磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置的製作方法
2023-07-06 05:53:41
專利名稱：磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種磁浮式軌道巡檢裝置，尤其涉及一種磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，安裝在專用磁浮式軌道巡檢車(以下簡稱巡檢車)上，用於實時檢測磁浮軌道多個功能件表面，屬於軌道交通高速非接觸視頻測量技術領域。
背景技術：
隨著計算機應用技術以及機器視覺技術在各工業技術領域內快速發展，非接觸視頻檢測技術已經在許多領域內得到了廣泛應用。目前交通領域內普遍採用的視頻檢測技術主要應用於道路交通和軌道交通的檢測。而在應用方式上主要採用攝像裝置安裝點固定的靜態檢測，採集汽車或軌道車輛的運動圖像，通過圖像分析獲取車輛的運動軌跡和流量等實時信息。上述的靜態檢測方式只能滿足一定檢測範圍內檢測對象的實時監控，同時以攝像設備固定點為參照坐標系對運動的對象進行檢測。而對於超出攝像機拍攝範圍的對象無法進行實時檢測。磁浮列車作為一種新型的清潔、環保和高速型地面軌道交通工具，在實際的運行中軌道各功能件表面經常會有異物粘附，或形成窪地陷坑。對於異物侵入磁浮車輛的運行限界這一情況，會對磁浮車輛的安全運行造成很大的威脅，對於異物沒有侵入運行限界這一情況，也會對磁浮車輛正常運行造成潛在或間接的不良影響。因此在現有技術中引入了磁浮式軌道巡檢車，定期對軌道進行巡檢，檢測並修復異常，保障運行安全。通常的巡檢車一般採用人工巡檢方式，依靠肉眼發現軌道異常並予以修復，效率和精度都較低。而對比現有非接觸視頻檢測技術和磁浮式軌道巡檢的應用要求，發現現有的視頻檢測技術均無法實現磁浮軌道全線路各軌道功能件高速、準確的實時檢測和異常點定位，不能適應磁浮軌道巡檢的實際應用要求。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，通過將高速視頻採集裝置安裝於磁浮式軌道巡檢車的走行機構上，在跟隨巡檢車高速運行的過程中，自動掃描磁浮軌道功能件表面並實時分析處理，形成異常記錄並報警，可簡化巡檢任務，提高巡檢效率和檢測精度。為實現上述目的，本實用新型的技術方案是提供一種磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，其包含依次連接的高速視頻採集裝置、圖像數據存儲裝置和圖像數據處理裝置。所述的高速視頻採集裝置包含設置在磁浮式軌道巡檢車前端走行機構上的三組工業級高頻面陣相機。所述的第一組工業級高頻面陣相機包含對稱設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的頂部兩側位置的兩部工業級高頻面陣相機，分別採集軌道梁兩側的對稱滑行面表面的實時圖像數據。所述的第二組工業級高頻面陣相機包含設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的頂
3部中間位置的一部工業級高頻面陣相機，採集混凝土軌道面表面的實時圖像數據。所述的第三組工業級高頻面陣相機包含對稱設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的底部兩側位置的兩部工業級高頻面陣相機，分別採集軌道梁兩側的對稱定子面、定位標誌板和動力軌的實時圖像數據。所述的每部工業級高頻面陣相機均通過一安裝機構安裝在所述的磁浮式軌道巡檢車上。所述的安裝機構包含固定設置在磁浮式軌道巡檢車的走行機構上的安裝支架，以及固定設置在該安裝支架上的機械雲臺。所述的每部工業級高頻面陣相機固定設置在機械石臺上。所述的每部工業級高頻面陣相機上均設置有定焦鏡頭。所述的每部工業級高頻面陣相機通過高速視頻總線與所述的圖像數據存儲裝置連接。所述的圖像數據存儲裝置通過乙太網與所述的圖像數據處理裝置連接，該圖像數據處理裝置對所採集的圖像數據進行實時處理與分析。本實用新型所提供的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，可以實現對磁浮式軌道的混凝土軌道面、滑行面、定子面、定位標誌板和動力軌等各軌道功能件的全線視頻檢測。該檢測裝置中的高速視頻採集裝置安裝於磁浮式軌道巡檢車的走行機構上，相對於固定的檢測對象(即上述所述的各軌道梁功能件)而移動，即相對於整條磁浮軌道前進方向運動，而在其他方向上能夠很好的保持與軌道的相對固定。同時不同於靜態檢測的以攝像裝置安裝點為參照坐標，本實用新型中以預先設定的整條磁浮線路為參照坐標系來標定實時檢測的異常位置點，並通過數據檢索回放軌道異常點的圖像信息。本實用新型所提供的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，可在日常磁浮軌道巡檢任務中完成對各個軌道功能面的自動化檢測，簡化巡檢任務，提高了巡檢效率和檢測精度，保障磁浮列車的運行限界未被破壞和侵入，從而確保磁浮車輛的安全運行。
圖1為本實用新型中的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置的檢測對象示意圖；圖2為本實用新型中的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置的結構示意圖；圖3為本實用新型中的圖像數據處理裝置的處理流程圖。
具體實施方式
以下結合圖1 圖3，詳細說明本實用新型的一個優選的實施例。如圖1所示，本實用新型所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置的檢測對象是分布在磁浮式軌道梁上的多個功能件表面。這些作為檢測對象的功能件表面包括 設置在軌道梁頂部的混凝土軌道面20，對稱設置在混凝土軌道面20兩側的滑行面10，以及分別對稱設置在軌道梁兩側的定子面30、定位標誌板40和動力軌50。如圖2所示，本實用新型中的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置包含依次連接的高速視頻採集裝置、圖像數據存儲裝置4和圖像數據處理裝置5。其中，所述的高速視頻採集裝置包含設置在磁浮式軌道巡檢車前端走行機構上的三組工業級高頻面陣相
4機。所述的第一組工業級高頻面陣相機包含對稱設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的頂部兩側位置的兩部工業級高頻面陣相機1，用於分別採集軌道梁兩側的對稱滑行面10 表面的實時圖像數據。所述的第二組工業級高頻面陣相機包含設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的頂部中間位置的一部工業級高頻面陣相機2，用於採集混凝土軌道面20表面的實時圖像數據。所述的第三組工業級高頻面陣相機包含對稱設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的底部兩側位置的兩部工業級高頻面陣相機3，用於分別採集軌道梁兩側的對稱定子面 30、定位標誌板40和動力軌50的實時圖像數據。所述的每部工業級高頻面陣相機均通過一安裝機構(圖中未示)安裝在所述的磁浮式軌道巡檢車上。所述的安裝機構包含通過螺栓緊固設置在磁浮式軌道巡檢車的走行機構上的安裝支架，以及固定設置在該安裝支架上的機械雲臺。所述的每部工業級高頻面陣相機固定設置在機械雲臺上，針對不同的檢測功能面，可通過調節所連接的機械雲臺來調節面陣相機的拍攝角度，以使得所採集的視頻圖像數據覆蓋整個檢測功能面。所述的每部工業級高頻面陣相機上均設置有定焦鏡頭，在完成對拍攝角度的調節後，通過調節該定焦鏡頭來調節焦距和光圈，使得所採集的視頻圖像數據的清晰明亮。所述的每部工業級高頻面陣相機隨著巡檢車運行時，其所採集的視屏攝取範圍相對於巡檢車是固定的，同時隨巡檢車以最高200km/h的運行速度自動地掃描全磁浮線路的各軌道功能件的表面，獲取實時二維圖像數據。所述的每部工業級高頻面陣相機採集的實時連續圖像數據(視頻數據)通過高速視頻總線傳輸到圖像數據存儲裝置4，該圖像數據存儲裝置4用於存儲各面陣相機實時採集的圖像數據，供回放甄別時調用。本實施例中，所述的圖像數據存儲裝置4採用大容量的存儲設備。所述的圖像數據存儲裝置4中存儲的各面陣相機實時採集的圖像數據通過本實施例中的千兆乙太網傳輸到圖像數據處理裝置5中，用於實現對所採集的圖像數據進行實時處理與分析，同時為操作人員提供人機界面，可對其進行操作。如圖3所示，該高性能圖像數據處理裝置5對所接收到的實時圖像數據進行以下處理。步驟1、所述的高性能圖像數據處理裝置5對所接收的連續圖像數據進行緩存(視頻緩存)，並在緩存中對圖像進行降噪預處理，主要包括組合使用高斯濾波和均值濾波，消除或降低因為高頻、高速和電磁幹擾形成的圖像噪聲。步驟2、完成圖像數據的降噪後，該高性能圖像數據處理裝置5採用局部圖像比對來消除冗餘，本實施例中，同時採用Snake能量模型算法檢測圖像中梁縫的輪廓。本實施例中，之後再利用形態學的膨脹與腐蝕算子將梁縫輪廓細化到一根直線。 由此確認梁縫的存在並對巡檢車經過的梁縫進行計數，完成對巡檢車的初次位置標定。進一步的，根據定子鐵心固定寬度以及掃描時間實時計算出在每根梁上的相對位移，根據該定位信息及時鐘信息對存儲的視頻內容進行標註。步驟3、高性能圖像數據處理裝置5將每一部面陣相機所採集的圖像數據採取實時分析和存儲並行的操作方法，同時完成連續圖像數據(視頻)的錄製與異常檢測。
5[0034]本實施例中，所述的異常檢測採用Snake能量模型算法和AdaBoost分類算法對圖像進行實時處理，將視頻數據剝離成逐幀畫面，確認其中的異物存在，在發生異常時對當前數據幀進行異常標定，並產生報警信號，在人機互動界面上顯示並進行視頻數據回放，即根據步驟2檢索到該異常發生的軌道梁編號，以及相對位置定位，從而可調取這段軌道梁的掃描視頻繼續回放。另外，為了適應不同的天氣環境，例如白天、夜間、雨天、雪天和陰天等，可對所採用的算法提供可調的輸入參數，來設定外界的近似天氣環境。步驟4、高性能圖像數據處理裝置5精確的定位視頻檢測及異常發生的位置。為了精確的定位視頻檢測及異常發生的位置，需要對整個巡檢線路進行建模；高性能圖像數據處理裝置5結合使用靜態模型和動態模型。本實施例中，所述的靜態模型以啟動檢測位置為軸心，建立二維數學模型，將長數十公裡的路段的位移作為X軸，將每個面陣相機拍攝的水平方向作為Y軸，將多個面陣相機的圖像序列座為整數軸即yl，12，y3…。本實施例中，所述的動態模型採用時間和速度的離散關係，根據定子線圈的固定寬度和掃描時間，可得出近似的巡檢車瞬時運行速度，在此基礎上計算位移S= f v(t)dt, 其中，ν表示速度，t表示時間。結合使用兩種位置定位模型，獲取磁浮巡檢車的具體位置，並對採集到的圖像進行標註。在可以標定的地方，直接標定位移。在無法標定的插值段，通過位移積分獲得位移。 通過各種標定與分割手段。將S切分為若干小範圍，從而達到控制誤差的目的，可用於分析和檢測，最終確定異物的準確位置，並產生報警信號，在人機互動界面上顯示。步驟5、操作人員對於報警的異常情況進行人工確認並儘快安排檢修工作，保證磁浮運行軌道的正常及安全。本實用新型所提供的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，可以實現對磁浮式軌道的混凝土軌道面20、滑行面10、定子面30、定位標誌板40和動力軌50等各軌道功能件的全線視頻檢測。該檢測裝置中的高速視頻採集裝置(即各個面陣相機)安裝於磁浮式軌道巡檢車的走行機構上，相對於固定的檢測對象(即上述所述的各軌道梁功能件)而移動，即相對於整條磁浮軌道前進方向運動，而在其他方向上能夠很好的保持與軌道的相對固定。同時不同於靜態檢測的以攝像裝置安裝點為參照坐標，本實用新型中以預先設定的整條磁浮線路為參照坐標系來標定實時檢測的異常位置點，並通過數據檢索回放軌道異常點的圖像信息。本實用新型所提供的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，1)可對混凝土軌道面20進行連續圖像數據的採集(即視頻錄製)，可對異常情況進行回放，能清晰分辨出混凝土軌道面上的異物；2)對滑行面10進行視頻錄製，可對滑行面10上的異常情況進行實時分析並回放，能清晰分辨出滑行面10上的異物、油漆破損等；3)對定子面(含定子鐵芯及線圈)30進行視頻錄製，可對定子面30上的異常情況進行回放，清晰分辨出定子鐵芯的環氧破損及線圈灼傷、破損等異常現象；4)對動力軌50區域進行視頻錄製，可對視頻進行回放，能分辨出動力軌50的明顯位置偏差、損傷等異常現象；5)對定位標誌板40進行視頻錄製，並可對視頻進行回放，能分辨出定位標誌板40的明顯偏差、損壞與缺失等異常現象。本實用新型所提供的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，跟隨巡檢車以最
6高200km/h的速度高速運行，自動掃描磁浮軌道功能件表面並實時分析處理，形成異常記錄並報警，具有以下特性和優點1)檢測參照不固定；本實用新型的檢測裝置是隨巡檢車運動的過程中進行實時檢測，其採集裝置的物理位置、圖像拍攝角度、拍攝距離、和被測物的相對位置關係及周圍環境都隨時發生變化；2)檢測對象不確定；檢測對象包括任何可能的異物，不能以簡單的對比或分類器方式來檢測，而必須以實時處理的方式來分析；3)應用要求的檢測速度和精度很高；實現在200公裡的時速下實現對2mm精度異物的實時分析和報警。本實用新型所提供的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，可在日常磁浮軌道巡檢任務中完成對各個軌道功能面的自動化檢測，簡化巡檢任務，提高了巡檢效率和檢測精度，保障磁浮列車的運行限界未被破壞和侵入，從而確保磁浮車輛的安全運行。儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，包含依次連接的高速視頻採集裝置、圖像數據存儲裝置(4)和圖像數據處理裝置(5)，其特徵在於，所述的高速視頻採集裝置包含設置在磁浮式軌道巡檢車前端走行機構上的三組工業級高頻面陣相機。
2.如權利要求1所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，其特徵在於，所述的第一組工業級高頻面陣相機包含對稱設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的頂部兩側位置的兩部工業級高頻面陣相機(1)，分別採集軌道梁兩側的對稱滑行面(10)表面的實時圖像數據。
3.如權利要求2所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，其特徵在於，所述的第二組工業級高頻面陣相機包含設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的頂部中間位置的一部工業級高頻面陣相機(2)，採集混凝土軌道面(20)表面的實時圖像數據。
4.如權利要求3所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，其特徵在於，所述的第三組工業級高頻面陣相機包含對稱設置在磁浮式軌道巡檢車走行機構的底部兩側位置的兩部工業級高頻面陣相機(3)，分別採集軌道梁兩側的對稱定子面(30)、定位標誌板 (40)和動力軌(50)的實時圖像數據。
5.如權利要求4所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，其特徵在於，所述的工業級高頻面陣相機通過一安裝機構安裝在所述的磁浮式軌道巡檢車上。
6.如權利要求5所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，其特徵在於，所述的安裝機構包含固定設置在磁浮式軌道巡檢車的走行機構上的安裝支架；固定設置在所述的安裝支架上的機械雲臺；其中，所述的工業級高頻面陣相機固定設置在機械雲臺上。
7.如權利要求5所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，其特徵在於，所述的工業級高頻面陣相機上設置有定焦鏡頭。
8.如權利要求5所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，所述的工業級高頻面陣相機通過高速視頻總線與所述的圖像數據存儲裝置(4)連接。
9.如權利要求8所述的磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，所述的圖像數據存儲裝置(4)通過乙太網與所述的圖像數據處理裝置(5)連接，該圖像數據處理裝置(5)對所採集的圖像數據進行實時處理與分析。
專利摘要本實用新型公開了一種磁浮式軌道巡檢車高速在線視頻檢測裝置，其包含依次連接的高速視頻採集裝置、圖像數據存儲裝置和圖像數據處理裝置。所述的高速視頻採集裝置包含設置在磁浮式軌道巡檢車前端走行機構上的三組工業級高頻面陣相機，分別對磁浮式軌道的混凝土軌道面、滑行面、定子面、定位標誌板和動力軌等各軌道功能件的全線視頻檢測。本實用新型通過將高速視頻採集裝置安裝於磁浮式軌道巡檢車的走行機構上，在跟隨巡檢車高速運行的過程中，自動掃描磁浮軌道功能件表面並實時分析處理，形成異常記錄並報警，可簡化巡檢任務，提高巡檢效率和檢測精度。
文檔編號H04N5/232GK202147697SQ20112022508
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者何大海, 吉文, 吳立明, 瞿濤, 陳鹹龍 申請人:上海磁浮交通發展有限公司, 上海鳴嘯信息科技發展有限公司