本發(fā)明涉及道路檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種軌檢車定位方法及裝置。

背景技術(shù)：

鐵路軌道的平順性是列車安全運行的基礎(chǔ)。自從軌檢車生產(chǎn)應用以來，一直作為軌道質(zhì)量檢測與維修的重要工具。軌距、軌向、高低、水平、曲率、三角坑等軌道幾何參數(shù)，是軌檢車的重點檢測數(shù)據(jù)，軌檢車的定位準確性直接關(guān)系到上述幾何參數(shù)與鐵路軌道的真實一致性。因此，如何實現(xiàn)軌檢車的準確、快速定位在實際軌道檢測中至關(guān)重要。

國內(nèi)外目前已經(jīng)出現(xiàn)的商業(yè)化軌檢車系統(tǒng)，高精度里程計是列車定位的主要方式，由于列車啟動和制動產(chǎn)生的列車蠕滑以及線路本身的不平順等影響，軌檢車的檢測里程相對于實際里程會有一定的漂移，造成實測數(shù)據(jù)點發(fā)生漂移，軌道線路幾何狀態(tài)檢車數(shù)據(jù)結(jié)果有較大誤差。

本發(fā)明為解決現(xiàn)有測量技術(shù)的缺陷與不足，通過已知坐標的地面固定點標識，采用雙目立體視覺技術(shù)，實時測量固定點相對軌檢車的水平距離與高差，完成軌檢車定位，解決軌檢車里程誤差累計的問題，實現(xiàn)軌檢車位置定位校正。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服傳統(tǒng)測量手段累計誤差的不足，滿足軌檢車快速、準確定位的要求，本發(fā)明提供了一種軌檢車定位方法及裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種規(guī)檢測定位方法，包括：

第一步，整體坐標系轉(zhuǎn)換；

第二步，雙目立體視覺測量系統(tǒng)相機標定；

第三步，固定點圖像采集；

第四步，固定點三維重建；

第五步，軌檢車定位。

進一步的，所述整體坐標系轉(zhuǎn)換包括：

通過攝影測量，得到軌檢車與標定板為整體的全局點，進行整體坐標系的轉(zhuǎn)換，將坐標系固定在軌檢車同名點處。

進一步的，所述雙目立體視覺測量系統(tǒng)相機標定包括：

利用基于攝影測量得到的全局點，采集不同方位的標定板圖像，進行相機標定，得到兩個相機的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)。

進一步的，所述固定點圖像采集包括：

軌檢車運動過程中，當所述軌檢車到達固定點時，通過固定點下方的反光標志，利用光信號觸發(fā)相機采集固定點圖像。

進一步的，所述固定點三維重建包括：

對采集的固定點圖像進行標志點檢測，利用兩個相機的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)對固定點三維重建。

進一步的，所述軌檢車定位包括：

利用傾角傳感器傳回的傾角數(shù)據(jù)，完成軌檢車上坐標系的校正，得到固定點相對軌檢車的水平距離與高差，完成軌檢車定位。

進一步的，所述利用基于攝影測量得到的全局點，采集不同方位的標定板圖像，進行相機標定，得到兩個相機的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)包括：

利用第一步得到的所述全局點，采集不同方位的標定板圖像進行標定，求取兩個黑白相機的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)，將雙目立體視覺系統(tǒng)中世界坐標系位置固定于軌檢車同名點處。

進一步的，所述軌檢車運動過程中，當所述軌檢車到達固定點時，通過固定點下方的反光標志，利用光信號觸發(fā)相機采集固定點圖像包括：

通過固定點下方的反光標識，利用光信號的觸發(fā)黑白相機，完成圖像采集。

進一步的，采用的自適應漸進式立體匹配方法重建固定點的三維數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還提供一種軌檢車定位裝置，包括：軌檢車，所述軌檢車上安裝有橫梁，左相機、右相機、led燈、傾角傳感器和光電傳感器；所述左相機、所述右相機和所述led燈安裝在橫梁上位于軌檢車同側(cè)，所述傾角傳感器安裝在所述軌檢車車輪中間，所述光電傳感器安裝與所述左相機和所述右相機對應位置的橫梁下方。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)由于本方法將雙目立體視覺測量系統(tǒng)中世界坐標固定在軌檢車上同名點處，每次計算所得固定點空間位置是相對采集該固定點圖像時刻軌檢車的空間位置。

(2)由于本方法對已知坐標的固定點進行三維重建，獲取固定點到軌檢車的相對位置，完成軌檢車的定位，每個固定點是獨立的，且坐標先前保存于系統(tǒng)中的，每次到達固定點位置時，采集固定點圖像進行固定點三維重建，故每次采集的固定點圖像也是獨立的。不存在傳統(tǒng)里程計的誤差累計問題。消除了因誤差累積造成的軌道幾何參數(shù)誤差。

(3)由于本發(fā)明方法通過固定點下方的反光標志，利用光信號觸發(fā)相機采集固定點圖像，該圖像可以實現(xiàn)準確、快速采集。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例中軌檢車定位方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明一個實施例中軌檢車定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一個實施例中采用標定板圖；

圖4為本發(fā)明一個實施例中固定點三維重建圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1-4及具體的實例對本發(fā)明進行進一步說明：

在一個實施示例中，本發(fā)明公開了一種軌檢車定位方法。

如圖1所示，所述方法包括以下步驟：

第一步，整體坐標系轉(zhuǎn)換，通過攝影測量，得到軌檢車與標定板為整體的全局點，進行整體坐標系的轉(zhuǎn)換，將坐標系固定在軌檢車同名點處。

第二步，雙目立體視覺測量系統(tǒng)相機標定，利用基于攝影測量得到的全局點，采集不同方位的標定板圖像，進行相機標定，得到兩個相機的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)。

第三步，固定點圖像采集，運動過程中，當軌檢車到達固定點時，通過固定點下方的反光標志，利用光信號觸發(fā)相機采集固定點圖像。

第四步，固定點三維重建，對采集的固定點圖像進行標志點檢測，利用兩個相機的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)對固定點三維重建。

第五步，軌檢車定位，利用傾角傳感器傳回的傾角數(shù)據(jù)，完成軌檢車上坐標系的校正，得到固定點相對軌檢車的水平距離與高差，完成軌檢車定位。

以靜態(tài)測量軌道幾何參數(shù)為例，圖2所示為本發(fā)明提供的一種軌檢車定位裝置，包括軌檢車9，軌檢車9上安裝一個橫梁8，左相機3、右相機1、led燈2、傾角傳感器10和光電傳感器7。左相機3、右相機1、led燈2安裝在橫梁8上，位于軌檢車9一側(cè)，根據(jù)固定點4與軌檢車9的距離及采集速度選擇相機及鏡頭。傾角傳感器10安裝在軌檢車9車輪中間位置，光電傳感器7安裝在裝有相機的橫梁8下方。其中，左相機3和右相機1為雙目黑白相機。

本發(fā)明提供的軌檢車定位方法包括：

第一步，整體坐標系轉(zhuǎn)換。

參見圖2，固定軌檢車9，將標定板放置在與固定點4到軌檢車距離相同的位置，正對雙目黑白相機1和3，調(diào)整相機的焦距與光圈，保證相機采集到的圖像清晰。所用標定板是印有編碼標志點與非編碼標志點的環(huán)形標志點，如圖3所示。在標定板與軌檢車之間錯落均勻地放置編碼標志點，進行攝影測量。攝影測量技術(shù)屬于現(xiàn)有技術(shù)，作為事例，實施過程中可以采用文獻“大型復雜曲面產(chǎn)品近景工業(yè)攝影測量系統(tǒng)開發(fā)”(張德海，梁晉，唐正宗等。光電工程，2009)所提出的攝影測量方案。利用攝影測量，將軌檢車與標定板作為整體，得到全局點。對全局點進行坐標轉(zhuǎn)換，將該整體的坐標系固定在軌檢車同名點處。例如圖2中軌檢車9上標有5個同名點6，這5個同名點6在同一平面上，中間位置豎直方向的3個同名點6中心共線并垂直于軌檢車9水平面，同名點6的相對位置關(guān)系已知，將整體坐標系做旋轉(zhuǎn)平移處理，完成整體坐標系的轉(zhuǎn)換，圖2所示的x、y、z坐標系示出了本發(fā)明軌檢車坐標系位置及方向。

第二步，雙目立體視覺測量系統(tǒng)相機標定。

通過第一步攝影測量及坐標轉(zhuǎn)換，得到標定板編碼標識點與非編碼標志點的空間坐標，相對空間位置已確定。標定時，將標定板上編碼點與非編碼點作為全局點導入標定系統(tǒng)，采集首張標定圖像時，必須保證標定板與軌檢車保持攝影測量時的相對空間位置關(guān)系；然后在相機測量視場內(nèi)，改變相機或標定板的姿位，控制相機同步采集標定圖像。對采集的標定圖像進行處理，進行整體一次性解算，得到兩個相機的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。此時，標定完成的雙目測量系統(tǒng)中，世界坐標系位置與第一步中軌檢車同名點處的坐標系位置為同一位置，即圖2所示的x、y、z坐標系位置。標定相機時，注意標定幅面的選擇，保證固定點4到軌檢車9的距離在相機的測量景深范圍內(nèi)。

第三步，固定點圖像采集。

運動過程中，當軌檢車9到達固定點4時，軌檢車9上的光電傳感器7接收到固定點4下方的反光標識5反射的光線，發(fā)出脈沖信號，觸發(fā)相機，相機在0.002秒內(nèi)完成固定點4圖像采集，整個過程不需要進行人工干預，并且快速完成，保證相機可以采集到固定點4圖像。

第四步，固定點三維重建。

對采集到的固定點圖像進行標志點檢測，利用外極線對黑白相機1和3同時拍攝的兩幅固定點圖像中標志點進行匹配，然后利用第二步中得到的兩個相機的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)，基于三角測量原理即可完成固定點的三維重建。

作為示例，本實施例中可以采用文獻“用于三維變形測量的數(shù)字圖像相關(guān)系統(tǒng)”(唐正宗,梁晉,郭成等.光學精密工程,2010)所提出的圖像立體匹配和三維坐標重建方法。

第五步，軌檢車定位。

在第四步中已經(jīng)得到固定點在軌檢車同名點處坐標系下的三維坐標，如果軌檢車處于水平狀態(tài)，無任何傾斜角度，則該結(jié)果即為固定點4相對軌檢車9的相對位置，固定點4的x坐標為軌檢車9相對固定點4的軌向偏移量，y坐標即固定點4相對軌檢車9的水平距離，z坐標即為固定點4相對軌檢車9的高差。在實際測量中，軌檢車9一般都會發(fā)生一定的傾斜，通過傾角傳感器10，可以得到軌檢車9相對各個軸發(fā)生的傾斜角度。根據(jù)各傾角大小，判斷主要誤差，進行坐標系轉(zhuǎn)換及幾何長度補償。對軌檢車9上坐標系校正，得到固定點4的坐標，完成軌檢車9定位。

本發(fā)明提供的軌檢車定位方法，通過地面已知坐標的固定點，采用兩個相機采集其圖像并重建固定點，再通過傾角傳感器得到的傾角數(shù)據(jù)，利用坐標轉(zhuǎn)換計算固定點相對軌檢車水平距離與高差，完成軌檢車的定位。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。