基于信息化的铁路监测装置和方法与流程

本发明涉及监测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于信息化的铁路监测装置和方法。

背景技术：

铁路建设可促进国民经济的发展，铁路运输也居于交通体系中的骨干地位，在经济不断向前发展的今天，铁路监测和维护上存在一些不容忽视的问题，铁路监测的效率和准确率也需要不断提高，尤其是铁路信息化建设的今天，列车已经能通过车载计算机的控制可以在无人干预或较少人工干预的前提下实现自动启动、运行和停车，并能自动判别及遵守来自固定设施、邻近车辆的约束。而铁路的监测绝大部分还依靠人工，不利于铁路信息化建设。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于信息化的铁路监测装置和方法，其能够实时监测铁路钢轨之间的距离变化、钢轨与钢轨焊接点的情况以及钢轨上的瑕疵，并对其进行预警。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于信息化的铁路监测装置，包括：

防震底座，其设置在钢轨的外侧，且正对着两节钢轨的焊接处；所述防震底座的高度不高于钢轨轨枕所在水平面；

射线探测组件，其设置在所述防震底座上，包括射线探测座、射线探测头；所述射线探测座面向钢轨的一侧开设槽体，所述槽体内设有竖直滑杆；所述竖直滑杆上设有滑块，所述射线探测头设置在所述滑块上，且所述射线探测头射线照射方向正对着两节钢轨的焊接处；

激光测距组件，其设置在所述射线探测座上，包括激光测距座、第一连接杆、第一激光导向杆、第一激光测距头、第二激光导向杆、第二激光测距头以及可伸缩辅助支杆；所述第一连接杆垂直连接于所述激光测距座的上部，并向钢轨方向延伸；所述第一激光导向杆连接于所述第一连接杆的自由端并倾斜向下延伸，所述第一激光测距头连接于所述第一激光导向杆的自由端且所述第一激光测距头的测试点位于远离所述铁路监测装置的一侧钢轨上，所述第一激光测距头与所述钢轨的距离不低于列车运行时所需的安全距离；所述第二激光导向杆一端可滑动地连接在所述第一连接杆上并倾斜向下延伸，所述第二激光测距头连接于所述第二激光导向杆的自由端且所述第二激光测距头的测试点位于靠近所述铁路监测装置的一侧钢轨上；所述可伸缩辅助支杆一端铰接于所述第二激光导向杆上，另一端连接于所述激光测距座下部；

图像监测组件，其设置在所述激光测距座上，包括可伸缩图像监测座，图像监测柜、第二连接杆、数个摄像头导向杆以及连接在摄像头导向杆自由端的摄像头；所述图像监测柜设置在所述可伸缩图像监测座上，所述图像监测柜内设有图像监测系统，所述图像监测系统用于采集监测线路上的图像、分析监测线路上的瑕疵以及对线路上的瑕疵进行存储、记录和预警；所述第二连接杆垂直连接于所述图像监测柜的上部，靠近所述第二连接杆的自由端处设有多条呈放射状向钢轨延伸设置的摄像头导向杆，以保证相邻摄像头所拍摄图像的重叠部分长度是整个拍摄图像长度的1/n，其中n大于等于2，所述摄像头的最低端不影响列车的正常通行。

优选的是，所述摄像头上设有补光灯。

优选的是，所述图像监测系统包括：

图像筛选模块，用于对所述摄像头所采集的携带地理位置信息的拍摄图像进行筛选，筛选出无列车行驶的图像，并按照时间间隔不同存储在自动生成的相应时间间隔存储段中；

图像裁剪模块，用于将时间间隔中每个时间节点不同摄像头拍摄的拍摄图像按图像长度裁剪成n等分，并删除掉重复的图像碎片；

图像拼接模块，用于将图像裁剪模块所得的每个时间节点的图像碎片对比未裁剪的图像拼接成一个完整的时间节点钢轨图像；

瑕疵分析模块，利用系统中预存储的无瑕疵线路图像与第一时间节点的钢轨图像进行比对，第二时间节点的钢轨图像与第一时间节点的钢轨图像进行比对，依次类推后一时间节点的钢轨图像与前一时间节点钢轨图像比对，直到分析出线路上的瑕疵，并记录瑕疵图像拍摄的地理位置信息以及瑕疵在钢轨图像中的方位，再次调用系统中预存储的无瑕疵线路图像重新与下一时间节点的钢轨图像进行比对，重复上述过程，分析出所有线路上的瑕疵；

瑕疵记录模块，用于对线路上的瑕疵所在时间间隔进行存储和记录，同时对同一方位的线路上的瑕疵最后出现的时间间隔进行存储和记录或者同一方位的线路上的瑕疵消失的第一时间间隔进行存储和记录；并删除其余的时间间隔存储段。

优选的是，所述摄像头在一个时间间隔里按照时间节点拍摄多张铁路路况拍摄图像，每个时间间隔为2～4h。

优选的是，所述每个时间间隔中设有10～20个时间节点。

进一步地，本发明要求保护一种基于信息化的铁路监测装置的监测方法，包括：

步骤一、在两节钢轨的焊接处的外侧安装所述基于信息化的铁路监测装置；使得第一激光测距头的测试点位于远离所述铁路监测装置的一侧钢轨上；调整射线探测头的位置，使得所述射线探测头射线照射方向正对着两节钢轨的焊接处并指向钢轨侧，实时监测两节钢轨的焊接处缺陷并预警；

步骤二、调整第二激光测距头的测试点的位置，使得第二激光测距头的测试点位于靠近所述铁路监测装置的一侧钢轨上；并记录第一激光测距头和第二激光测距头所测数据之差为预设值；当第一激光测距头和第二激光测距头所测数据之差不等于预设值时预警；

步骤三、调整第二连接杆的高度，使得所有摄像头的最低端均不影响列车的正常通行，实时监测线路上的瑕疵，并预警。

优选的是，所述线路上的瑕疵包括：夏季道床路基积水；冬季道床冻涨；钢轨、夹板及连接零件折断、翻浆冒泥、不均匀下沉；线路两侧堆载；意外伤害铁路设施。

本发明至少包括以下有益效果：其一、本发明提供的基于信息化的铁路监测装置和方法能够实时监测铁路两侧钢轨之间的距离变化、钢轨与钢轨焊接点的情况，并对其进行预警；其二、本发明提供的基于信息化的铁路监测装置和方法监测效率高，监测结果准确性高；其三、本发明提供的基于信息化的铁路监测装置所使用的监测系统自动保存线路上的瑕疵起点和终点数据，以便人工复核，自动删除冗余存储信息，监测周期长。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个技术方案所述基于信息化的铁路监测装置的结构示意图；

图2为本发明另一个技术方案所述摄像头排布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、2所示，本发明提供一基于信息化的铁路监测装置，包括：防震底座19，其设置在钢轨的外侧，且正对着两节钢轨的焊接处；所述防震底座19的高度不高于钢轨轨枕所在水平面；

射线探测组件，其设置在所述防震底座19上，包括射线探测座1、射线探测头5；所述射线探测座1面向钢轨的一侧开设槽体，所述槽体内设有竖直滑杆7；所述竖直滑杆7上设有滑块6，所述射线探测头5设置在所述滑块6上，且所述射线探测头5射线照射方向正对着两节钢轨的焊接处；

激光测距组件，其设置在所述射线探测座1上，包括激光测距座2、第一连接杆13、第一激光导向杆12、第一激光测距头11、第二激光导向杆9、第二激光测距头10以及可伸缩辅助支杆8；所述第一连接杆13垂直连接于所述激光测距座2的上部，并向钢轨方向延伸；所述第一激光导向杆12连接于所述第一连接杆13的自由端并倾斜向下延伸，所述第一激光测距头11连接于所述第一激光导向杆12的自由端且所述第一激光测距头11的测试点位于远离所述铁路监测装置的一侧钢轨上，所述第一激光测距头11与所述钢轨的距离不低于列车运行时所需的安全距离；所述第二激光导向杆9一端可滑动地连接在所述第一连接杆13上并倾斜向下延伸，所述第二激光测距头10连接于所述第二激光导向杆9的自由端且所述第二激光测距头10的测试点位于靠近所述铁路监测装置的一侧钢轨上；所述可伸缩辅助支杆8一端铰接于所述第二激光导向杆9上，另一端连接于所述激光测距座2下部；此处第一激光测距头11和第二激光测距头10测定的是两条钢轨上某一固定点的距离，此技术方案的实现可依靠激光跟踪技术等来实现，激光跟踪技术为现有技术，在本申请中不做具体描述；

图像监测组件，其设置在所述激光测距座2上，包括可伸缩图像监测座3，图像监测柜4、第二连接杆14、数个摄像头导向杆16以及连接在摄像头导向杆16自由端的摄像头17；所述图像监测柜4设置在所述可伸缩图像监测座3上，所述图像监测柜4内设有图像监测系统，所述图像监测系统用于采集监测线路上的图像、分析监测线路上的瑕疵以及对线路上的瑕疵进行存储、记录和预警；所述第二连接杆14垂直连接于所述图像监测柜4的上部，靠近所述第二连接杆14的自由端处设有多条呈放射状向钢轨延伸设置的摄像头导向杆16，以保证相邻摄像头17所拍摄图像的重叠部分长度是整个拍摄图像长度的1/n，其中n大于等于2，所述摄像头17的最低端不影响列车的正常通行。在本装置的合理位置安装上照明设备，还可代替传统路灯。

在上述技术方案中，射线探测组件用于监测钢轨与钢轨焊接点缺陷的实时监测，激光测距组件用于实时监测两条钢轨之间距离的变化，图像监测组件用于监测铁路其他瑕疵，如春季道床、路基冻融；夏季道床路基积水、翻浆冒泥，线路涨轨爬行，桥梁伸缩；秋季为铁路设施安全过冬全面检测；冬季道床、路基冻涨、道岔、道口清雪防冻；线路缩轨、钢轨、夹板及连接零件折断、翻浆冒泥、不均匀下沉、线路两侧堆载、侵入限界及超负荷、道口轮缘槽状态的检查；意外伤害铁路设施等。系统中预存储的无瑕疵线路图像(区别不同路段)与第一时间节点的钢轨图像进行比对，系统中预存不同季节、不同天气的无瑕疵线路图像，在对比前，输入监控当天的日期、天气数据，系统自动识别出适用的无瑕疵线路图像，尤其是对特殊气象的识别，此处仅列举了季节和天气作为考察因素的情况，其他要素如周边设施、周边植被情况也可以加入考察因素进行复合，第二时间节点的钢轨图像与第一时间节点的钢轨图像进行比对，依次类推后一时间节点的钢轨图像与前一时间节点钢轨图像比对，直到分析出线路上的瑕疵，并记录瑕疵图像拍摄的地理位置信息以及瑕疵在钢轨图像中的方位，再次调用系统中预存储的无瑕疵线路图像重新与下一时间节点的钢轨图像进行比对，重复上述过程，分析出所有线路上的瑕疵。

在其中一个技术方案中，所述摄像头17上设有补光灯，有利于自然光线不足时进行光不足，做到不间断监测。

在其中一个技术方案中，所述图像监测系统包括：

图像筛选模块，用于对所述摄像头17所采集的携带地理位置信息的拍摄图像进行筛选，筛选出无列车行驶的图像，并按照时间间隔不同存储在自动生成的相应时间间隔存储段中；

图像裁剪模块，用于将时间间隔中每个时间节点不同摄像头拍摄的拍摄图像按图像长度裁剪成n等分，并删除掉重复的图像碎片；

图像拼接模块，用于将图像裁剪模块所得的每个时间节点的图像碎片对比未裁剪的图像拼接成一个完整的时间节点钢轨图像；

瑕疵分析模块，利用系统中预存储的无瑕疵线路图像与第一时间节点的钢轨图像进行比对，第二时间节点的钢轨图像与第一时间节点的钢轨图像进行比对，依次类推后一时间节点的钢轨图像与前一时间节点钢轨图像比对，直到分析出线路上的瑕疵，并记录瑕疵图像拍摄的地理位置信息以及瑕疵在钢轨图像中的方位，再次调用系统中预存储的无瑕疵线路图像重新与下一时间节点的钢轨图像进行比对，重复上述过程，分析出所有线路上的瑕疵；

瑕疵记录模块，用于对线路上的瑕疵所在时间间隔进行存储和记录，同时对同一方位的线路上的瑕疵最后出现的时间间隔进行存储和记录或者同一方位的线路上的瑕疵消失的第一时间间隔进行存储和记录；并删除其余的时间间隔存储段。

在上述技术方案中，通过调节摄像投的位置，以达到相邻摄像头17所拍摄图像的重叠部分长度是整个拍摄图像长度的1/n的目的，便于后续裁剪和拼接，减少监测装置安装的数量，拍摄图像的处理是基于地理位置、时间间隔的不同，对无需长时间存储的图像可做删除处理，有利于提高监测装置的运行周期；在上述技术方案中，线路上的瑕疵包括夏季道床路基积水、冬季道床冻涨，钢轨、夹板及连接零件折断、翻浆冒泥、不均匀下沉、线路两侧堆载、侵入限界及超负荷、道口轮缘槽状态的检查；意外伤害铁路设施。

在其中一个技术方案中，所述摄像头在一个时间间隔里按照时间节点拍摄多张铁路路况拍摄图像，每个时间间隔为2～4h，在后续图像处理过程中，对无需长时间存储的图像可做删除处理，有利于提高监测装置的运行周期。

在其中一个技术方案中，所述每个时间间隔中设有10～20个时间节点，合理地拍摄多组图像，便于对比以及监测的准确性。

进一步地，本发明要求保护一种基于信息化的铁路监测装置的监测方法，包括：

步骤一、在两节钢轨的焊接处的外侧安装所述基于信息化的铁路监测装置；使得第一激光测距头的测试点位于远离所述铁路监测装置的一侧钢轨上；调整射线探测头的位置，使得所述射线探测头射线照射方向正对着两节钢轨的焊接处并指向钢轨侧，实时监测两节钢轨的焊接处缺陷并预警；

步骤二、调整第二激光测距头的测试点的位置，使得第二激光测距头的测试点位于靠近所述铁路监测装置的一侧钢轨上；并记录第一激光测距头和第二激光测距头所测数据之差为预设值；当第一激光测距头和第二激光测距头所测数据之差不等于预设值时预警；

步骤三、调整第二连接杆的高度，使得所有摄像头的最低端均不影响列车的正常通行，实时监测线路上的瑕疵，并预警。

在上述技术方案中，所述基于信息化的铁路监测装置的监测方法同步对钢轨焊接处的缺陷，轨距以及线路上可视瑕疵进行监测，相互不受影响。其中线路上可视瑕疵通过所述图像监测系统来实现监测线路上图像的采集、监测线路上瑕疵的分析以及对线路上的瑕疵进行存储、记录和预警。所述基于信息化的铁路监测装置的监测方法克服了监控数据繁多导致监测周期短的缺陷，通过合理设置摄像头的排布，使得相邻摄像头17所拍摄图像的重叠部分长度是整个拍摄图像长度的1/n的目的，便于后续裁剪和拼接，减少监测装置安装的数量和数据存储量。

在其中一个技术方案中，所述线路上的瑕疵包括：夏季道床路基积水；冬季道床冻涨；钢轨、夹板及连接零件折断、翻浆冒泥、不均匀下沉；线路两侧堆载；意外伤害铁路设施。上述可视线路瑕疵均可通过图像分析技术进行甄别，无需人工反复检修，极大地减少了人工消耗，也减少了人工检修的漏检率。

如上所述，根据本发明，本发明至少包括以下有益效果：其一、本发明提供的基于信息化的铁路监测装置和方法能够实时监测铁路两侧钢轨之间的距离变化、钢轨与钢轨焊接点的情况，并对其进行预警；其二、本发明提供的基于信息化的铁路监测装置和方法监测效率高，监测结果准确性高；其三、本发明提供的基于信息化的铁路监测装置所使用的监测系统自动保存线路上的瑕疵起点和终点数据，以便人工复核，自动删除冗余存储信息，监测周期长。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

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