在铁路轨道上定位感兴趣点或线、在铁路轨道上定位和驱动干预机器的方法与流程

本发明涉及铁路车辆用于听诊铁路轨道或在铁路轨道上工作的用途，特别是用于其构造、保养、维护、修理、更新或拆除的用途。它还涉及对铁路轨道上的感兴趣点的早期定位，如果合适的话，划定感兴趣区域，以供以后由铁路上运行的机器承载和操纵的干预工具在轨道上进行干预。本发明还涉及这种定位的转置，以供以后使用，特别是用于通过听诊设备对轨道进行听诊，或者用于以后通过干预工具对轨道进行干预。

背景技术：

文件us4986189描述了一种用于维护或维修铁路轨道的干预机器，该干预机器包括旨在机器在沿工程的前进方向在铁路轨道上行驶时前进的同时工作的干预工具。为了预测障碍物的存在并实现对工具定位的自动控制，在机器的前部布置了一个测量梁。该测量梁水平且垂直于轨道的方向布置，并且包括对齐的传感器，从而可以检测轨道的横向位置。由摄像头组成的另一个传感器监视轨道上的障碍物。测量梁还配备了里程表。传感器的信号被传输到用于命令工具的电路，该电路的延迟是里程表信号和测量梁与工具之间的预定距离的函数。因此，可以将测量梁布置在距工具一定距离的位置，而不会受到干扰。但是，该操作模式假定精确地知道了测量梁和工具之间的预定距离。就工具定位所需的精度而言，以厘米为单位，有必要提供一个非常刚性的通用底盘来支撑干预工具和测量梁，以创建一个通用的参考系统。还以测量梁相对于轨道的垂直度为准。此外，累积了例如与导轮相对于轨道的中性线的滑动或角度标记相关的里程误差。最后，该系统不管理弯曲的轨道。

masatoukai和nobuhikonagahara在第11期wcrr2016撰写的文件“ahigh-performanceinspectionandmaintenancesystemoftrackusingcontinuousscanimage”，描述了铁路轨道的早期分析系统，以期通过以后的方式进行干预维修车。该分析系统安装在专用的铁路车辆上，可以以45km/h的最大速度在轨道上循环。该分析系统利用布置在车辆上，跨过轨道的线性摄像机，该线性摄像机耦合至里程表，以使里程表的脉冲与线性摄像机的线性拍摄同步。该系统能够构建铁路轨道的连续位图图像(二维)。对位图图像的分析不是实时进行的，因此可以检测具有预定特征的对象(尤其是障碍物)，以确定可能进行干预的轨道区域和自动进行“禁止”的区域干预是不可能的。为了校正里程表的测量误差，特别是在曲线中，建议通过识别布置在轨道上并且已知其绝对位置的预定标记来有规律地重置里程表的信号。该分析系统使得可以生成干预步骤，该干预步骤稍后可以借助于在铁路轨道上循环的维护车辆所携带的维护机床来执行。但是，维护车辆后来使用测量值，使得维护车辆必须相对于轨道具有其自身的定位装置。此外，不考虑线性摄像机和轨道之间潜在的垂直缺陷。

技术实现要素：

本发明尤其旨在克服现有技术的缺点，并提出能够在铁路轨道上精确地尽早定位感兴趣点或线的装置，划定合适的区域，以便以后干预由在轨道上运行的干预机器承载和驱动的工具。

为此，根据本发明的第一方面，提出了一种用于定位铁路轨道的方法，该方法由铁路定位系统执行。包括至少一个指向铁路轨道的线性摄像机和一个或多个里程表，铁路定位系统沿行进方向在铁路轨道上前进，该定位方法包括以下步骤：

-用里程表反复获取沿行进方向的铁路轨道上的铁路定位系统的行进数据，

-在线性摄像机指向铁路轨道的情况下，沿瞬时测量线重复获取瞬时线性光学数据，

-通过至少处理瞬时线性光学数据以及合适的情况下的行进数据，构造铁路轨道表面区域的位图图像，

-通过处理所构造的位图图像，在所构造的位图图像中识别至少一个预定签名的空间索引标记，通过至少处理行进数据，确定空间索引标记的曲线横坐标和空间索引标记相对于铁路轨道参考线的位置，以及

-在所构造的位图图像中识别感兴趣点或线，并在链接到空间索引标记和参考线的二维定位参考系统中确定感兴趣点或线的坐标。

线性摄像机的优点是对寄生运动，特别是在铁路轨道上前进的定位系统所经受的振动高度不敏感，如果将定位系统固定或固定在铁路轨道上的干预机上，则可能会更加突出。此外，相对于矩阵技术，线性图像的像素的形成时间更短。因此，可以减少长时间曝光和过长的形成时间所引起的等待时间和定位的不确定性。

通过将空间索引标记和参考线作为局部参考系统来定义感兴趣点或线的坐标，构造一个数据集，该数据集随后可被配备有识别空间索引标记和参考线的转置系统本身利用。

在给定时刻获取的线性光学数据对应于位图图像的一行。由线性光学数据构造位图图像很简单，因为在连续图像之间不会遇到重叠问题，而这是矩阵摄像机采集所固有的。曲线在由线性摄像机的瞬时线性数据构成的位图图像中也得到了“自然”的校正，从而简化了操作员，但仍具有相关性。

根据一实施例，瞬时线性光学数据的获取通过进行数据的接收来触发。

如果里程表的空间分辨率较高，则有可能在里程表的每个脉冲或什至所有n个脉冲处触发线性光学数据的采集线，n是任何非零整数，这使得对于线性光学数据线的连续采集可以具有恒定的空间步长。

根据实施例，以同步方式获取瞬时线性光学数据和行进数据。

特别地，如果里程表的空间分辨率低于构造位图图像所需的分辨率，例如，可以观察里程表的两个连续脉冲i-1和i之间的时间间隔t，用该时间间隔除以预定的非零整数n，并在里程表的脉冲i和脉冲i+1之间以恒定的时间间隔t/n触发线性光学数据的采集线。测量线的数量直到脉冲i+1为止，并且由此推导出线性光学数据在脉冲i和i+1之间的行进方向上的空间采集步骤的后验。实际上，在观测范围内，定位系统前进速度的变化很小，并且假设里程表的两个连续脉冲之间的速度恒定，导致位图图像的变形可以忽略不计。更一般而言，无论采用哪种算法，都可以通过例如用于产生脉冲序列的电子卡或专用软件块来触发线性摄像机。

根据一实施例，对行进数据和瞬时线性光学数据进行时间戳记，优选根据时间戳记来构造位图图像。因此，有可能确定线性光学数据的两条连续线之间的空间步长(可能是可变的)，从里程表的空间分辨率以及里程表的两个脉冲之间以及线性摄像机的两条测量线之间观察到的时间间隔的知识中获悉。

根据实施例，感兴趣点或线构成感兴趣区域的边界，优选地，构成感兴趣区域的四边形的顶点。优选地，定位系统能够在位图图像中识别一方面的轨枕或轨枕的中性线与另一方面的铁路轨或中性线之间的交点，这些交叉点构成了至少一些感兴趣点或线。

兴趣点的坐标可以是参考系统中的笛卡尔坐标，该坐标系统以空间索引标记为原点，以x轴为参考线，y轴为垂直于参考线的轴。在该假设中，坐标包括相对于垂直于参考线测量的参考线的距离和相对于平行于参考线测量的空间分度标记的距离。

参考线可以至少由两个点的基准或者由点和转向矢量的基准局部确定，或者由任何其他等效手段确定。根据一实施例，参考线是铁路轨道中的一条轨道的中性线，或者是由铁路轨道中性线构成的线，例如铁路轨道两根轨道之间的中线。实际上，可以例如通过在由瞬时线性数据构成的位图图像上定位轨道的边缘来确定轨道的中性线。如下文将描述的，还可以诉诸于定向矩阵摄像机。

优选地，铁路定位系统的定向设备相对于参考线重复地确定铁路定位系统的角度定向数据，根据定向数据确定感兴趣点或线的坐标。在位图图像的投影平面中，线性摄像机和参考线之间的角度的知识使得可以校正感兴趣点和空间索引标记的坐标。实际上，在线性摄像机和参考线之间存在非直角的情况下，线性摄像机在感兴趣点和轨道之间看到的距离大于垂直于参考线测得的实际距离。自然地，线性摄像机的两个相邻像素之间的距离是已知的，并且由校准参数给出。

根据一实施例，定位系统的定向装置包括至少一个第一探测件，用于检测定位系统相对于铁路轨道的第一导轨的定向，第一导轨构成第一定向导轨，并且优选地包括第二探测件，用于检测定位系统相对于构成第二定向导轨的铁路轨道的第二导轨的定向。

根据另一实施例，该定位系统的定向装置包括至少一个第一定向矩阵摄像机，该第一定向矩阵摄像机被布置成面对铁路轨道的第一导轨，构成第一定向导轨，定向设备使用第一个定向矩阵摄像机拍摄照片并进行处理，以便在其中检测第一定向导轨相对于第一定向矩阵摄像机的目标的定向，并且优选地包括第二定向矩阵摄像机，该第二定向矩阵摄像机面对铁路轨道的第二导轨布置，构成第二定向导轨，定向装置用第二定向矩阵摄像机拍摄并处理这些镜头，以便在其中检测第二定向导轨相对于第二定向矩阵摄像机的目标的定向。线性定向摄像机的镜头还可以确定参考线。打开了不同的选项，以拉近距离并协调来自线性摄像机和定向摄像机的数据。根据第一种方法，可以对铁路定位系统进行校准，以通过校准参数表征线性摄像机和由定向摄像机构成的定向设备的相对位置。根据这些校准数据，可以将在定向摄像机的图像中检测到的轨道的引导线转置到由瞬时线性光学数据构成的位图图像上。可以在不检测由瞬时线性光学数据构成的位图图像中检测到轨道的中性线或更一般地参考线的情况下实现该第一方法。相反，可以仅利用由定向装置提供的角度定向数据，仅根据由瞬时线性数据构成的位图图像的数据来计算参考线。

如果合适的话，可以通过在光束的中点进行惯性测量或通过光学速度测量技术(这意味着用定向摄像机将矩阵图像拍摄在一起)进行校正。这些方法也可用于选择合适的图像(具有较低的比旋转动态)，以确定光束相对于轨道的平均内接角。

可能的话，可以在相同的轨道上或在两个不同的轨道上混合摄像机和塞尺。因此，可以在由两个定向矩阵摄像机传递的定向数据之间进行插值，以估计线性摄像机的定向。在铁路轨道的每条轨道上方至少存在一个传感器(探测件或矩阵摄像机)，这也可以抵消部分轨道上没有轨道的存在，特别是当定位系统沿着跟踪设备前进时，例如为点。也可以在曲线中选择特定的轨道方向，例如位于曲线内部的轨道。

优选地，定向数据被加时间戳。

根据一实施例，定位系统区分包括轨道的轨枕和轨枕表面的轨枕间区域的铁路轨道的表面区域，定向设备仅针对每个轨枕中间区域传送一次定向数据。两个轨枕之间的方向变化很小，因此最好限制要处理的数据量。

优选地，定向数据用于确定参考线。

为了使人类能够对所识别的兴趣点或兴趣区进行干预，可以在定位系统的观察屏幕上提供位图图像的再现。优选地，在观察屏幕上提供感兴趣点或线的视觉识别。

可能提供至少一些感兴趣点或线或感兴趣区域的确认和/或无效，或者提供感兴趣区域作为可能的干预或禁止区域的资格，跟随人机输入界面上的输入。

根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种由包括定位系统和转置系统的测量组件执行的定位方法，所述定位系统包括线性摄像机和里程表，所述转置系统包括一个或多个在行进方向上一定距离并位于所述定位系统的线性摄像机后面的转置矩阵摄像机，所述方法包括：由所述定位系统执行并执行前述定位方法的定位阶段；然后由转置系统执行的转置阶段包括以下操作：

-使用所述转置矩阵摄像机在所述转置系统的空间参考系统中获取一组一个或多个转置矩阵图像；

-根据里程表获取的行进数据，在一个或多个转置矩阵图像的集合中识别空间索引标记，确定转置系统的空间参考系统中空间索引标记的坐标和参考线的数据特征，

-根据转置系统的空间参考系统中的空间索引标记的坐标和参考线的数据特征，计算转置系统的空间参考系统中感兴趣点或线的转置坐标，以及定位参考系统中感兴趣点或线的坐标。

根据本发明的另一方面，用于驱动干预机器的方法技术领域本发明涉及一种用于驱动干预机器的方法，该干预机器通过包括定位系统和转置系统的测量组件，在干预轨道上沿干预方向在轨道上前进，并且包括安装在干预底盘上的干预工具，所述定位系统包括至少一个线性摄像机和里程表，所述转置系统包括至少一个转置矩阵摄像机，该至少一个转置矩阵摄像机在一定距离上并且在行进方向上位于所述定位系统的线性摄像机的后面，转置矩阵摄像机与干预工具的干预底盘集成在一起，该方法包括：如先前所述的定位过程和包括干预工具在转置参考系统中根据感兴趣点或线的坐标的位置的干预步骤。

干预工具可以是任何类型，例如捣固工具或夯实工具。

根据本发明的这个方面的方法可以包括再现关于本发明的第一方面描述的全部或部分实施例的特征的各种实施例。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种铁路车辆，其包括定位系统，该定位系统包括线性摄像机和里程表，定位系统能够以其替代方案中的一种或另一种实施前述方法中的一种。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种用于定位铁路轨道的方法，该方法由在行进方向上在铁路轨道上前进的铁路定位系统执行，该定位方法包括以下步骤：

-用铁路定位系统的线性摄像机指向铁路轨道反复沿瞬时测量线获取瞬时线性光学数据，

-通过铁路定位系统的定向装置，反复获取铁路定位系统相对于铁路轨道参考线的定向数据，

-通过至少处理瞬时线性光学数据，构造铁路轨道表面区域的潜在失真的位图图像，

-在潜在失真的位图图像中标识感兴趣点或线，以及

-根据潜在失真的位图图像和定向数据的参考系统中感兴趣点或线的潜在失真的坐标来确定感兴趣点或线的校正坐标。

线性摄像机的优点是对在铁路轨道上前进的定位系统所经历的振动高度不敏感，如果将定位系统固定或拴在铁路轨道上的干预机器上，则该振动会进一步加剧。

在给定时刻获取的瞬时线性光学数据对应于位图图像的一行。随着定位系统的发展，瞬时测量线相对于铁路轨道发生位移。

在位图图像的投影平面中，线性摄像机和参考线之间的角度的知识使得可以校正感兴趣点和空间索引标记的坐标。实际上，在线性摄像机和参考线之间存在非直角的情况下，线性摄像机在感兴趣点和轨道之间看到的距离大于垂直于参考线测得的实际距离。

根据一个实施方式规定，为了获取定向数据，定向装置的第一探测器检测定位系统相对于构成第一定向导轨的铁路轨道的第一导轨的定向，优选地，所述定向装置的第二探测件检测所述定位系统相对于构成第二定向导轨的铁路轨道的第二导轨的定向。

根据另一实施方式规定，为了获取定向数据，定向装置的第一定向矩阵摄像机，其被布置成面对构成第一定向导轨的铁路轨道的第一导轨，拍摄由定向设备处理的镜头，以在其中检测第一定向导轨相对于第一定向矩阵摄像机的目标的定向；并且，优选地，第二定向矩阵摄像机，其被布置成面对铁路轨道的第二导轨，第二导轨构成第二定向导轨道，拍摄并处理这些镜头，然后由定向设备进行处理，以在其中检测第二定向导轨相对于第二定向矩阵摄像机的目标的定向。

如果合适的话，可以在相同的轨道上或在两个不同的轨道上混合摄像机和塞尺。因此，可以在由两个定向矩阵摄像机传递的定向数据之间进行插值，以估计线性摄像机的定向。在铁路轨道的每条轨道上方至少存在一个传感器(探测件或矩阵摄像机)，这也可以抵消部分轨道上没有轨道的存在，特别是当定位系统沿着轨道设备前进时，例如为点。也可以在曲线中选择特定的轨道方向，例如位于弯道内的轨道。

优选地，定向数据被加时间戳。

根据一实施例，定位系统检测包括轨道的轨枕和轨枕表面的轨枕间区域的铁路轨道的表面区域，定向设备仅针对每个轨枕中间区域传送一次定向数据。两个轨枕之间的方向变化很小，因此最好限制要处理的数据量。

优选地，参考线是铁路轨道的轨道之一的中性线，或者是由铁路轨道的导轨的中性线构成的线。优选地，定向数据用于从铁路轨道的导轨的中性线构造参考线。

根据特别有利的实施例，铁路定位系统的一个或多个里程表在行进方向上重复地获取铁路定位系统在铁路轨道上的行进数据。

根据该实施例的第一实施方式，瞬时线性光学数据的获取由行进数据的接收触发。

如果里程表的空间分辨率较高，则有可能在里程表的每个脉冲或什至所有n个脉冲处触发一条线性光学数据的采集线，n是任何非零整数，这使得对于线性光学数据线的连续采集可以具有恒定的空间步长。

根据本实施例的第二实施方式，以同步方式获取瞬时线性光学数据和行进数据。

特别地，如果里程表的空间分辨率小于构造位图图像所需的分辨率，可以观察里程表的两个连续脉冲i-1和i之间的时间间隔t，用该时间间隔除以预定的非零整数n，并在里程表的脉冲i和脉冲i+1之间以恒定的时间间隔t/n触发线性光学数据的采集线。计数直到脉冲i+1的测量线的数目，并且由此推断出线性光学数据在脉冲i和i+1之间的行进方向上的空间采集步骤的后验。在实践中，定位系统的行进速度变化在观察尺度上很小，并且假设里程表的两个连续脉冲之间的速度恒定，导致位图图像的变形可以忽略不计。

根据一实施例，对行进数据和瞬时线性光学数据进行时间戳记，优选地根据时间戳记来构造位图图像。因此有可能根据里程表的空间分辨率以及里程表的两个脉冲之间和线性摄像机的两条测量线之间观察到的时间间隔的知识，确定线性光学数据的两条连续线之间的空间步长(可能是可变的)。

根据一个特别有利的实施例，该定位方法使得：

-通过处理潜在失真的位图图像，在潜在失真的位图图像中识别出至少一个预定签名的空间索引标记，

-通过处理行进数据和定向数据，确定空间索引标记的曲线横坐标和空间索引标记相对于铁路轨道的参考线的位置，并且

-在链接到空间索引标记和参考线的本地二维定位参考系统中确定感兴趣点或线的校正坐标。

通过将空间索引标记和参考线作为局部参考系统来定义感兴趣点或线的坐标，构造数据集，该数据集随后可被配备有识别空间索引标记和参考线的转置系统本身利用。

根据实施例，感兴趣点或线构成感兴趣区域的边界，优选地，构成感兴趣区域的四边形的顶点。优选地，该定位系统能够在位图图像中识别一方面的轨枕或轨枕的中性线与另一方面的铁路轨或轨线的中性线之间的交点，这些交叉点构成了至少一些感兴趣点或线。

兴趣点的坐标可以是参考系统中的笛卡尔坐标，该坐标系统以空间索引标记为原点，以x轴为参考线，y轴为垂直于参考线的轴。在该假设中，坐标包括相对于垂直于参考线测量的参考线的距离和相对于平行于参考线测量的空间分度标记的距离。

为了使得能够对识别出的兴趣点或兴趣区进行人工干预，可以在定位系统的观察屏幕上提供位图图像的再现。优选地，在观察屏幕上提供感兴趣点或线的视觉识别。

可能提供至少一些感兴趣点或线或感兴趣区域的验证和/或无效，或者提供感兴趣区域作为可能的干预或禁止区域的资格，跟随人机输入界面上的输入。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种铁路车辆，其包括定位系统，该定位系统包括线性摄像机，至少一个矩阵摄像机以及优选的里程表。定位系统能够以其替代方案中的一个或另一个执行前述方法中的一种。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种铁路车辆，该铁路车辆包括线性摄像机和里程表的定位系统，以及定向设备，该定向设备可以特别地包括塞尺或矩阵摄像机。该车辆可以是自主的，或者可以系在支持轨道的干预工具或听诊单元的干预车辆上。

根据本发明的另一方面，铁路车辆技术领域本发明涉及一种铁路车辆，其配备有定位系统，该定位系统位于车辆的第一部分中，转置系统位于车辆的第二部分中，该第二部分在车辆的前进方向上与第一部分相距一定距离并位于第一部分的后面，该定位系统包括线性摄像机和里程表，以及潜在的定向设备，其可以特别地包括塞尺或矩阵摄像机，该转置系统包括至少一个转置矩阵摄像机。

根据优选实施例，铁路车辆是用于构造或维护铁路轨道的机器，进一步包括至少一个用于在铁路轨道上进行干预的工具，该工具布置在车辆的第三部分中，该第三部分在行进方向上与第二部分相距一定距离并位于第二部分之后。

本发明的目的还在于提出一种手段，使得有可能根据先前获取的数据来确定由铁路干预车辆承载的一个或多个工具的集合的位置，特别是有关在参考点系统中定位感兴趣点或线的问题。

为此，根据本发明的另一方面，提出了一种用于命令安装在铁路干预车辆上的一个或多个工具的集合的方法，该工具在铁路轨道上沿前进方向前进，由一种转置系统完成，该转置系统包括安装在铁路干预车辆上的转置底盘和固定在该转置底盘上的一个或多个转置矩阵摄像机，该方法包括以下步骤：

-接收表征已知特征的空间索引标记的曲线横坐标的数据，以及将空间索引标记相对于铁路轨道的参考线定位，与空间索引和参考线相关联的二维定位参考系统中感兴趣点或线的坐标，

-用转置矩阵摄像机在转置系统的空间参考系统中获取相对于转置底盘固定的一个或多个转置矩阵图像的集合；

-使用里程表获取转置系统相对于铁路轨道的行进数据，

-根据行进数据和曲线横坐标数据，识别一个或多个转置矩阵图像的集合中的空间索引标记，

-确定转置底盘空间参考系统中的空间索引标记和参考线的数据特征，

-根据转置系统的空间参考系统中的空间索引标记和参考线的数据特征，计算转置系统的空间参考系统中感兴趣点或线的转置坐标，以及定位参考系统中感兴趣点或线的坐标。

转置底盘优选相对于铁路车辆的底盘固定，并且在适当的情况下可以仅与该底盘形成一个。铁路车辆优选地设置有多个起落架，这些起落架在支撑主底盘的同时在铁路轨道上运行。

感兴趣点的坐标可以是参考系统中的笛卡尔坐标，该坐标系统以空间索引标记为原点，以x轴为参考线，y轴为垂直于参考线的轴。在该假设中，坐标包括相对于垂直于参考线测量的参考线的距离和相对于平行于参考线测量的空间分度标记的距离。

优选地，该方法还包括干预步骤，包括根据转置参考系统中感兴趣点或线的坐标对一个或多个工具的集合的定位以及相对于转置底盘的一个或多个工具的集合的定位数据。

一个或多个工具的集合可以是任何类型，例如捣固工具，夯实工具或锚固工具。

根据一实施例，一个或多个工具的集合可相对于转置底盘移动，干预步骤包括通过位置测量装置获取相对于转置底盘的一个或多个工具的集合的定位数据。

根据特别适合于干预工具的实施例，干预步骤包括用于相对于转置底盘移动一个或多个工具的集合的命令。

根据一实施例，感兴趣点或线构成感兴趣区域的边界或特征，优选地，构成感兴趣区域的四边形的顶点或侧面。优选地，在链接到空间索引标记和参考线的二维定位参考系统中接收感兴趣点或线的坐标，包括接收数据以将感兴趣区域限定为可能的干预区域或禁止区域，如果感兴趣区域是可能的干预区域，则唯一地执行一个或多个工具的集合的定位。

根据一实施例，参考线是铁路轨道的一个轨道的中性线，或者是由铁路轨道的导轨的中性线构成的线。

根据一实施例，空间索引标记和参考线的数据特性的确定包括转置系统的定向设备重复地确定铁路定位系统相对于参考线的角度定向数据。

尤其可能的是，定位系统的定向装置包括至少一个第一测头，用于检测定位系统相对于构成第一定向导轨的铁路轨道的第一轨的定向，并优选包括第二探测件，用于检测定位系统相对于构成第二定向导轨的铁路轨道的第二导轨的定向。

还可能的是，转置系统的定向装置包括至少一个第一定向矩阵摄像机，其布置成面对铁路轨道的第一导轨，构成第一定向导轨。第一定向矩阵摄像机优选地由一个或多个转置摄像机中的第一转置摄像机构成。定向装置用第一定向矩阵摄像机拍摄并处理该镜头，以在其中检测第一定向导轨相对于第一定向矩阵摄像机的目标的定向。

转置系统的定向装置优选地包括第二定向矩阵摄像机，该第二定向矩阵摄像机面对铁路轨道的第二导轨布置，构成第二定向导轨。第二定向矩阵摄像机优选地由一个或多个转置摄像机中的第二转置摄像机构成。定向设备用第二定向矩阵摄像机拍摄并处理该镜头，以便在其中检测第二定向导轨相对于第二定向矩阵摄像机的目标的定向。

如果合适的话，可以在相同的轨道上或在两个不同的轨道上混合摄像机和塞尺。因此，可以在由两个定向矩阵摄像机传递的定向数据之间进行插值，以估计转置底盘的定向。在铁路轨道的每条轨道上方至少存在一个传感器(探测件式或矩阵摄像机)，这也可以抵消部分轨道上没有轨道的存在，特别是在转置系统沿轨道设备前进时，例如为点。也可以在曲线中选择特定的轨道方向，例如位于曲线内部的轨道。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种铁路干预车辆，其包括用于干预铁路轨道的一个或多个工具的集合，以及一种转置系统，其包括由铁路干预车辆支撑的转置底盘和固定在该转置底盘上的一个或多个转置矩阵摄像机。

本发明的各个方面以及各个实施例可以自然地组合。

附图说明

通过参照附图阅读下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚，附图示出：

-图1为铁路干预机的示意性侧视图，其配备有用于实施根据本发明的实施例的方法的定位系统和转置系统；

-图2为图1的铁路干预机的某些元件的示意性俯视图；

-图3为图1的车辆的定位系统的示意图；

-图4为图1的车辆的转置系统的示意图；

-图5为与图3的定位系统直接对准的铁路轨道区域的示意图。

为了更加清楚，在所有附图中，相同或相似的元件用相同的附图标记来进行标记。

具体实施方式

在图1和图2中示出了铁路干预机器1，该铁路干预机器1由第一铁路定位车辆2和第二牵引的铁路干预车辆3组成，此处第一车辆也具有牵引功能。铁路定位车辆2包括由多个在铁路车辆2的纵向上彼此间隔开的底盘5支撑的主底盘4。铁路干预车辆3是半挂车，其主底盘6的一端铰接在铁路定位车辆2的紧固件7上，并在另一端由底盘8支撑。在铁路干预车辆3的主底盘6上安装有梭子9，梭子9通过底盘10在轨道上运行，并支撑一组一个或多个干预工具11。一组一个或多个致动器(未示出)使得可以相对于主底盘6平行于主底盘6的纵向方向移动梭子9。铁路干预机1配备有位于铁路定位车2中的定位系统12和位于铁路干预车辆3的梭子9上的转置系统16，在干预系统1的前进方向100上并在定位系统后方一定距离处，铁路轨道22上的一组一个或多个干预工具11被布置在铁路干预车辆3的梭子9上，在行进方向100上一定距离并位于转置系统16的后面。

定位系统12包括线性摄像机26和连接到处理单元30的里程表28。线性摄像机26可以适当地由沿着同一测量线对准的多个传感器单元构成。线性摄像机26安装在铁路定位车辆2的主底盘4下方的定位架32上。里程表28安装在底盘11.1之一上。

如图3所示，定位系统12还包括布置在干预机器1的控制舱36中的人机界面34。该人机界面34包括屏幕38和人机输入界面40，如果所述屏幕是触摸屏，则该人机界面可以集成在该屏幕中，或者例如由键盘或控制杆构成。

在图4中示意性示出的转置系统16包括命令单元42，其连接到至少一个转置矩阵摄像机44a和控制器46，用于命令一个或多个工具11的集合。在此，转置矩阵摄像机44a由铁路干预车辆3的梭子9的底盘45支撑。如果合适，转置系统16的命令单元42、30和定位系统12可组合在同一单元中。一个或多个工具的集合11可以是任何类型，尤其是捣固工具，夯实工具或锚固工具。

通过构造，铁路轨道22的轨道根据轨道的倾斜度局部地限定水平或倾斜的参考平面。只要铁路定位车辆2在铁路轨道22上行驶，就认为定位装置的底盘4平行于该参考平面，对于铁路轨道22的定位和一个或多个工具的集合11的命令，这构成了可接受的近似值。线性摄像机26的感光单元沿垂直于参考平面的方向定向。

在参考平面中，如图5所示，在轨道的参考平面上测量由线性摄像机26定义的测量线50的方向，相对于与参考线122a垂直线200的夹角为δ，在该第一实施例中，它是作为参考轨道22a的铁路轨道22的轨道22a，22b之一的中性线。该方向被认为是未知的。它可以根据铁路轨道22的曲率半径，线性摄像机26相对于铁路定位车辆2的底盘的定位而变化。并且取决于铁路定位车辆2相对于铁路轨道22的偏航。

在里程表28的每个脉冲处，确定沿着参考线122a的定位系统12的曲线横坐标。

在给定的时刻，线性摄像机26捕获构成测量线的瞬时线性光学数据，该测量线覆盖铁路轨道22的整个宽度，如果合适的话，包括轨枕的宽度。重复该输入，并且连续的测量线使得可以构造二维位图图像，该图像的步长是两次测量之间行进的距离的函数。

根据第一实施例，里程表28每次在沿铁路轨道22上的铁路定位车辆2的行进方向100行驶已知基本距离时都提供一个脉冲，这些连续的脉冲用于触发线性摄像机26。然后知道位图图像的两条连续线之间的空间间隔并且该间隔是恒定的。

根据另一实施例，线性摄像机26以通过将里程表28的两个连续脉冲之间的观察时间间隔除以确定的时间间隔来触发。因此，可以观察到里程表的脉冲i-1和i之间经过的时间t，该时间t除以预定的非零整数n，并且在将里程表的脉冲i和脉冲i+1分开的时间间隔上，t/n周期用作线性摄像机两次触发之间的时间间隔。在后验中，在里程表的脉冲i和i+1之间观察到触发，并且由此推断出线性摄像机在脉冲i和i+1之间的两次触发之间的空间步长。如果估计进展速度在该范围内变化很小，则可以假设该步长在两个连续脉冲之间是恒定的。通过考虑例如两个脉冲之间的速度变化(加速度或减速度)是恒定的，并且因此两个脉冲i和i+1之间的线性可变空间步长，也可以设想其他假设。

根据另一实施例，线性摄像机26以规则的间隔被触发，并且视觉图像数据被加时间戳。里程表28的脉冲也被加时间戳，以使得可以通过内插确定在位图图像的两个连续线之间行进的路径，该路径可以变化。

根据后一实施例的替代方案，线性摄像机26的触发间隔不一定是规律的，以便在感兴趣区域中提高测量精度，在该区域中，可以提高精度，并在没有兴趣的区域中将它们更多地分开，从而可以优化数据量。

由于与参考线122a垂直的线与线性摄像机26之间的角度δ，线性摄像机26的连续输入产生的位图图像失真。如果在参考平面中考虑x轴平行于参考线122a且y轴垂直于x轴的笛卡尔参考系统，可以看到，线性摄像机26在彼此相距一定距离的同时测量了铁路轨道22的两个点p1，p2，实际上，在先前定义的笛卡尔参考系统中，并且在扭曲的位图图像中显示为具有相同的横坐标，该横坐标具有不同的横坐标，该差异与两点之间的距离和角度δ的正弦成比例。此外，在先前定义的笛卡尔参考系统中具有相同坐标的铁路线22的两个点p1，p3在变形的位图图像中显得彼此远离，它们的视距是角度δ的余弦的函数。

通过估计角度δ可以“校正”失真的图像。

可以通过在线性摄像机的给定测量线上将两个已知感兴趣点之间测得的距离与这些点之间的已知距离进行比较来获得角度δ的第一估计。因此，可以在给定的测量线上评估在一个点位于参考轨道22a的中心而在另一个点位于铁路轨道22的另一个轨道22b的中心的两个点之间测得的距离。轨道间距e与测得的距离d之比的绝对值等于角度δ的余弦值：

但是，除了角度δ的这种估计无法确定其符号的事实之外，对于较小的角度δ的值，估计的精度较低，余弦函数的导数的值接近零。还假设轨道之间的实际间隔是恒定的，并且具有所需的精度是已知的。

通过在失真的位图图像上标记轨道上存在的，轮廓或某些尺寸已知的预定对象，并且通过将在失真的位图图像上测量的视在轮廓或尺寸与已知的轮廓或实际尺寸进行比较，可以从矩阵图像中实现第二估计方法。但是，实际上，可以用作比较的对象在铁路轨道上并不存在足够接近的间隔。换句话说，使用此方法可能导致角度δ的估计彼此相距太远。

为了估计角度δ，优选地采用连接到定位底盘32的定向装置52。

根据一实施例，定向装置52包括固定在定位底盘上的塞子。

根据另一实施例，定向装置52包括至少一个第一定向矩阵摄像机54a，其固定到定位底座32，并且具有垂直于铁路轨道22的参考平面的视线方向，面向两个轨道22a，22b中的一个，例如参考轨道22a。由定向矩阵摄像机传送的定向位图图像使得可以通过图像处理来识别参考线122a的方向，并确定其在定向位图图像中的定向，其直接进入定位底盘32的方向，从而直接进入线性摄像机26的角度δ。

为了限制处理第一定向矩阵摄像机54a的定向图像所需的计算能力，可以仅在需要时才进行角度δ的测量，尤其是在估计或确定角度δ易于改变时。

实际上，事实证明，观察到的角度δ的变化在整个枕间空间上很小。因此，有利的是，每当在参考轨道22a上经过预定距离时，就可以使用里程表28来触发第一定向矩阵摄像机54a，该距离优选等于枕间空间。此外，还可以对线性摄像机26传送的失真的位图图像使用进行的图像处理操作。并在每次在变形的位图图像上检测到新的睡眠者间空间时触发第一方向矩阵摄像机54a的拍摄。

当由于另一个测得的数据确定了角度δ可能已被修改时，还可以选择触发第一方向矩阵摄像机54a。为此可以例如使用定位在定位框架32上的加速度计。也可以使用由线性摄像机26在轨道22a，22b之间测量的上述距离d的变化。当然也可以组合触发模式，例如通过将里程表28的系统性触发与另外的根据测量或监视的数据的触发进行组合。

已知角度δ的振幅和正弦，可以“校正”由里程表28传递的线性摄像机26的连续拍摄和行进距离的测量结果得出的失真位图图像。

还可以将该校正限制为在给定的睡眠间空间上在失真图像上识别出的几个兴趣点。此外，这是用于限制必要的计算能力的优选解决方案，只要在畸变图像上观察到的畸变不会妨碍通过处理图像在未校正的畸变图像上定位感兴趣点即可。

实际上，并且假设已经预先触发了角度δ的测量，则在失真的位图图像上放置具有预定特征的空间索引标记，例如位于参考轨道22a的预定侧附近并在其上的螺栓中心56，或任何其他预定的轨道部件，例如紧固元件或点芯。可以通过将变形的位图图像与根据角度δ变形的预定义轨迹分量的各种预定形状进行比较，或者借助人工神经网络或更普遍地接收到预先学习的人工智能单元，来完成此定位，值得注意的是深度学习，例如通过逐像素图像分割技术(segnet类型)或对象检测技术(rfcn类型)进行深度学习。一旦确定了该空间索引标记56，在扭曲的图像上读取其相对于参考线122a的视距，并根据角度δ计算垂直于参考线122a测得的空间索引标记56与参考线122a之间的实际距离。然后，这利用空间索引标记56和参考线122a(假定为枕间空间的尺度为直线)给出了所考虑的枕间空间的局部二维定位参考系统。为了了解这一点，此参考系统可能具有垂直于参考线122a的空间索引标记在参考线122a上的投影o，对于x轴，参考线122a朝向车辆2的行进方向100；对于y轴，垂直于x轴，它通过原点o(并通过空间索引标记56)。

接下来，将重点放在由两个连续的轨枕62、64的横向边缘58、60和两个轨道22a，22b的内边缘66、68界定的感兴趣区域上(在此比例下可以忽略其潜在的曲率)。在轨道上，该区域构成四边形，可以由轨枕58、60的边缘与两个轨道22a，22b的内边缘66、68之间的交点a、b、c、d定义。在变形的位图图像上，四边形图像本身会变形，但仍可通过其顶点定位。然后就足以在失真的图像中识别峰顶的坐标，并根据角度δ进行必要的固定，以获取定位参考系统中峰顶a、b、c、d的坐标。

实际上，图像的对比度并不总是足以在变形的位图图像上确定与交点a、b、c、d紧邻的轨枕和铁路轨道的边缘。根据另一种选择，因此，优选的是将感兴趣区域定义为由为每个轨枕62、64构造的中性线162、164之间的交点a′，b′，c′，d′界定的四边形以及为每个轨道22a，22b构造的中性线122a，122b。中性线是通过处理整个轨枕中间的图像而构建的。

还着重于在感兴趣的四边形区域<a、b、c、d>或<a’、b’、c’、d’>中潜在障碍物的识别。这些障碍的存在或不存在使得有可能将感兴趣区域划为潜在的干预区域(授权区域)或潜在的排除区域(禁止区域)。独立于障碍物的检测，可以使用感兴趣区域的尺寸来将感兴趣区域限定为潜在的干预区域(如果轨枕中间的空间足以允许以后进行干预)或禁止区域。

上述操作(计算角度δ，找到空间索引标记56并计算其与参考线122a的距离，确定兴趣点<a、b、c、d>或<a’、b’、c’、d’>的四边形，在由空间索引标记56和参考线122a定义的定位参考系统o、x、y中计算它们的坐标(定位潜在障碍物)。针对每个轨枕间空间周期性地执行，并且由里程表28或通过识别变形的位图图像中的轨枕边缘来启动，实际上，为每个周期和每个轨枕中间分配一个订单号。

这些处理操作由形状识别算法执行。人机界面34使得有可能使它们无效(如果默认情况下认为自动识别有效)或对其进行验证(至少在学习模式下，只要对形状识别的置信度不足)。为此，操作者可以观看在人机界面34的控制屏幕38上显示的失真图像。四边形<a、b、c、d>或<a′，b′，c′，d′>叠加在屏幕上，例如，通过颜色为四边形，并根据预定的视觉惯例(箭头，轮廓等)适当地标记识别出的潜在障碍。可以规定，如果它处于验证模式，则操作者在感兴趣区域中用指针点击以确认其状态。相反，可以规定，如果它处于服务模式，则操作者在目标区域中用指针单击以确认其状态。自然地，根据期望的人体工程学和目标，可以为操作员和定位系统12之间的交互提供大量替代方案。

在上述定位过程结束时，在本地参考系统<o、x、y>中，一个位置的每个轨枕中间空间都可用，兴趣点a、b、c、d或a’、b’、c’、d’的坐标，划定[a、b、c、d]或[a’、b’、c’、d’]感兴趣区域，该区域符合允许或禁止的条件。也可能有其他可用数据，如轨枕中间线路。

这些数据被传输到转置系统16的控制单元42，以便在铁路干预车辆3连续前进之后，可以从中受益。转置系统16被定位系统12预先定位在预定空间的高度。由于铁路轨道22的曲率，当转置系统16的矩阵摄像机44a位于所述睡眠者间空间上方时，当线性摄像机26定位在同一轨枕中间空间上方时，与给定的轨枕中间空间相比，梭子9的定位与先前由定位系统12的底盘4所采取的定位不同。

转置系统16旨在实现转置，也就是说，笛卡尔参考系统的变化，定位参考系统<o、x、y>中的定位系统12确定的坐标与给定的轨枕中间空间的链接之间的坐标之间，可以在转置系统16的水平上使用，尤其是命令一个或多个工具11。

为此，转置系统16的矩阵摄像机44a被布置成面对基准轨道22a，并具有足够的视场宽度以同时捕获参考轨道22a和空间分度标记56，应该记住，它已被选择为靠近参考轨道22a。

转置系统16首先必须能够确定在给定时刻可归因于由转置系统16的矩阵摄像机44a观察到的轨枕中间空间的定位数据。

然而，对干预机器1的几何学的认识可能不足以甚至粗略地估计定位系统12的里程表28与转置系统16的矩阵摄像机44a之间的距离。假设梭子9相对于铁路干预车辆3的主底盘6是可移动的。因此需要附加的测量，该附加的测量可以由梭子9相对于主底盘6的位置传感器提供，或者由与梭子2的底盘10成一体的可选里程表70提供。

梭子9的位置传感器和定位系统12的里程表28的组合测量。或者替代地，转置系统16的里程表70的测量值使得可以以足够的置信度确定：这些是在给定时刻可归因于转置系统16的矩阵摄像机44a所观察到的睡眠者间空间的定位数据。

转置矩阵摄像机44a连接至相对于梭子9固定的转置基准系统。通过处理转置矩阵摄像机44的位图图像，转位单元42识别基准轨道22a，构造构成参考线的中性线122a，并确定其在位图图像中的方向，这样就可以直接访问定位参考系统o、x、y相对于转置参考系统的方位角。转置单元42还识别空间索引标记56，并且构造空间索引标记56在参考轨道22a上垂直于后者的投影，它定义了定位参考系统<o、x、y>的原点o及其在转置参考系统中的坐标。转置单元42然后可以将定位系统12已经在定位参考系统<o、x、y>中向其传送的感兴趣点a、b、c、d的坐标转置到转置参考系统中。

在此基础上，有可能向控制器46发送命令一个或多个工具11的集合，将感兴趣区域及其资格(作为潜在干预区域)的转置坐标。控制器46然后生成命令，该命令使一个或多个工具11的集合能够干预或不在如此界定的感兴趣区域a、b、c、d中干预。如果合适的话，一个或多个工具的集合20相对于支撑转置摄像机44a，44b的转置底盘45可以存在一个或多个运动自由度。该命令可以包括一个或多个工具的集合20围绕垂直于参考平面的轴旋转，或一个或多个工具的集合20在横向方向上的平移，以优化一个或多个工具的集合20相对于枕间空间的定位。该命令还可以包括根据感兴趣区域，可能的干预区域或禁止区域的资格来升高或降低一个或多个工具的集合20。

自然地，在附图中表示并在上面讨论的示例仅出于说明性和非限制性目的而给出。明确规定，可以在它们之间组合所示的不同实施例以提出其他实施例。

在定位阶段中选择的参考线不一定是在其上估计角度δ的线。如果合适，可以选择轨道22b的中性线122b作为参考线，并相对于轨道22a测量角度δ。

根据替代方案，从定位系统12构造的参考线在未链接到特定轨道122a，122b的意义上是虚拟的。例如，它可以是由铁路轨道22的轨道22a，22b的中性线122a和122b构成的铁路轨道的中线222。这样就消除了一种奇异，例如在某些轨道设备的水平上中断了一条轨道。

该中线可以通过处理失真的位图图像，通过在线性摄像机26的每条测量线中逐点搜索由两个轨道22a，22b的中心界定的段的中间来构造，或者，优选地，首先通过构造每个轨道22a，22b的中性线122a，122b，那么该线位于距中性线122a，122b的中间距离处。

在由定位系统12构造和使用的虚拟参考线的这种假设中，转置系统16还必须能够重建虚拟参考线。为此目的，转置系统优选地包括第二转置矩阵摄像机44b，其布置在第二导轨22b上方并面向第二导轨22b。

第二变位矩阵摄像机44b以使得已知和校准两个变位矩阵摄像机44a，44b的相对位置的方式固定到梭子9的变位底盘45。尽管每个转置矩阵摄像机44a，44b仅具有减小的视野宽度，但只能查看位于其上方的轨道22a，22b，通过确定第一转置摄像机44a的位图图像中的第一导轨22a的中性线122a的位置，通过确定第二转置摄像机44b的位图图像中的第二导轨22b的中性线122b的位置，根据这些测量值和两个转置摄像机44a，44b之间的距离的校准数据，通过计算两个中性线122a，122b之间的直线段的中心，可以确定中性线222在中性线122a，122b之间的位置。

根据定位系统的另一种选择，后者包括第二定向矩阵摄像机54b，该第二定向矩阵摄像机54b固定在定位车辆4的底盘4上，并且具有垂直于铁路轨道22的参考平面且朝向另一轨道22b的观察方向。第二定向矩阵摄像机54b可以用于给出相对于第二导轨22b测量的角度δ的第二值。可以实现不同的算法来利用这些数据。例如，可以为一个或其他方向矩阵摄像机提供的每个位图图像分配一个置信度索引，例如，根据图像的对比度，图像中是否存在轨道或任何其他标准，所有这些对于每个睡眠者空间都保留了具有最佳置信指数的角度δ的测量值。也可以组合执行的测量以计算“平均”角度δ。就两个定向矩阵摄像机54a，54b之间的距离是已知的并且已被校准而言，也可以使用这些摄像机来确定先前提到的虚拟参考线222。最后，可以设想两个独立的测量和计算轨迹，一个相对于第一参考线122a使用第一定向矩阵摄像机54a和第一转置矩阵摄像机44a，而另一个相对于第一参考线使用第二定向矩阵摄像机54b和第二转置矩阵摄像机44b。如果合适的话，还可以在监视系统的水平上提供两个里程表，每个里程表用于每个轨道22a，22b，并且每个里程表专用于两个测量和计算轨道之一。

在定位阶段，对兴趣点的识别不仅限于对潜在干预四边形的顶点a、b、c、d或a’、b’、c’、d’的识别。可以识别其他类型的兴趣点，例如要拧紧或改变的螺钉头中心的坐标。干预区域不一定是四边形，而可以是任何多边形。代替或除了感兴趣的点a、b、c、d之外，还可以寻求识别感兴趣的线，例如构成轨枕62、64的中性线162、164的直线，每个位于枕木62、64或构成枕木间线的直线163的相应中心，它是前面的直线162、164的对称轴，位于两个轨枕62、64之间的中间距离处。在局部参考系统<o、x、y>中，这样的直线的坐标可以例如是属于该直线的两个点的坐标，或者是该直线的点和角度的坐标。

尽管前面的描述集中在轨枕中间空间，但是也可以利用定位系统分析包括轨枕中间的轨道部分，尤其是在其中检测需要干预的感兴趣点。

定位系统12对里程表28，线性摄像机26和定向装置52的数据的处理是实时进行的，或者是非常轻微的延迟的。从而能够被属于同一连续前进干预机器10的转置系统16使用。一方面位于定位车辆2的前部区域14中沿行进方向100的定位系统12与位于距车辆后方一定距离的转置系统16之间的距离，另一方面，它明显受益于使操作员能够验证或取消兴趣点a、b、c、d或其资格。

替代地，有可能使干预机器10在用于定位的方向上前进，然后使其返回，以便在第二遍期间执行一个或多个工具的集合的转置和命令。在转置期间，车辆可以在定位过程中沿前进方向的相反方向前进或沿相同方向前进。

问题的铁路干预机器10可以由铰接在它们之间的一个或多个车辆构成。因此，如果合适，则定位系统12，转置系统16和一个或多个工具的集合11可以在同一辆同一车辆上。根据另一实施例，定位系统12可以安装在运输车上，该运输车在轨道上运行并且通过滚动单元在前方铰接，该滚动单元承载转置系统16和一个或多个工具的集合11。

还可以设想将定位系统12安装在自主定位车辆上，该自主定位车辆独立于带有一个或多个工具的集合11的干预机器10。在后一种假设中，有利的是在定位车辆上提供一个绝对定位单元，例如一个gps单元，以便能够向每个轨枕中间间隔分配绝对定位参考系统中的坐标，后者足够精确以区分两个连续的轨枕中间。

如果合适的话，可以将一个或多个工具的集合20相对于干预车辆3的主底盘6固定。然后可以从定位系统12的里程表28的唯一数据中粗略估计一个或多个工具20的集合的定位，以确定在给定时刻哪些是与转置相关的定位数据。

尽管描述更具体地集中于将转置过程用于干预工具的命令，通过由远离定位底盘的底盘承载的听诊仪器，转置还可受益于对轨道进行精确的听诊。

人机界面34相对于车辆10可以是远程的，例如位于远程控制站中。

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