安裝在軌道車輛上的軌道測量系統的製作方法

2023-10-23 01:31:47 3

專利名稱：安裝在軌道車輛上的軌道測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及鐵路軌道的檢查，更具體地，涉及安裝在軌道車輛上的軌道 測量系統。
背景技術：
固定式軌道運輸系統包括一個或多個在鐵軌的分隔開的軌道上行駛的 軌道車輛，這種運輸系統是從一個地理位置向另 一個地理位置運輸貨物和人 員的有效方式。在人口稠密的國家以及公路運輸系統不發達的國家，軌道車 輛可能是運輸人員和貨物的主要方式。因此，全世界可能有數百萬英裡的鐵
軌需要維護以提供安全的軌道運輸。這些鐵軌需要進行常規;險查以發現表示 即將出現的軌跡故障的問題。這種軌跡故障可能因土層和陸基位移、支撐軌 道的軌枕退化和/或軌道連接構件的鬆弛而出現，從而導致軌跡失準。
因此，仍然不斷地需要改進鐵軌的檢查手段。特別地，重要的是，確保 鐵軌的軌道之間的距離或者軌道的軌距保持在預定範圍內，該預定範圍可以 由FRA要求來確定。 一對軌道的軌距由FRA定義為在軌頭頂表面以下0.58 英寸處測量的軌道之間的距離。標準美國軌距由FRA規定為56.5英寸。對 於美國標準軌距的軌道來說，該軌距不允許從56.5英寸的美國標準軌距擴展 超過一又四分之一英寸。
最為初級的軌道檢查技術是進行軌跡視覺檢查，以評估軌跡條件。這種 檢查通常包括軌道檢查人員沿著軌道步行或在軌道附近騎行，以尋找表示潛 在軌跡故障的潛在軌跡異常。這種技術可能涉及使用各種機械測量設備來協 助檢查人員進行軌跡測量，例如人工測量軌道的軌距。但是，這種人工技術 耗時且費力。
已經提出了各種機械軌距測量系統，但是這些系統可能會受到軌道上外 來碎屑的影響，並仍舊耗費時間，而且可能要求輔助設備來操作測量系統。 最近，已經提出光學和電磁方法來測量軌道對準情況。這種系統通常依賴復 雜且昂貴的電子硬體來確定軌道對準情況。

發明內容
本發明旨在 一種利用安裝在軌道車輛上的設備來測量鐵路的軌道尺寸 的系統和方法。在一實施例中，安裝於在具有兩條隔開的軌道的鐵路上行進 的軌道車輛上的軌道測量系統包括第一準直光源，該第一準直光源安裝在軌 道車輛上，用於提供相對於鐵路的第一軌道的第一基準標記。該系統還包括 照相機，該照相機安裝在軌道車輛上，用於記錄相對於第一軌道的基準標記 的圖像。該系統還包括圖像處理器，該圖像處理器耦接到照相機，用於分析 相對於第一軌道的基準標記的圖像，以確定關於該基準標記的第一軌道對準 尺寸。
在另一實施例中，安裝於軌道車輛上的軌道測量系統包括第一準直光 源，安裝在軌道車輛上，用於提供相對於鐵路的第一軌道的第一基準標記； 和第二準直光源，安裝在軌道車輛上並與第一準直光源隔開，用於提供相對 於鐵路的第二軌道的第二基準標記。該系統還包括照相機，該照相機安裝 在軌道車輛上，用於記錄相對於各第一和第二軌道的第一和第二基準標記的 圖像；以及圖像處理器，該圖像處理器耦接到照相機，用於分析相對於各第 一和第二軌道的第一和第二基準標記的圖像，以確定與相對於各第一和第二
在另 一實施例中，用於由行進於鐵路上的軌道車輛測量鐵路的隔開的軌 道的軌道對準情況的方法包括使用第 一 準直光源提供相對於鐵路的第 一 軌 道的第一基準標記。該方法還包括捕獲相對於鐵路的第一軌道的第一基準 標記的圖像；以及對該圖像進行處理，以確定關於第一基準標記的第一軌道 對準尺寸。


在結合附圖閱讀時，本發明的特徵和優勢將從以下本發明的詳細說明中 體現出來，附圖中
圖1是安裝於行駛在鐵路上的軌道車輛上的示例軌道測量系統的示意性 側—見圖；和
圖2是安裝於行駛在鐵路上的軌道車輛上的示例軌道測量系統的示意性 截面圖。
具體實施例方式
圖像獲取和數位化系統已經用在機車上，用於記錄由安裝在機車上的照 相機獲取的圖像。近來，圖像處理領域的進展已經顯著改善了處理機車自身 承載的數位化系統所獲取的圖像的能力，從而近似實時地提取信息。但是， 已經證明仍然難於採用自身承載的照相機系統來獲取軌跡圖像並進行軌跡 對準測量。本發明的發明人創造性地實現了藉助可由取向為檢查鐵軌的軌道 的照相機觀察的測量基準標記，可以針對被成像的軌道的測量基準標記的圖 像，利用圖像處理技術容易地確定軌道尺寸，例如軌距。
圖1是安裝於在鐵路16上行進的軌道車輛上的示例軌道測量系統10的
示意側視圖。在本發明的一方面，系統10靠近機車12的車輪14安裝在機 車12上，用來在鐵路軌道18的靠近車輪向軌道18施加力的那部分上進行 軌道尺寸測量。據信，在靠近車輪14的地方進行軌道尺寸測量能更好地反 映機車12在軌道18上行進時軌道18的對準情況。例如，與未加載的軌道 條件相比，在機車12的重量下，鐵路16的軌道可能會被稍微分開。因此， 在未加載的軌道上進行的軌道測量可能導致測量值落入預定的軌距尺寸範 圍內，而由於軌道加載時發生擴展，所以相同的軌道可能不會落入預定的軌 距尺寸範圍內。
在本發明的實施例中，系統IO可包括第一準直光源20,該第一準直光 源20安裝在機車12上，用於提供相對於鐵路16的第一軌道18的第一基準 標記22。例如，準直光源20可包括產生形成第一基準標記22的準直光束的 雷射器。該雷射器可以瞄準軌道18的軌頭26的頂部24,以使準直光束基本 垂直地從機車12照射到軌頭頂部24。
系統IO還可包括安裝在機車12上的照相機28,用來記錄相對於第一軌 道18的基準標記22的圖像。在本發明的一方面，照相機28可以配置成在 與用於產生基準標記22的準直光源20的頻率範圍重疊的頻率範圍中進行成 像。例如，照相機28可以感知由產生可見光的雷射器產生的可見光，或者 可以感知由產生紅外光的雷射器產生的紅外光。照相機28可以在用於在軌 道18和基準標記22附近進行成像的適當位置定位於機車12上，正如虛線 視場標記32所示的。變焦鏡頭29可以用於獲得對基準標記22和軌道18進 行成像所需的足夠的視場和解析度。在本發明的另一個方面，可以提供照明 源34,例如白熾、螢光或發光二極體(LED),用於在光線較暗時和/或夜晚件下照亮由照相機28成像的區域，該區域例如由虛線標記36所示。
在本發明的另一方面，照相機28與接收相對於軌道18的基準標記22 的圖像的圖像處理器50進行通信。在本發明的實施例中，圖像處理器50可 以是機車上常規使用的記錄機車12附近的軌跡圖像的現有視頻捕獲系統的 組成部分。圖像處理器50可以配置成用於分析相對於軌道18的基準標記22 的圖像，從而確定關於基準標記22的第一軌道對準尺寸。例如，圖像處理 器50可以配置成用於測量基準標記22與被成像的軌道18的特徵之間的空 間尺寸，並將該測量尺寸與預定尺寸範圍進行比較以判斷測量到的尺寸是否 位於該預定尺寸範圍內。在另一實施例中，圖像處理器50可以配置成用於 測量軌道磨損，例如通過關於基準標記22測量被成像的軌道18的特徵，以 確定這些特徵是否糹皮磨損成超過允許的尺寸。
在本發明的實施例中，圖像處理器50可以與機車定位系統通信，機車 定位系統例如是與GPS衛星31通信的全球定位系統(GPS)30，用於確定機 車12的位置。在捕獲圖像時，圖像處理器50可以將照相機28接收到的圖 像與機車12的位置結合起來，從而使軌道測量與位置相互關聯。另一方面， 機車信息可以用來修改圖像處理器50判斷測量尺寸是否位於預定尺寸範圍 內所用的預定尺寸範圍。例如，基於感知到的機車U相對於例如存儲在存 儲器48中的軌跡幾何形狀資料庫的位置，系統IO可以識別被測量的軌跡幾 何形狀的類型，例如軌跡的彎曲部分，這可能就要求從評估平直軌跡部分所 用的預定尺寸範圍改變該預定尺寸範圍。在本發明的另一方面，圖像處理器 50可以分別與準直光源20和照明光源34通信，用來控制它們的功能，例如 增加和/或降低它們各自的光強。
在圖2的示意性截面圖中示出的本發明的實施例中，系統IO可以配置 成用於測量機車12正在其上行進的鐵軌的軌距。系統IO可包括第一準直光 源20,該第一準直光源20安裝在軌道車輛例如機車U的一側，用於提供相 對於鐵路16的第一軌道18的第一基準標記22。在機車12的相對一側'與 第一準直光源隔開的第二準直光源21可以提供相對於鐵路l6的第二軌道l9 的第二基準標記23。第一和第二準直光源20、 21可以隔開，以產生相應的 基準標記22、 23,所述基準標記22、 23隔開一_^巨離38，該距離38約為被 測量的軌距39的寬度。在本發明的一方面，準直光源20、 21可以是可調節 的，以使基準標記22、 23移動，從而實現相對於各軌道18、 19的期望對準。
8準直光源20、 21可以定位成^f吏得基準標記22、 23石並觸軌頭26的各頂部24， 並相對於軌頭26的頂部24基本垂直地延伸。
照相機，例如照相機28，可以安裝在軌道車輛上，用於記錄相對於各第 一和第二軌道18、 19的第一和第二基準標記22、 23的圖像。可以使用單一 照相機，只要其具有足夠的視場和解析度來捕獲軌道18、 19和標記22、 23 的圖像。在圖2所示的實施例中，可以分別使用兩個照相機28、 29來對各 軌道18、 19和標記22、 23進行成像。圖像處理器50可以耦接到照相機28、 29,用於分析相對於各第一和第二軌道18、 19的第一和第二基準標記22、 23的各圖像。圖像處理器50可以配置成用於確定與第一和第二基準標記22、 23與相應的第一和第二軌道18、 19之間的空間關係對應的軌道對準尺寸以 及第一和第二標記22、 23之間的間隔。例如，圖像處理器50可以配置成用 於分析所捕獲的圖像以確定標記22、 23到軌道特徵的尺寸，例如雷射束到 軌頭邊緣的尺寸40、 42、 44、 46,如圖2所示。
本發明的發明人創造性地確定了軌頭邊緣52較之軌道18的其它特徵提 供了用於圖像分析的相對較高的對比度。通過確定標記22、 23到軌頭的尺 寸40、 42、 44、 46並利用標記22、 23之間的距離38,可以計算出被測量軌 道的尺寸，例如被測量的軌距39。圖像處理器50可以進一步配置成用於將 測量軌道尺寸與預定尺寸範圍相比較，以確定測量軌道尺寸是否位於預定尺 寸範圍內。如果軌道尺寸位於預定尺寸範圍之外，則可以由圖像處理器50 利用例如機車的GPS位置來標記軌道18、 19的位置。
根據前述說明，本發明可以利用包括計算機軟體、固件、硬體或它們的 任意組合或子集的電腦程式或工程技術來實施，其中，技術效果旨在提供 一種安裝在軌道車輛上的軌道測量系統。根據本發明，任何由此產生的具有 計算機可讀代碼裝置的程序可以體現於或提供於一種或多種計算機可讀介 質中，從而製成電腦程式產品，即製造品。計算機可讀介質，例如固定(硬) 驅動器、磁碟、光碟、磁帶、半導體存儲器如只讀存儲器(ROM)等，或者任 何發送/接收介質例如網際網路或其它通信網絡或鏈路。可以製造出包含計算機 代碼的製造品和/或通過直接從一個介質執行代碼、通過從一個介質向另一介 質複製代碼、或通過網絡傳輸代碼來使用該包含計算機代碼的製造品。
計算機科學領域的技術人員結合本發明的方法容易將根據上述內容編
制的軟體與適當的通用或專用計算機硬體例如微處理器結合起來，來構造計算機系統或計算機子系統。製造、使用或銷售本發明的裝置可以是一種或多 種處理系統，包括但不限於中央處理單元(CPU)、存儲器、存儲設備、通信 鏈路和設備、伺服器、I/O設備或者一個或多個處理系統的任意子部件，包 括體現本發明的軟體、固件、硬體或它們的任何組合或子集。
雖然本發明的各種實施例已經示出並描述，但是顯然這些實施例僅作為 例子給出。在不背離本發明的情況下可以做出許多變形、改變和替換。因此， 本發明應當僅由所附的權利要求書的精神和範圍限定。
權利要求
1. 一種安裝於在具有兩條隔開的軌道的鐵路上行進的軌道車輛上的軌道測量系統，該系統包括第一準直光源，安裝在軌道車輛上，用於提供相對於鐵路的第一軌道的第一基準標記；照相機，安裝在軌道車輛上，用於記錄相對於第一軌道的基準標記的圖像；和圖像處理器，耦接到照相機，用於分析相對於第一軌道的基準標記的圖像，以確定關於該基準標記的第一軌道對準尺寸。
2. 如權利要求1所述的系統，還包括安裝在軌道車輛上的與第一源隔 開的第二準直光源，該第二準直光源用於提供相對於鐵路的第二軌道的第二 基準標記。
3. 如權利要求2所述的系統，其中，照相機配置成用於記錄相對於各 第 一和第二軌道的第 一和第二基準標記的圖像。
4. 如權利要求2所述的系統，其中，圖像處理器配置成用於分析相對 於各第一和第二軌道的第一和第二基準標記的圖像，以確定與相對於各第一 和第二軌道的第 一和第二基準標記對應的第二軌道對準尺寸以及第 一和第 二標i己之間的間隔。
5. 如權利要求2所述的系統，還包括第二照相機，該第二照相機用於 記錄相對於第二軌道的第二基準標記的第二圖像，並將該第二圖像提供到圖 像處理器。
6. 如權利要求1所述的系統，還包括定位器，該定位器向圖像處理器 提供位置信息，並用於使軌道對準尺寸與被成像的鐵路部分的位置相關聯。
7. 如權利要求1所述的系統，還包括照明源，該照明源用於照亮由照 相機成像的軌道附近的區域。
8. 如權利要求l所述的系統，其中，軌道車輛包括機車。
9. 如權利要求l所述的系統，其中，準直光源包括雷射器。
10. 如權利要求l所述的系統，其中，圖像處理器進一步配置成用於分 析相對於第 一軌道的第 一基準標記的圖像，以確定第 一軌道何時被磨損成超 過允許的尺寸。
11. 量系統，該系統包括第一準直光源，安裝在軌道車輛上，用於提供相對於鐵路的第一軌道的第一基準標記；和第二準直光源，安裝在軌道車輛上並與第一準直光源隔開，用於提供相 對於鐵路的第二軌道的第二基準標記；和照相機，安裝在軌道車輛上，用於記錄相對於各第一和第二軌道的第一和第二基準標記的圖像；圖像處理器，耦接到照相機，用於分析相對於各第一和第二軌道的第一 和第二基準標記的圖像，以確定與相對於各第一和第二軌道的第一和第二基 準標記對應的軌道對準尺寸以及這些標記之間的間隔。
12. 如權利要求11所述的系統，其中，照相才幾包括一對照相機，該對 照相機中的第 一照相機用於記錄相對於第 一軌道的第 一基準標記的第 一 圖 像，第二照相機用於記錄相對於第二軌道的第二基準標記的第二圖像。
13. 如權利要求11所述的系統，其中，軌道對準尺寸包括軌距。
14. 一種用於由行進於鐵路上的軌道車輛測量鐵路的隔開的軌道的軌道 對準情況的方法，該方法包括使用第 一準直光源提供相對於鐵路的第一軌道的第一基準標記；捕獲相對於鐵路的第 一軌道的第一基準標記的圖像；以及對該圖像進行處理，以確定關於第 一基準標記的第 一軌道對準尺寸。
15. 如權利要求14所述的方法，還包括利用與第一源隔開的第二準 直光源提供相對於鐵路的第二軌道的第二基準標記。
16. 如權利要求15所述的方法，還包括捕獲相對於鐵路的第二軌道 的第二基準標記的圖像。
17. 如權利要求16所述的方法，還包括對該第二基準標記的圖像進 行處理，以確定關於第二基準標記的第二軌道對準尺寸。
18. 如權利要求17所述的方法，相對於第一軌道對準尺寸、第二軌道 對準尺寸以及第一和第二基準標記之間的距離確定第三軌道對準尺寸。
19. 如權利要求14所述的方法，其中，對圖像進行處理以確定第一軌 道對準尺寸包括確定第一基準標記與第 一軌道的特徵之間的距離。
20. 如權利要求18所述的方法，還包括確定第三尺寸何時超出預定的對準尺寸範圍。
21. 如權利要求20所述的方法，還包括響應於軌跡的幾何形狀，調 節所述預定的對準尺寸範圍。
22. 如權利要求21所述的方法，其中，所述軌跡的幾何形狀響應於感 知到的機車位置來確定。
23. 如權利要求22所述的方法，其中，利用GPS系統感知機車位置。
24. 如權利要求14所述的方法，其中，對圖4象進行處理還包括分析該 圖像以確定第 一軌道何時被磨損成超過允許的尺寸。
全文摘要
一種安裝於在具有兩條隔開的軌道(18、19)的鐵路(16)上行進的軌道車輛(例如，12)上的軌道測量系統(10)包括第一準直光源(20)，安裝在軌道車輛上，用於提供相對於鐵路的第一軌道的第一基準標記(22)。該系統包括照相機(28)，安裝在軌道車輛上，用於記錄相對於第一軌道的基準標記的圖像。該系統還包括圖像處理器(50)，耦接到照相機，用於分析相對於第一軌道的基準標記的圖像，以確定關於該基準標記的第一軌道對準尺寸(例如，39)。
文檔編號B61K9/08GK101489852SQ200780026485
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月22日 優先權日2006年7月10日
發明者鍾永揚 申請人:通用電氣公司