無砟軌道板尺寸檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種無砟軌道板尺寸檢測方法及裝置，所述方法包括以下步驟：步驟S1：從不同方向及位置對所述無砟軌道板進行拍攝，得到無砟軌道板的多個影像相片，步驟S2：對所述多個影像相片進行圖像處理，得到該無砟軌道板表面的多個照相測量點的三維坐標；步驟S3：將所述多個照相測量點的三維坐標與該無砟軌道板的三維模型進行匹配，得到所述無砟軌道板的點云形狀；步驟S4：將所述無砟軌道板的點云形狀上對應于該三維模型上相同面的測量點集進行擬合，并計算所述無砟軌道板尺寸檢測量的值。本發(fā)明實現(xiàn)了快速準確地測量出無砟軌道板的尺寸，其檢測速度快、精確度高且操作簡便快捷、成本低。
【專利說明】無砟軌道板尺寸檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及列車軌道測量【技術領域】，特別涉及一種無砟軌道板尺寸檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著社會經濟的提升，我國的軌道交通建設也得到極大的發(fā)展，尤其是高速鐵路列車，已經形成初具規(guī)模的高速鐵路網，為人們的出行帶來了極大的便捷，提高了乘坐火車的舒適度。
[0003]在電氣化的高速鐵路軌道鋪設中，通常采用CRTS即無砟軌道板，其主要分為CRTSI型無砟軌道板，CRTSII型無砟軌道板，CRTSIII型無砟軌道板，CRTSI型雙塊式無砟軌道板及CRTSII型雙塊式無砟軌道板。其中，CRTSIII型無砟軌道板(CRTS III，SlabBallastless Track)是指預制軌道板通過水泥浙青砂衆(zhòng)調整層，鋪設在現(xiàn)場攤鋪的混凝土支承層或現(xiàn)場澆注的鋼筋混凝土底座(橋梁)上，并對每塊板限位，適應ZPW — 2000軌道電路的連續(xù)軌道板無砟軌道結構型式。
[0004]目前，對上述無砟軌道板傳統(tǒng)的測量方法主要是靠人工運用鋼尺、游標卡尺、萬能角度尺及相應工裝對需要檢測的幾何尺寸進行逐一測量，或采用則用球棱鏡及其配套工裝通過全站儀進行測量。大量測量數(shù)據(jù)需要投入人工記錄和計算，最后將所有檢測數(shù)據(jù)匯總。從測量到數(shù)據(jù)處理不僅投入大量人力和時間，而且檢測的人為誤差較大。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種無砟軌道板尺寸檢測方法及裝置，能快速準確地測量出無砟軌道板的尺寸，其檢測速度快、精確度高且操作簡便快捷、成本低。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種無砟軌道板尺寸檢測方法，包括以下步驟:步驟S1:在待測的無砟軌道板表面布設多個照相測量點及編碼標志點，以及在該無砟
軌道板表面或無砟軌道板附近放置，從不同方向及位置對所述無砟軌道板進行拍攝，得到無砟軌道板的多個影像相片，其中，所述多個影像相片中拍攝有該多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，且相鄰的所述多個影像相片中拍攝有至少四個相同的編碼標志點；
步驟S2:根據(jù)所述多個影像相片中的多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，對所述多個影像相片進行圖像處理，得到該無砟軌道板表面的多個照相測量點的三維坐標；步驟S3:提供該無砟軌道板的三維模型，將所述多個照相測量點的三維坐標與該無砟軌道板的三維模型進行匹配，得到所述無砟軌道板的點云形狀；
步驟S4:將所述無砟軌道板的點云形狀上對應于該三維模型上相同面的測量點集進行擬合，并計算所述無砟軌道板尺寸檢測量的值。
[0007]進一步，在上述無砟軌道板尺寸檢測方法中，所述多個編碼標志點均勻布設于該無砟軌道板的表面，且每一所述多個影像相片中拍攝到至少四個編碼標志點。
[0008]進一步，在上述無砟軌道板尺寸檢測方法中，所述步驟S2具體包括:步驟S21:根據(jù)影像相片中的多個照相測量點，通過圖像識別算法識別出該照相測量點的邊緣并提取出識別的邊緣數(shù)據(jù)，通過該邊緣數(shù)據(jù)定位測量點的中心位置；
步驟S22:根據(jù)影像相片中的多個編碼標志點，將不同影像相片中相同編碼的編碼標志點進行匹配，以將所述多個影像相片拼接得到該無砟軌道板的全景圖像；
步驟S23:根據(jù)所述多個照相測量點的邊緣數(shù)據(jù)，通過光束法平差計算出該無砟軌道板的全景圖像中多個照相測量點的三維坐標，即得到該無砟軌道板表面照相測量點的云數(shù)據(jù)。
[0009]進一步，在上述無砟軌道板尺寸檢測方法中，所述步驟S22具體包括:
識別出該影像相片中的多個編碼標志點；
將識別出的編碼標志點與數(shù)據(jù)庫里的模版標志點進行比對，得到影像相片中的多個編碼標志點的編碼；
將不同影像相片中相同編碼的編碼標志點進行匹配，以將所述多個影像相片拼接得到該無砟軌道板的全景圖像。
[0010]進一步，在上述無砟軌道板尺寸檢測方法中，所述步驟S3具體包括:
提供該無砟軌道板的三維模型；
根據(jù)所述多個照相測量點三維坐標的測量坐標系與三維模型的模型設計坐標系中的公共點坐標，獲取所述測量坐標系與模型設計坐標系的轉換參數(shù)，并根據(jù)所述轉換參數(shù)將所述測量坐標系與模型設計坐標系進行對齊匹配；
或通過迭代就近點算法對所述多個照相測量點的三維坐標與三維模型進行最小二乘迭代，從而將所述多個照相測量點的三維坐標與三維模型進行匹配；
根據(jù)上述匹配結果擬合出所述無砟軌道板的點云形狀。
[0011]進一步，在上述無砟軌道板尺寸檢測方法中，所述步驟S4還包括:根據(jù)所述無砟軌道板尺寸檢測量的幾何關系進行計算生成測量報表。
[0012]本發(fā)明還提供一種無砟軌道板尺寸檢測裝置，用于檢測無砟軌道板的尺寸，所述檢測裝置包括:布設于所述無砟軌道板表面的多個照相測量點及編碼標志點、兩標準尺、數(shù)碼攝像機以及圖像處理系統(tǒng)，所述兩標準尺放置于該無砟軌道板表面或無砟軌道板附近，所述數(shù)碼攝像機用于從不同方向及位置對所述無砟軌道板進行拍攝，得到無砟軌道板的多個影像相片，其中，所述多個影像相片中拍攝有該多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，且相鄰的所述多個影像相片中拍攝有至少四個相同的編碼標志點；
所述圖像處理系統(tǒng)包括:
坐標獲取模塊、用于根據(jù)所述多個影像相片中的多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，對所述多個影像相片進行圖像處理，得到該無砟軌道板表面的多個照相測量點的三維坐標；
坐標匹配模塊、連接于所述坐標獲取模塊，用于將所述多個照相測量點的三維坐標與該無砟軌道板的三維模型進行匹配，得到所述無砟軌道板的點云形狀；
以及擬合計算模塊，連接于所述坐標匹配模塊，用于將所述無砟軌道板的點云形狀上對應于該三維模型上相同面的測量點集進行擬合，并計算所述無砟軌道板尺寸檢測量的值。
[0013]進一步，在上述無砟軌道板尺寸檢測裝置中，所述圖像處理系統(tǒng)還包括連接于所述擬合計算模塊的測量報表生成模塊，用于根據(jù)所述無砟軌道板尺寸檢測量的幾何關系進行計算生成測量報表。
[0014]進一步，在上述無砟軌道板尺寸檢測裝置中，所述多個照相測量點為圓形，且采用定向反光材料制作而成的回光反射標志或者激光發(fā)射器投射激光點。
[0015]進一步，在上述無砟軌道板尺寸檢測裝置中，所述多個編碼標志點為圓形且均勻布設于該無砟軌道板的表面，每一所述多個影像相片中拍攝到至少四個編碼標志點。
[0016]本發(fā)明無砟軌道板尺寸檢測方法及裝置實現(xiàn)了快速準確地測量出無砟軌道板的尺寸，其檢測速度快、精確度高且操作簡便快捷、成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明無砟軌道板尺寸檢測方法的流程示意圖；
圖2為圖1中步驟S2的具體流程示意圖；
圖3為本發(fā)明無砟軌道板尺寸檢測裝置的結構示意圖；
圖4為本發(fā)明無砟軌道板尺寸檢測裝置的原理示意圖；
圖5為4個點的投影前后的交比分別定義示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0019]請參閱圖1，本發(fā)明無砟軌道板尺寸檢測方法包括以下步驟:
步驟S1:在待測的無砟軌道板表面布設多個照相測量點及編碼標志點，以及在該無砟軌道板表面或無砟軌道板附近放置，從不同方向及位置對所述無砟軌道板進行拍攝，得到無砟軌道板的多個影像相片，其中，所述多個影像相片中拍攝有該多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，且相鄰的所述多個影像相片中拍攝有至少四個相同的編碼標志點；
步驟S2:根據(jù)所述多個影像相片中的多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，對所述多個影像相片進行圖像處理，得到該無砟軌道板表面的多個照相測量點的三維坐標；步驟S3:提供該無砟軌道板的三維模型(IGS模型)，將所述多個照相測量點的三維坐標與該無砟軌道板的三維模型進行匹配，得到所述無砟軌道板的點云形狀；所述點云形狀由該無砟軌道板表面各個照相測量點的三維坐標形成。
[0020]步驟S4:將所述無砟軌道板的點云形狀上對應于該三維模型上相同面的測量點集進行擬合，并計算所述無砟軌道板尺寸檢測量的值。
[0021]其中，所述步驟S1中，待測的無砟軌道板上包括多個依次設置的承軌臺，所述多個照相測量點可布設于該無砟軌道板的各表面，尤其是該多個承軌臺上，該照相測量點可以采用定向反光材料制作而成的回光反射標志，也可以采用激光發(fā)射器投射激光點等，只要能清晰成像于影像相片中即可。本實施例中，所述多個照相測量點為圓形，也可為方形或其他形狀；采用激光發(fā)射器投射激光點至無砟軌道板表面形成照相測量點。
[0022]所述多個編碼標志點均勻布設于該無砟軌道板的表面，也可均勻布設于單獨的編碼控制場，使得拍攝時每一所述多個影像相片中拍攝到至少四個編碼標志點，這樣就可利用編碼標志可以實現(xiàn)不同相片間的自動拼接。本實施例中，所述多個編碼標志點為圓形，也可為方形或其他形狀。[0023]所述兩標準尺是經計量單位標定的，能為整個測量提供長度基準。所述兩標準尺可以放置于該無砟軌道板表面或無砟軌道板附近，只要使得所述兩標準尺能被拍攝進影像相片中即可。本實施例中，所述兩標準尺是垂直于該無砟軌道板長度方向放置于該無砟軌道板的表面。
[0024]所述從不同方向及位置對所述無砟軌道板進行拍攝，得到無砟軌道板的多個影像相片的步驟具體包括:用測量相機從該無砟軌道板的上下、左右各個方向及位置進行拍攝，所述多個影像相片中拍攝有該多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，且相鄰的所述多個影像相片中拍攝有至少四個相同的編碼標志點。
[0025]請參閱圖2,所述步驟S2具體包括:
步驟S21:根據(jù)影像相片中的多個照相測量點，通過圖像識別算法識別出該照相測量點的邊緣并提取出識別的邊緣數(shù)據(jù)，通過該邊緣數(shù)據(jù)定位測量點的中心位置；
步驟S22:根據(jù)影像相片中的多個編碼標志點，將不同影像相片中相同編碼的編碼標志點進行匹配，以將所述多個影像相片拼接得到該無砟軌道板的全景圖像；
步驟S23:根據(jù)所述多個照相測量點的邊緣數(shù)據(jù)，通過光束法平差計算出該無砟軌道板的全景圖像中多個照相測量點的三維坐標，即得到該無砟軌道板表面照相測量點的云數(shù)據(jù)。
[0026]其中，所述步驟S22具體包括:
識別出該影像相片中的多個編碼標志點；
將識別出的編碼標志點與數(shù)據(jù)庫里的模版標志點進行比對，得到影像相片中的多個編碼標志點的編碼；
將不同影像相片中相同編碼的編碼標志點進行匹配，以將所述多個影像相片拼接得到該無砟軌道板的全景圖像。
[0027]其中，所述識別出該影像相片中的多個編碼標志點的步驟如下:
由于編碼標志點是有幾個圓點構成的一組具有特殊相對關系的點集，因此，首先是利用邊緣檢測算法識別每個圓的邊界線，從而求取各圓心位置坐標；其次，通過求取的各圓心坐標，計算它們的交比值，當計算的交比值符合我們設定的閾值范圍內，則確認識別該點集為編碼標志點。
[0028]交比值不變量是透視投影下的基本不變量，交比根據(jù)同一直線上的4個點距離來定義，如上圖中4個點的投影前后的交比分別定義參見圖5:
【權利要求】
1.一種無砟軌道板尺寸檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟S1:在待測的無砟軌道板表面布設多個照相測量點及編碼標志點，以及在該無砟軌道板表面或無砟軌道板附近放置，從不同方向及位置對所述無砟軌道板進行拍攝，得到無砟軌道板的多個影像相片，其中，所述多個影像相片中拍攝有該多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，且相鄰的所述多個影像相片中拍攝有至少四個相同的編碼標志點；步驟S2:根據(jù)所述多個影像相片中的多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，對所述多個影像相片進行圖像處理，得到該無砟軌道板表面的多個照相測量點的三維坐標；步驟S3:提供該無砟軌道板的三維模型，將所述多個照相測量點的三維坐標與該無砟軌道板的三維模型進行匹配，得到所述無砟軌道板的點云形狀；步驟S4:將所述無砟軌道板的點云形狀上對應于該三維模型上相同面的測量點集進行擬合，并計算所述無砟軌道板尺寸檢測量的值。
2.根據(jù)權利要求1所述的無砟軌道板尺寸檢測方法及裝置，其特征在于，所述多個編碼標志點均勻布設于該無砟軌道板的表面，且每一所述多個影像相片中拍攝到至少四個編碼標志點。
3.根據(jù)權利要求2所述的無砟軌道板尺寸檢測方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括:步驟S21:根據(jù)影像相片中的多個照相測量點，通過圖像識別算法識別出該照相測量點的邊緣并提取出識別的邊緣數(shù)據(jù)，通過該邊緣數(shù)據(jù)定位測量點的中心位置；步驟S22:根據(jù)影像相片中的多個編碼標志點，將不同影像相片中相同編碼的編碼標志點進行匹配，以將所述多個影像相片拼接得到該無砟軌道板的全景圖像；步驟S23:根據(jù)所述多個照相測量點的邊緣數(shù)據(jù)，通過光束法平差計算出該無砟軌道板的全景圖像中多個照相測量點的三維坐標，即得到該無砟軌道板表面照相測量點的云數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求3所述的無砟軌道板尺寸檢測方法，其特征在于，所述步驟S22具體包括:識別出該影像相片中的多個編碼標志點；將識別出的編碼標志點與數(shù)據(jù)庫里的模版標志點進行比對，得到影像相片中的多個編碼標志點的編碼；將不同影像相片中相同編碼的編碼標志點進行匹配，以將所述多個影像相片拼接得到該無砟軌道板的全景圖像。
5.根據(jù)權利要求1所述的無砟軌道板尺寸檢測方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括:提供該無砟軌道板的三維模型；根據(jù)所述多個照相測量點三維坐標的測量坐標系與三維模型的模型設計坐標系中的公共點坐標，獲取所述測量坐標系與模型設計坐標系的轉換參數(shù)，并根據(jù)所述轉換參數(shù)將所述測量坐標系與模型設計坐標系進行對齊匹配；或通過迭代就近點算法對所述多個照相測量點的三維坐標與三維模型進行最小二乘迭代，從而將所述多個照相測量點的三維坐標與三維模型進行匹配；根據(jù)上述匹配結果擬合出所述無砟軌道板的點云形狀。
6.根據(jù)權利要求1所述的無砟軌道板尺寸檢測方法，其特征在于，所述步驟S4還包括:根據(jù)所述無砟軌道板尺寸檢測量的幾何關系進行計算生成測量報表。
7.一種無砟軌道板尺寸檢測裝置，用于檢測無砟軌道板的尺寸，其特征在于，所述檢測裝置包括:布設于所述無砟軌道板表面的多個照相測量點及編碼標志點、兩標準尺、數(shù)碼攝像機以及圖像處理系統(tǒng)，所述兩標準尺放置于該無砟軌道板表面或無砟軌道板附近，所述數(shù)碼攝像機用于從不同方向及位置對所述無砟軌道板進行拍攝，得到無砟軌道板的多個影像相片，其中，所述多個影像相片中拍攝有該多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，且相鄰的所述多個影像相片中拍攝有至少四個相同的編碼標志點；所述圖像處理系統(tǒng)包括:坐標獲取模塊、用于根據(jù)所述多個影像相片中的多個照相測量點、編碼標志點及兩標準尺，對所述多個影像相片進行圖像處理，得到該無砟軌道板表面的多個照相測量點的三維坐標；坐標匹配模塊、連接于所述坐標獲取模塊，用于將所述多個照相測量點的三維坐標與該無砟軌道板的三維模型進行匹配，得到所述無砟軌道板的點云形狀；以及擬合計算模塊，連接于所述坐標匹配模塊，用于將所述無砟軌道板的點云形狀上對應于該三維模型上相同面的測量點集進行擬合，并計算所述無砟軌道板尺寸檢測量的值。
8.根據(jù)權利要求7所述的無砟軌道板尺寸檢測裝置，其特征在于，所述圖像處理系統(tǒng)還包括連接于所述擬合計算模塊的測量報表生成模塊，用于根據(jù)所述無砟軌道板尺寸檢測量的幾何關系進行計算生成測量報表。
9.根據(jù)權利要求7所述的無砟軌道板尺寸檢測裝置，其特征在于，所述多個照相測量點為圓形，且采用定向反光材料制作而成的`回光反射標志或者激光發(fā)射器投射激光點。
10.根據(jù)權利要求9所述的無砟軌道板尺寸檢測裝置，其特征在于，所述多個編碼標志點為圓形且均勻布設于該無砟軌道板的表面，每一所述多個影像相片中拍攝到至少四個編碼標志點。
【文檔編號】G01B11/00GK103697813SQ201310747631
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張書國, 劉歆澤, 溫輝, 李拴虎, 范宏生, 吳曉俊, 歧志強, 勾志陽, 王孟, 陳波, 董博峰, 高濤, 曾建國, 朱建軍 申請人:中建鐵路建設有限公司, 北京普達迪泰科技有限公司