钢轨轮廓全断面及轨道几何参数检测系统王琰【摘要】阐述钢轨轮廓全断面及轨道几何参数检测系统整体设计,以及钢轨轮廓全断面的检测方法.钢轨轮廓全断面检测基于激光摄像非接触测量技术,主要由激光摄像组件、数据处理组件、里程定位组件等组成.通过检测数据分析与现场验证,钢轨轮廓全断面和轨道几何参数检测系统运用稳定可靠,准确度高,重复性好,满足现代铁路轨道基础设施检测的需要.【期刊名称】《中国铁路》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】4页(P82-85)【关键词】钢轨轮廓全断面;轨道几何参数;检测系统;轨道检测;激光摄像;数据处理;里程定位【作者】王琰【作者单位】中国铁道科学研究院基础设施检测研究所,北京100081;中国铁路总公司铁路基础设施检测中心,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U216随着我国铁路的发展，特别是近几年高速铁路、重载铁路的快速发展，列车密度不断加大，线路通过总质量不断增加，钢轨磨损日益严重，尤其是曲线地段更加突出。不仅降低了旅客列车的舒适度，而且对车辆走行部件造成了不利影响，甚至会危及行车安全[1-2]。在目前的日常维修检查中，很难做到对每条曲线的钢轨有计划地进行磨耗测量，工务部门不能及时有效掌握钢轨磨损状态，给轨道维修养护带来诸多困难[3]。钢轨轮廓全断面及轨道几何参数检测系统基于激光摄像测量技术，集成于轨道检查车，融合轨道几何参数测量，通过轨道检查车日常动态检测[4-5]，定期检测钢轨轮廓全断面几何参数，结合轨道动态检测数据，及时监控钢轨磨耗程度，为工务部门维修作业提供科学数据，快速、有效保障列车运输安全。钢轨轮廓全断面及轨道几何参数检测系统冗余设计速度200km/h，实际应用速度160km/h，主要由激光摄像组件、数据处理组件、里程定位组件和机械悬挂装置组成，其架构组成见图1。基本测量项目包括钢轨垂直磨耗、侧面磨耗和总磨耗，钢轨横向位移、垂向位移，钢轨横向位移可计算轨距几何参数，垂向位移是计算高低几何参数的重要分量。激光摄像组件采集钢轨轮廓图像，图像处理计算机对钢轨轮廓图像进行模式匹配、图像拟合、特征点分析及计算，数据处理计算机完成多路数据采集、里程校对、超限分析，实时进行偏差编辑、波形显示和报表打印。钢轨轮廓全断面检测基于激光摄像非接触测量技术[6]，前端激光摄像组件主要由激光器、摄像机和温控装置组成，左右两侧的激光摄像组件安装在检测梁上，保持固定的相对几何位置。激光器发射线形结构光，光平面与被测钢轨走行方向垂直，结构光照射到钢轨上，形成钢轨断面轮廓线。摄像机从一定角度获取含有钢轨断面轮廓线的图像，经过图像二值化、滤波和细化等处理，获得计算所需的钢轨轮廓断面图像（见图2）。激光器和摄像机的相对空间位置固定后，通过针板靶标图像标定，确定激光平面上物点和图像上像点之间的对应关系，建立适当的坐标系，即可用数学方法对物点与像点的对应关系进行描述[7]。钢轨轮廓全断面检测采用与标准钢轨廓形比对方法[8-10]。轨头在使用过程中逐渐磨耗，轨腰和轨底相对完好，轨腰和轨底集合部是半径为20mm的圆弧，轨腰窄细，用模糊判别的方法寻找圆心拟合轮廓断面与标准廓形进行比对。钢轨半断面磨耗点数据保存在一个链表中，按一定间隔从中提取一组点：P1、P2，…，Pn，可由方程解出经过P1、Pn点半径为R的圆心O1的坐标，如果O1至Pi（i=2、3，…，n）的距离为dk，求算点Pi“在圆上”的隶属度与设定的判据u0比较，如果u≥u0，则圆心O1被认可，否则取另一组点计算，直至找到圆心O1为止。求得圆心O1后，再通过计算得出钢轨中心线，结合这2个参数，可将采集图像中的钢轨断面与标准的钢轨断面进行比较，计算钢轨垂直磨耗和侧面磨耗等反映钢轨磨耗状态的参数，以及轨顶点、轨距点的物理坐标。数据处理组件是由图像处理计算机、数据处理计算机、网络打印机、交换机等组成。图像处理计算机实现对钢轨轮廓全断面图像的实时采集和处理，自动完成数据修正、滤波和磨耗几何参数的合成，在计算机屏幕上实时显示钢轨轮廓全断面图像、里程和速度等信息。软件功能模块及数据流程见图3。钢轨轮廓全断面实时测量数据通过网络交换机传输给数据处理计算机，数据处...
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