一種高速列車動態包絡線測量方法技術

本發明專利技術公開了一種高速列車動態包絡線測量方法，利用精密靶標、激光跟蹤儀建立軌道中心坐標系，求取軌道中心坐標系與測量系統坐標系之間的轉換關系；開啟反射式的光電開關進入自動觸發測量狀態；當高速列車進入預設測量范圍以內時，大功率一字線激光器和兩臺高速相機接收同步觸發信號，大功率一字線激光器投射線結構光在高速列車車身表面構造測量特征，兩臺高速相機同步捕捉測量特征圖像；對測量特征圖像進行處理，解算能反映高速列車動態偏移的被測信息；融合兩側高速列車動態偏移的被測信息，得到高速列車行駛過程中的動態包絡線。提高了測量精度，避免了主觀取值，為評估高速列車的安全性能提供了技術手段，為高鐵動態限界的指定提供了可靠的數據支持。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及動態包絡線，尤其涉及。
技術介紹
動態限界是以軌道線路中心線和軌面為基準的一個輪廓，規定列車安全行駛過程中無論發生多大偏移，都必須始終處于該輪廓范圍以內。動態包絡線定義為車輛運行過程中受各種不利因素影響所導致的最大極限輪廓。動態包絡線是制定動態限界的主要依據，準確得到動態包絡線不僅是車輛設計、制造和運用過程中的一項重要內容，更是安全行車的重要保障。目前國內外普遍采用計算的方法求取動態包絡線，例如以地鐵車輛斷面外形的設計輪廓控制點坐標為基礎，，計及柔性系數，軌道的幾何偏差等13項要素，分別計算出橫向和垂向位移，將輪廓控制點坐標加上(或減去)對應點的縮減量值,即可得到全動態包絡線控制點的坐標。專利技術人在實現本專利技術的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足上述計算方法在計算過程中所涉及的參數多為主觀取值，且無法將所有隨機因素考慮在內，例如軌道不平順、列車制造缺陷和極端惡劣天氣等隨機因素，且考慮在內的非隨機因素的取值也一般取為極限值或經驗值，得到的動態包絡線的精度不高，不能對高速列車進行實時測量，計算結果不能真正客觀地反映實際高速列車的運行情況。
技術實現思路
本專利技術提供了，本方法獲取到了較高精度的動態包絡線，客觀的反映了高速列車的運行情況，詳見下文描述—種高速列車動態包絡線測量方法，所述方法包括以下步驟(I)在高速列車兩側分別連接兩臺高速相機、大功率一字線激光器、反射式的光電開關和工業級數字IO擴展卡；(2)利用基準尺分別對軌道兩側的所述兩臺高速相機進行校準，建立各自的測量系統坐標系；(3)利用精密靶標、激光跟蹤儀建立軌道中心坐標系，求取所述軌道中心坐標系與所述測量系統坐標系之間的轉換關系；(4)開啟反射式的光電開關進入自動觸發測量狀態；(5)當高速列車進入預設測量范圍以內時，所述大功率一字線激光器和所述兩臺高速相機接收同步觸發信號，所述大功率一字線激光器投射線結構光在高速列車車身表面構造測量特征，所述兩臺高速相機同步捕捉測量特征圖像；(6)對所述測量特征圖像進行處理，解算能反映高速列車動態偏移的被測信息；(7)融合兩側所述高速列車動態偏移的被測信息，得到高速列車行駛過程中的動態包絡線。所述精密靶標包括4個激光跟蹤儀靶標磁座，4個激光跟蹤儀靶標磁座固定在靶標連桿的上表面，所述靶標連桿的兩端設置在軌道上，且一端固定不動，另一端活動可調；所述靶標連桿兩端斷面與下表面的交線，同鐵軌軌面與內軌面所形成的交線重合。所述利用精密靶標、激光跟蹤儀建立軌道中心坐標系，求取軌道中心坐標系與測量系統坐標系之間的轉換關系具體為I)利用激光跟蹤儀對所述精密靶標進行測量，得到所述激光跟蹤儀靶標磁座在所述激光跟蹤儀坐標系下的坐標，從而得到所述精密靶標的固定端與其下表面交線的矢量方向；2)將所述精密靶標旋轉180°固定，重復執行步驟I)，通過解算激光跟蹤儀靶標磁座的坐標，得到測量斷面處兩條鐵軌軌面與內軌面交線的矢量方向；3)取兩條交線的矢量方向的中線作為軌道中心坐標系的原點所在直線，根據上述測量的矢量方向確定軌道中心面；規定軌道中心坐標系的z軸與y軸分別為軌面與軌道中心面的交線，根據右手坐標系確定X軸的方向，確立所述軌道中心坐標系；4)建立所述軌道中心坐標系與所述激光跟蹤儀坐標系的轉換關系；5)在測量現場，布置至少3個測量公共點，分別用所述激光跟蹤儀及所述兩臺高速相機進行拍攝，解算測量公共點的坐標，得到相機坐標系與所述激光跟蹤儀坐標系的轉換關系；6)通過所述軌道中心坐標系與所述激光跟蹤儀坐標系的轉換關系、所述相機坐標系與所述激光跟蹤儀坐標系的轉換關系確定所述軌道中心坐標系與所述相機坐標系之間的轉換關系。所述大功率一字線激光器和所述兩臺高速相機接收同步觸發信號具體為所述反射式的光電開關產生觸發信號傳輸至所述工業級數字IO擴展卡，所述工業級數字IO擴展卡產生同步觸發信號控制兩臺高速相機和所述大功率一字線激光器。本專利技術提供的技術方案的有益效果是本專利技術通過基準尺、反射式的光電開關、公共點測量和雙目視覺測量等，結合現場校準技術，得到準確的高速列車動態偏移的被測信息，最終獲取到較高精度的包絡線；提高了測量精度，避免了主觀取值，為評估高速列車的安全性能提供了技術手段，為高鐵動態限界的指定提供了可靠的數據支持；并且本方法還可以直接應用到列車交匯、穿梭隧道、貨物超限等復雜情況下的列車動態包絡線測量；更加合理準確的動態限界為縮小建筑接近限界提供理論依據，在保證安全性的同時不必像過往那樣設置較大的安全裕量，可創造較大的經濟效益和社會效益。附圖說明圖1為設備現場布置的示意圖；圖2為精密靶標的結構示意圖；圖3為現場校準的示意圖；圖4為設備連接的示意圖；圖5為高速相機拍攝到的某一時刻測量特征圖像；圖6為的流程圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下1:高速相機；2:大功率一字線激光器；3:反射式的光電開關；4:工業級數字IO擴展卡；5:精密靶標；6:激光跟蹤儀靶標磁座；7:靶標連桿。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本專利技術實施方式作進一步地詳細描述。為了獲取到較高精度的動態包絡線，客觀反映高速列車的運行情況，本專利技術實施例提供了一種高速列車 動態包絡線測量方法，參見圖6，詳見下文描述:101:在高速列車兩側分別連接兩臺高速相機1、大功率一字線激光器2、反射式的光電開關3和工業級數字IO擴展卡4 ；其中，高速相機I通常為200fps以上；由于本系統要求具有便攜性，該系統要求高速相機I具有以太網接口，并具有較大的內存。本方法所使用的高速相機為MIKR0TR0N公司的 MotionBLITZ Cube6。大功率一字線激光器2通常為瞬時光功率IOOW以上的紅外激光器并配備有專用的激光同步驅動電源，本專利技術實施例以海特光電有限責任公司的LDAQ1-0808-100W為例進行說明，具體實現時，本專利技術實施例對此不做限制。反射式的光電開關3為通用的反射式紅外調制光電開關即可。工業級數字IO擴展卡4通常為USB接口的工業數字量IO輸入輸出設備，本專利技術實施例中使用的工業級數字IO擴展卡4的型號為NI公司的USB-6501。參見圖1和圖4，在軌道兩側分別布置兩臺高速相機1、大功率一字線激光器2、反射式的光電開關3和工業級數字IO擴展卡4。以其中一側為例，兩臺高速相機I以60° -120°交匯角對準被測空間；大功率一字線激光器2布置在兩臺高速相機I中間，調整角度，使光條大致位于兩臺高速相機I的視場中心；正確連接高速相機1、大功率一字線激光器2、反射式的光電開關3和工業級數字IO擴展卡4之間的電源線及信號線。102:利用基準尺分別對軌道兩側的兩臺高速相機I進行校準，建立各自的測量系統坐標系；同樣以其中一側為例，兩臺高速相機I對不同位置下已知精確長度的基準尺進行測量，基于光束平差原理，求取兩臺高速相機I之間的旋轉矩陣和平移矩陣，根據旋轉矩陣和平移矩陣建立該側的測量系統坐標系。103:利用精密靶標5、激光跟蹤儀建立軌道中心坐標系，求取軌道中心坐標系與測量系統坐標系之間的轉換關系；參見圖2，本方法所采用的精密靶標5根據軌距尺的測量原理設計，精密靶標5包括:4個激光跟蹤儀靶標磁座6，4個激光跟蹤儀靶標磁座6固定在靶標連桿7的上表面，靶標連桿7的兩端設置本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高速列車動態包絡線測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：（1）在高速列車兩側分別連接兩臺高速相機、大功率一字線激光器、反射式的光電開關和工業級數字IO擴展卡；（2）利用基準尺分別對軌道兩側的所述兩臺高速相機進行校準，建立各自的測量系統坐標系；（3）利用精密靶標、激光跟蹤儀建立軌道中心坐標系，求取所述軌道中心坐標系與所述測量系統坐標系之間的轉換關系；（4）開啟反射式的光電開關進入自動觸發測量狀態；（5）當高速列車進入預設測量范圍以內時，所述大功率一字線激光器和所述兩臺高速相機接收同步觸發信號，所述大功率一字線激光器投射線結構光在高速列車車身表面構造測量特征，所述兩臺高速相機同步捕捉測量特征圖像；（6）對所述測量特征圖像進行處理，解算能反映高速列車動態偏移的被測信息；（7）融合兩側所述高速列車動態偏移的被測信息，得到高速列車行駛過程中的動態包絡線。

【技術特征摘要】
1.一種高速列車動態包絡線測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)在高速列車兩側分別連接兩臺高速相機、大功率一字線激光器、反射式的光電開關和工業級數字IO擴展卡； (2)利用基準尺分別對軌道兩側的所述兩臺高速相機進行校準，建立各自的測量系統坐標系； (3)利用精密靶標、激光跟蹤儀建立軌道中心坐標系，求取所述軌道中心坐標系與所述測量系統坐標系之間的轉換關系； (4)開啟反射式的光電開關進入自動觸發測量狀態； (5)當高速列車進入預設測量范圍以內時，所述大功率一字線激光器和所述兩臺高速相機接收同步觸發信號，所述大功率一字線激光器投射線結構光在高速列車車身表面構造測量特征，所述兩臺高速相機同步捕捉測量特征圖像； (6)對所述測量特征圖像進行處理，解算能反映高速列車動態偏移的被測信息； (7)融合兩側所述高速列車動態偏移的被測信息，得到高速列車行駛過程中的動態包絡線。2.根據權利要求1所述的一種高速列車動態包絡線測量方法，其特征在于，所述精密靶標包括:4個激光跟蹤儀靶標磁座， 所述4個激光跟蹤儀靶標磁座固定在靶標連桿的上表面，所述靶標連桿的兩端設置在軌道上，且一端固定不動，另 一端活動可調；所述靶標連桿兩端斷面與下表面的交線，同鐵軌軌面與內軌面所形成的交線重合。3.根據權利要求2所述的一種高速列車動態包絡線測量方法，其特征在于，所述利用精密靶標、激光跟蹤儀建立軌道中心坐標系，求取軌道中心坐標系與...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉常杰，馬爽，郭寅，邾繼貴，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：