本方案通过列车转向架上的不同车轮轮流触发同一组车轮传感器的方式，实现获得一组具有时间间隔的触发信号；由于第一区间设有车轮传感器，第二区间无车轮传感器，因而能大幅度减少车轮传感器的使用数量，解决车轮传感器的优化布置问题。
33.本方案中，第一传感器可以是上述的相机或激光雷达等，分析模块可以包括若干的子模块。现有技术中，采用车轮传感器实现获得一组具有时间间隔的触发信号的列车检测系统，均可以应用本方案的车轮传感器的布置方案。
34.如图2所示，优选地，所述转向架设有第一车轮和第二车轮，第一车轮与第二车轮的中心距为转向架轴距；所述车轮传感器依次排布的间距为第一间距，车轮传感器依次排布的数量为第一数值；所述转向架轴距l0、所述第一间距δ、所述第一数值n和第二数值a具有关系：l0＝(n-1)
×
δ+a，其中，第一数值n和第二数值a均大于0。
35.进一步，所述第一区间的长度d1为：d1＝(n-1)
×
δ；所述第二区间的长度d2为：d2＝l0+δ。
36.针对常见的两轴转向架，第一间距δ、第一数值n和第二数值a满足上述关系时，车轮传感器使用数量可减少1/2，且获得的具有时间间隔的触发信号较优。第一区间被n个车轮传感器均匀划分为n-1段，每小段的长度为第一间距δ。工作时，列车进入触发区间。第一车轮先依次通过第一区间内的n个车轮传感器，n个车轮传感器轮流产生第一组具有时间间隔的触发信号，该触发信号的每个时间间隔代表第一车轮走过一个第一间距δ。第一车轮离开第一区间后走过第二数值a时，第二车轮进入第一区间。第二车轮再依次通过第一区间内的n个车轮传感器，n个车轮传感器轮流产生第二组具有时间间隔的触发信号，该触发信号的每个时间间隔代表第二车轮走过一个第一间距δ。第二车轮离开第一区间后走过第一间距δ时，第一车轮进入下一个第一区间，并以此类推。获得的第一组和第二组触发信号都包括了列车每前进一个第一间距δ对应的时刻ti。相比于按相同的第一间距和第二数值依次布置的现有技术方案，本方案的车轮传感器使用数量仅为其数量的1/2。
37.进一步，所述第二数值a与所述第一间距δ相等时，第一组和第二组触发信号组成的整体的触发信号中任意两个时间间隔均代表列车走过一个第一间距δ，则该触发信号可
以对第一传感器获得的外观信息按某一固定长度(第一间距δ)进行精准的分割。
38.进一步，所述第一间距δ为300mm至900mm。本方案应用于激光雷达时，第一间距δ在上述范围内选择，可以有效避免因列车速度波动带来的扫描失真，进一步从数据来源的角度保证了外观异常识别的准确性。列车在驶过激光雷达扫描时，速度难免会出现波动，但由于列车的惯性和加减速度大小的限制，列车在驶过小范围内的速度基本保持不变。即，列车在小范围距离内的行驶可视为匀速运动。通过反复实验测试可得，第一间距δ的范围应在300mm至900mm之间。
39.如图3所示，进一步，两组所述转向架的内侧的车轮的中心距为转向架内轮距，转向架内轮距≤所述触发区间的总长度。为了保证整列列车在通过第一传感器的过程中，由车轮传感器同步产生一组触发信号，则前一个转向架的第二车轮在离开触发区间时，后一个转向架的第一车轮必须进入触发区间。因此，触发区间应当不小于转向架内轮距。
40.如图4所示，优选地，所述车轮传感器使用夹具安装在列车行驶的轨道上。车轮传感器在列车的转向架上的车轮从其上方驶过时，产生一个触发信号。
41.在一些具体实施例中，两轴转向架的转向架轴距为2500mm，则第一间距δ取625mm、所述第一数值n取4、第二数值a取625mm。第一区间的长度d1为1875mm，第一区间被4个车轮传感器均匀分为3个625mm的小段。第二区间的长度d2为3125mm，第二区间无车轮传感器。列车在通过该单元触发区间时，获得一组具有时间间隔的触发信号。该触发信号中任意两个时间间隔代表列车前进了625mm。
42.在一些具体实施例中，两轴转向架的转向架轴距为2500mm，则第一间距δ取650mm、所述第一数值n取4、第二数值a取550mm。第一区间的长度d1为1950mm，第一区间被4个车轮传感器均匀分为3个650mm的小段。第二区间的长度d2为3150mm，第二区间无车轮传感器。列车在通过该单元触发区间时，获得一组具有时间间隔的触发信号。该触发信号中任意两个时间间隔代表列车前进了625mm或550mm。
43.如图5所示，在一些具体实施例中，触发区间的长度可以不是单元触发区间的整数倍。在第一区间或第二区间的后端可以单独按第一间距δ单独布置。例如，触发区间包括3个第一区间和2个第二区间，在最后的第一区间的后方，可以单独布置若干个车轮传感器，以调整触发区间的总长度，使其满足不小于转向架内轮距的条件下，节省车轮传感器。
44.可选地，还包括第二传感器，第二传感器设置在列车进入所述触发区间的前方，第二传感器用于发出系统的启动信号。
45.进一步，所述第二传感器为光栅或车轮传感器。
46.可选地，所述第一传感器为激光雷达，激光雷达固定在列车行驶的一侧，激光雷达用于在列车通过其扫描区域时获得列车外观的三维点数据集合。
47.显然，本实用新型的上述实施例仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于精密触发分割的列车检测系统，包括第一传感器、分析模块、车轮传感器和触发区间，第一传感器用于连续获取运动的列车的外观信息，分析模块用于根据外观信息判断列车外观是否发生异常；列车设有转向架，转向架上设有车轮；其特征在于，所述触发区间包括第一区间和第二区间，若干个第一区间和若干个第二区间依次交替串接；所述车轮传感器只依次排布在第一区间内，若干个车轮传感器用于在列车的车轮驶过触发区间时，轮流产生一组具有时间间隔的触发信号。2.根据权利要求1所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，所述转向架设有第一车轮和第二车轮，第一车轮与第二车轮的中心距为转向架轴距；所述车轮传感器依次排布的间距为第一间距，车轮传感器依次排布的数量为第一数值；所述转向架轴距l0、所述第一间距δ、所述第一数值n和第二数值a具有关系：l0＝(n-1)
×
δ+a，其中，第一数值n和第二数值a均大于0。3.根据权利要求2所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，所述第一区间的长度d1为：d1＝(n-1)
×
δ；所述第二区间的长度d2为：d2＝l0+δ。4.根据权利要求3所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，所述第二数值a与所述第一间距δ相等。5.根据权利要求2所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，所述第一间距δ为300mm至900mm。6.根据权利要求2所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，两组所述转向架的内侧的车轮的中心距为转向架内轮距，转向架内轮距≤所述触发区间的总长度。7.根据权利要求1所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，所述车轮传感器使用夹具安装在列车行驶的轨道上。8.根据权利要求1至7任一所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，还包括第二传感器，第二传感器设置在列车进入所述触发区间的前方，第二传感器用于发出系统的启动信号。9.根据权利要求8所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，所述第二传感器为光栅或车轮传感器。10.根据权利要求1至7任一所述的一种基于精密触发分割的列车检测系统，其特征在于，所述第一传感器为激光雷达，激光雷达固定在列车行驶的一侧，激光雷达用于在列车通过其扫描区域时获得列车外观的三维点数据集合。

技术总结
本实用新型涉及列车检测领域，公开了一种基于精密触发分割的列车检测系统，包括第一传感器、分析模块、车轮传感器和触发区间，第一传感器用于连续获取运动的列车的外观信息，分析模块用于根据外观信息判断列车外观是否发生异常；列车设有转向架，转向架上设有车轮。所述触发区间包括第一区间和第二区间，若干个第一区间和若干个第二区间依次交替串接；所述车轮传感器只依次排布在第一区间内，若干个车轮传感器用于在列车的车轮驶过触发区间时，轮流产生一组具有时间间隔的触发信号。本方案用于解决车轮传感器的优化布置问题，达到使用更少的车轮传感器获得一组具有时间间隔的触发信号的效果。的效果。的效果。


技术研发人员：朱茂芝 杨金虎 王志铭 矫朋涛
受保护的技术使用者：郑州中建深铁轨道交通有限公司
技术研发日：2022.10.26
技术公布日：2022/12/27