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申请/专利权人：西南交通大学

摘要：本发明公开了一种铁道车辆轮对运行轨迹的车载监测系统，包括高清摄像机、车体装置、光栅激光光源、光栅激光传感器、补光灯、轮轨运行接触轨迹监测系统主机和车载主机，高清摄像机和光栅激光光源均位于车体装置上，光栅激光传感器安装在车体装置上，补光灯安装在车体装置的车轮上，轮轨运行接触轨迹监测系统主机用于实现视频信号的采集、存储、预处理，并实时处理失稳现象诊断及频率和轮轨接触的信息数据，车载主机集成了远程数据存储与远程数据传输模块、报警系统模块、原始数据滚动删除模块，指标类数据按需上传模块和关键性报警数据实时分发模块。

主权项：1.一种铁道车辆轮对运行轨迹的车载监测系统，其特征在于：包括高清摄像机、车体装置、光栅激光光源、光栅激光传感器、补光灯、轮轨运行接触轨迹监测系统主机和车载主机，高清摄像机和光栅激光光源均位于车体装置上，光栅激光传感器安装在车体装置上，补光灯安装在车体装置的车轮上，轮轨运行接触轨迹监测系统主机用于实现视频信号的采集、存储、预处理，并实时处理失稳现象诊断及频率和轮轨接触的信息数据，车载主机集成了远程数据存储与远程数据传输模块、报警系统模块、原始数据滚动删除模块，指标类数据按需上传模块和关键性报警数据实时分发模块；高清摄像机获取的数据通过轮轨运行接触轨迹监测系统主机进行预处理，再通过车载主机进行处理，分析车辆的轮轨轨迹接触特性；所述车体装置包括车体（1）、前转向架（2）、后转向架（3）和车载监测装置安装盒（4），前转向架（2）、后转向架（3）和车载监测装置安装盒（4）位于车体（1）的底部，车载监测装置安装盒（4）靠近前转向架（2），高清摄像机、光栅激光光源、轮轨运行接触轨迹监测系统主机和车载主机均安装在车载监测装置安装盒（4）内；高清摄像机的数量为两个，安装在车体（1）上，具体位置为：对应左侧和右侧车轮，各安装高清摄像机一个，用于轮轨外形轮廓的信号采集；光栅激光光源的数量为四个，具体位置为：在左侧和右侧车轮上方车体上各安装两个光栅激光传感器，一个将激光打在车轮上，一个将激光打在钢轨上，用于轮轨接触位置的辅助识别；补光灯的数量为两个，具体安装为：在左侧和右侧车轮上各安装一个，用于复杂天气下的光线补充，便于摄像机数据采集，补光光源采用光谱更接近阳光的LED灯；轮轨运行接触轨迹监测系统主机，该系统主机将多个功能性软硬件集成一起，包括视频采集和存储器、全密封工控机、5G路由和远程监控；实现视频信号的采集、存储、预处理，并实时处理失稳现象诊断及频率、轮轨接触异常轮轨接触的重要指标；车载主机集成远程数据存储与远程数据传输、报警系统，原始数据滚动删除，指标类数据按需上传，关键性报警数据实时分发；所述车载监测装置安装盒（4）的长宽高尺寸为1700mm*350mm*200mm，车载检测装置安装盒（4）固定安装在车体（1）的底架上；所述光栅激光光源产生的痕迹和补光灯的光源都在高清摄像机的拍摄范围内；所述光栅激光光源在车轮和轮对上各形成一条光栅痕迹，高清摄像机将两条光栅痕迹记录下来，为避免隧道、天气、夜间环境造成光线微弱，补光灯用于环境补光，确保高清摄像机的摄像效果；所述通过高清摄像机采集视频数据，分析车辆的轮轨轨迹接触特性包括以下步骤：S1、光栅激光光源在钢轨和车轮的确定位置上留下条状轨迹，在高清摄像机的拍摄范围内，补光灯用于光线补充，确保高清摄像机的拍摄效果，通过图像处理技术从拍摄的钢轨和车轮条状轨迹中提取出车轮和钢轨的原始廓形；S2、然后，通过三维坐标变换，将摄像机视图下的车轮和钢轨的原始廓形变换到轨道坐标系的正视图，得到可用于轮轨接触计算的车轮和钢轨廓形；根据摄像机的内参和自动标定的摄像机外参，将车轮和钢轨的原始廓形进行三维坐标变换，得到廓形在轨道坐标系下的正视图，得到可用于轮轨接触计算的车轮和钢轨廓形；S3、根据左右两侧的高清摄像机测试结果，结合图像识别技术和算法分析轮对横移量和轮对摇头角；图像识别技术和算法：图像识别是轮轨廓形识别的基础，基于摄像机采集的图像采用图像预处理、边缘检测、直线检测算法进行图像识别；从图像中识别出的廓形是空间轮廓在像平面的投影，是以像素为单位的，需要从像素转换到实际尺寸；首先对采集到的图像进行预处理，包括：无关区域裁剪、补光处理、色彩空间转换、自适应亮度校正、灰度处理、降噪处理，然后对预处理后的图像进行Canny边缘检测算法处理后，进行钢轨粗定位处理，然后利用Hough直线检测算法检测出钢轨的左右边缘，实现钢轨进行定位；S4、通过摄像机反算技术，确定摄像机和轮对的相对运动，消除摄像机振动对识别结果的影响；摄像机反算技术采用张正有标记法，通过相机标定得到相机的参数，接着构建三维映射关系将像素距离转换成实际距离，三维空间映射需要根据具体的图像特征进行构建；S5、最后，根据轮轨廓形、轮对运动姿态，计算轮轨运行接触点的动态变化，实现接触轨迹的监测；所述高清摄像机拍摄的内容包括了轮轨接触界面和钢轨、车轮上的条状轨迹。

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